1.2晶体管分类和类型
晶体管已成为现代电子学中不可或缺的元件，我们无法想象没有晶体管的世界。在本教程中，我们将学习晶体管的分类及其不同类型。我们将学习BJT（NPN和PNP）、JFET（N沟道和P沟道）、MOSFET（增强型和 耗尽型），以及根据应用分类的晶体管（小信号、快速开关、功率等）。
什么是晶体管？
晶体管是一种半导体器件，用于放大信号或作为电控开关。晶体管是一种三端器件，在一个端子（或引脚）上施加小电流/电压，就可以控制另外两个端子之间的大电流流动。
由于晶体管具有体积小、效率高、可靠性高等诸多优点，几十年前开始取代真空管。通常，晶体管体积小，工作所需能量低，功耗也低。晶体管是一种重要的有源元件（能够产生输出功率大于输入信号的器件）。
晶体管几乎是所有电子电路中的关键元件，例如：放大器、开关、振荡器、稳压器、电源，最重要的是数字逻辑集成电路。
从第一个晶体管发明至今，晶体管根据其结构或工作原理被分为不同类型。以下树状图展示了晶体管的基本分类。
通过观察上述树状图，可以清楚地了解晶体管的分类。晶体管基本上分为两类：双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。BJT又分为NPN和PNP晶体管。FET晶体管分为JFET和MOSFET。
结型FET根据内部结构（构造）分为N沟道JFET和P沟道JFET。MOSFET分为耗尽型和增强型。耗尽型和增强型又进一步分为各自的N沟道和P沟道类型。
晶体管的类型
如前所述，从广义上讲，晶体管的主要家族是BJT和FET。无论属于哪个家族，所有晶体管都具有不同半导体材料的特定排列。常用于制造晶体管的半导体材料有硅、锗和砷化镓。
基本上，晶体管是根据其结构进行分类的。每种晶体管类型都有其自身的特性、优点和局限性。
从结构和物理上看，BJT和FET的不同之处在于，BJT需要多数载流子和少数载流子共同工作，而FET仅使用多数载流子工作。
根据其特性和性能，有些晶体管主要用于开关（如MOSFET），有些则用于放大（如BJT）。有些晶体管则同时设计用于放大和开关。
结型晶体管
结型晶体管通常称为双极型晶体管（BJT）。“双极”意味着电子和空穴都参与导电，“结”意味着它包含PN结（实际上是两个结）。
BJT有三个端子，分别称为发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。BJT根据其结构分为NPN和PNP类型。
BJT本质上是电流控制器件。流入BJT基极的小电流会触发从发射极到集电极的大电流流动。双极型晶体管的输入阻抗较低，因此会导致大电流流过晶体管。
双极型晶体管仅通过向基极提供输入电流即可导通。BJT可以在三个区域工作：
- 截止区：晶体管处于“关闭”状态，即没有电流通过。它基本上是一个断开的开关。
- 放大区：晶体管在此区域作为放大器使用。
- 饱和区：在此区域，晶体管完全“导通”，像一个闭合的开关。
NPN晶体管
NPN是双极型晶体管（BJT）的两种主要类型之一。NPN晶体管由两个N型半导体材料组成，中间由一层薄的P型半导体隔开。在这里，多数载流子是电子，少数载流子是空穴。从发射极到集电极的电子流动由基极电流控制。
基极的小电流可以引起从发射极到集电极的大电流流动。在双极型晶体管中，NPN型更为常见，因为电子的迁移率高于空穴。晶体管中电流的标准方程为：
NPN晶体管的符号和结构如下所示。
PNP晶体管
PNP是另一种双极型晶体管（BJT）。PNP晶体管由两个P型半导体材料组成，中间由一层薄的N型半导体隔开。PNP晶体管中的多数载流子是空穴，少数载 流子是电子。晶体管发射极箭头指示了传统电流的流动方向。在PNP晶体管中，电流从发射极流向集电极。
当基极相对于发射极为低电平时，PNP晶体管导通。下图显示了PNP晶体管的符号和结构。
FET（场效应晶体管）
场效应晶体管（FET）是另一种主要类型的晶体管。基本上，FET也有三个端子（与BJT类似）。这三个端子是：栅极（G）、漏极（D）和源极（S）。场效应晶体管分为结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅场效应晶体管（IG-FET）或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。
在电路连接中，我们还考虑第四个端子，称为基极或衬底。FET通过施加在栅极上的电压来控制源极和漏极之间沟道的大小和形状。
场效应晶体管是单极器件，因为它们仅使用多数载流子工作（与双极型晶体管不同）。
JFET（结型场效应晶体管）
结型场效应晶体管（JFET）是最早且最简单的场效应晶体管类型。JFET用作开关、放大器和电阻器。这种晶体管是电压控制器件，不需要偏置电流。
栅极和源极之间施加的电压控制晶体管源极和漏极之间的电流流动。JFET有N沟道和P沟道两种类型。
N沟道JFET
在N沟道JFET中，电流由电子传输。当在栅极和源极之间施加电压时，源极和漏极之间形成沟道供电流流动。这个沟道称为N沟道。如今，N沟道JFET比P沟道JFET更常用。N沟道JFET晶体管的符号如下所示。
P沟道JFET
