BJT的工作原理及结构特点

在看下面文字时，大家可以看一下BJT工作原理的科普视频。

BJT,全称是Bipolar Junction Transistor。

贝尔实验室的 Bardeen 和 Brattain于 1947 年发明了点接触晶体管， Shockley 于 1948 年发明了双极结型晶体管。为表彰这一成就，肖克利、巴丁和布拉顿共同获得了 1956 年诺贝尔物理学奖、

shockley被称为将硅带进硅谷的人，当年他手下的8名员工，在1957 年离开肖克利半导体实验室创立仙童半导体(Fairchild Semiconductor),直接或间接参与了包括Intel和AMD在内的数十家半导体公司的创建。

BJT的结构可以看成一个三明治结构，即两个P型掺杂区域，中间夹着一个N型掺杂区域，或者两个N型掺杂区域，中间夹着一个P型掺杂区域。

每个区域上都有一个端子，分别为基极(base),发射极(emitter)和 集电极(collector).

之所以这样取名，是因为发射极发射载流子，集电极收集载流子，而基极控制这些载流子的数量。

BJT有三个端子，Base,Emitter和collector。理论上，每个端子有正有负，所以工作状态的组合多达8种。

不过，只有一种工作状态，是有实际应用价值的，具有放大效应。那就是在BE之间的PN结正偏，BC之间的PN结反偏或者零偏的时候。

由于BJT的结构上，存在两个PN结，所以想要了解BJT的工作原理，还需要先复习一下PN结的相关状态。

PN结有两种工作状态，确切的说，是有三种，即零偏，正偏和反偏。

零偏，就是PN结孤零零的待在那，外面没有任何连接。

正偏，就是给PN结施加正向电压，即PN结的P型区域为正，N型区域为负。

反偏，就是给PN结施加反向电压，即PN结的P型区域为负，N型区域为正。

为了保证BJT的功能能顺利实现，其在结构上还有以下几个特点：

(1) 基区很薄很薄

(2) 发射极的掺杂浓度很高，即是重掺杂。

有的同学会说，既然BJT的结构显示，BJT是由两个PN结构成的，那它的等效电路不就是两个面对面的二极管喽。所以，直接拿两个二极管按下图所示连接，不就构成BJT了么?

如果真的这么简单的话，就没BJT什么事了。再说了，上面那个电路哪有放大效应，上面那个二极管处于反偏状态，连个电流都过不去，何来放大?

所以，BJT虽然结构上是两个PN结，但是其实里面是有大大的心机在里面的。

再说到PN结的正偏和反偏两种工作状态。

PN结正偏时，其外置电压，会产生一个从P型区域指向N型区域的电场，这个电场的方向与内建电场的方向相反，因此，我们可以说，外置正向电压会削弱PN结内的电场，进而降低PN结内的势垒(potential barrier)。而potential barrier是阻碍扩散电流运动的，所以势垒降低，会允许更大的扩散电流。

扩散电流包括两部分，一个是从n型区域流向p型区域的电子电流;另一部分是从p型区域流向n型区域的空穴电流。NPN型BJT的发射极是n型的重掺杂，而基极是p型的轻掺杂，所以扩散电流中电子电流要远大于空穴电流。

PN结反偏时，其外置电压会产生一个从N型区域指向P型区域的电场，这个电场的方向与内建电场的方向一致。所以，外置反偏电压会增强PN结内的电场，增加PN结内的势垒，进而进一步阻碍扩散电流的运动。但是因为其耗尽区存在比较强的内建电场，假设外部有一个电子被注射到p型区域靠近耗尽区的部分，那么该电子会在内建电场的作用下，迅速到达n型区域。

而当BJT处于正常工作状态时，就是BE间的PN结正偏(即VB>VE)，BC间的PN结反偏(VB

那么，会发生什么呢?

BE间的PN结正偏，则大量的电子流会从E极流向B极，同时会有少量的空穴流从B极流向E极。考虑到PN结正偏，且基极很薄，所以其内建电场很小，则这些电场产生的漂移电流可以忽略不计;也就是说，上面的电子流和空穴流主要是属于扩散电流。

因为B极很薄啊，所以流向B极的电子流，很容易就从B极的一边到达B极的另一边，而B极的另一边则是BC间PN结的耗尽区。

因为BC间的PN结反偏，所以其耗尽区内的内建电场会比较大，嗖的一下，耗尽区靠近B极的电子，就去了C极。

这边就能解释，为啥BJT不能简单地用两个PN结来等效了，因为BC间的PN结虽然反偏，但是因为BJT的特殊结构，其其实是有电流流过的。

审核编辑：汤梓红