在这种JFET中，电流流动是由于空穴。源极和漏极之间的沟道称为P沟道。P沟道JFET的符号如下所示。这里的箭头表示电流的流动方向。
MOSFET
金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是所有晶体管中最常用和最受欢迎的类型。“金属氧化物”用于描述绝缘膜（通常是二氧化硅的薄金属氧化层），它将栅极区域与沟道隔开。
因此，MOSFET也被称为绝缘栅FET，因为栅极区域与源极-漏极区域完全绝缘。还有一个额外的端子称为衬底或本体，它是制造FET的主要半导体（硅）。因此，MOSFET有四个端子：漏极、源极、栅极和本体或衬底。
MOSFET相比BJT和JFET具有许多优点，主要是它提供高输入阻抗和低输出阻抗。它应用于开关和功率电路中，是集成电路设计技术中的主要元件。
MOSFET晶体管有耗尽型和增强型两种。耗尽型和增强型又进一步分为N沟道和P沟道类型。
N沟道MOSFET
N沟道MOSFET定义为在漏极和源极之间具有N沟道区域的MOSFET。在这里，源极和栅极区域重掺杂N型材料，位于重掺杂的P型半导体材料（衬底）中。
在N沟道MOSFET中，从源极到漏极的电流由电子支持。栅极电压控制电路中的电流流动。N沟道MOSFET比P沟道MOSFET更常用，因为电子的迁移率高于空穴。
N沟道MOSFET晶体管的符号和结构如下所示（增强型和耗尽型）。
P沟道MOSFET
在源极和漏极之间具有P沟道区域的MOSFET称为P沟道MOSFET。在这里，源极和漏极区域重掺杂P型材料，衬底掺杂N型材料。源极和漏极之间的电流流动是由于空穴浓度。栅极施加的电压控制沟道区域的电流流动。
P沟道MOSFET晶体管的符号和结构如下所示（增强型和耗尽型）。
按功能分类的晶体管
晶体管还可以根据其功能（操作或应用）进行分类。以下是按功能分类的不同类型晶体管。
小信号晶体管
小信号晶体管主要用于小信号放大，尽管它们也可用于开关。这些晶体管以NPN和PNP形式在市场上供应。我们通常可以在小信号晶体管的外壳上看到一些数值，这些数值表示晶体管的hFE值。
根据这个hFE值，我们可以了解晶体管放大信号的能力。常见的hFE值范围是10到500。这些晶体管的集电极电流值为80到600毫安。这类晶体管的工作频率范围为1到300兆赫。晶体管的名称本身就表明这些晶体管放大的是小信号，使用小的电压和电流，例如几毫伏和几毫安的电流。
小信号晶体管几乎用于所有类型的电子设备中，并用于不同的应用，例如通用开关、LED驱动器、继电器驱动器、音频静音功能、定时器电路、红外二极管放大器、偏置电源电路等。
小开关晶体管
小开关晶体管是主要用于开关但有 时也用于放大的晶体管。与小信号晶体管类似，小开关晶体管也以NPN和PNP形式供应，并带有hFE值。
这些晶体管的hFE值范围为10到200。当hFE值为200时，晶体管不是好的放大器，但作为开关效果更好。它们的集电极电流值通常在10毫安到1000毫安之间。这些晶体管主要用于开关应用。
功率晶体管
用于高功率放大器和电源中的晶体管称为功率晶体管。这种晶体管的集电极端子连接到金属器件的基座上，这种结构作为散热器，用于散发应用中产生的多余功率。
这些类型的晶体管以NPN、PNP和达林顿晶体管形式供应。在这里，集电极电流值范围为1到100安培。工作频率范围为1到100兆赫。这些晶体管的功率值范围为10到300瓦。晶体管的名称本身就表明功率晶体管用于需要高功率、高电压和高电流的应用中。
高频晶体管
高频晶体管用于在高频下工作的小信号，并用于高速开关应用。高频晶体管也称为射频晶体管。
这些晶体管的最大频率值约为2000兆赫。集电极电流（IC）值范围为10到600毫安。这些类型的晶体管也以NPN和PNP形式供应。这些晶体管主要用于高频信号的应用，并且这些晶体管必须仅在高速下导通或截止。这些晶体管用于HF、VHF、UHF、CATV和MATV振荡器和放大器电路中。
光电晶体管
光电晶体管是根据光线工作的晶体管，即这些晶体管对光敏感。一个简单的光电晶体管就是一个双极型晶体管，它用光敏区域代替基极端子。
光电晶体管只有2个端子，而不是3个端子（如BJT）。当没有光线时（光敏区域处于黑暗状态），没有电流通过晶体管，晶体管处于截止状态。
当光线照射到光敏区域时，基极端子产生小电流，这会引起从集电极到发射极的更大电流流动。光电晶体管有BJT和FET两种类型。这些被称为光电BJT和光电FET。
与光电BJT不同，光电FET利用光产生栅极电压，从而控制漏极和源极之间的电流流动。光电FET比光电BJT对光更敏感。上面显示了光电BJT和光电FET的符号。
单结晶体管（UJT）
单结晶体管（UJT）仅用作电控开关。这些晶体管由于其设计而不具有任何放大特性。这些通常是三引脚晶体管，其中两个称为基极端子，第三个称为发射极。
现在，让我们看看单结晶体管的工作原理。如果发射极与任何一个基极端子（B1或B2）之间没有电势差，那么B1和B2之间会有小电流流动。
如果在发射极端子施加足够的电压，那么发射极端子会产生大电流，并加到B1和B2之间的小电流中，从而引起晶体管中大电流的流动。
在这里，发射极电流是控制晶体管总电流的主要电流源。端子B1和B2之间的电流非常小，因此这些晶体管不适合放大用途。