作者：AirCity 2020.2.3
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1 BJT

BJT是Bipolar Junction Transistor的缩写，也即是双极性晶体管。从名字上看，BTJ就是有两个PN结组成。BJT有两种类型：NPN和PNP，其中NPN最常用，两者的表示符号如下图。

BJT是电流控制器件，下文以NPN为例，介绍BJT的放大原理。文中会用二极管的“多子”和“少子”的概念，参见文章《原创我理解的二极管（PN结，TVS，稳压管）工作原理》。

1.1 三极管的工作原理

如下图，我们可以把NPN看做是两个背靠背的二极管相连。其中e区重掺杂，b区很薄，集电结比发射结大。

在放大状态下，be正偏，e区的电子穿过发射结流向b区。由于b区很薄，只能接受一小部分电子，形成电流Ibn。另一大部分电子穿过b区，直接到达发射结，并在反偏电压作用下到达c区，形成电流Icn，Icn/Ibn=β，这个值很大，这就是三极管放大原理的精髓所在。

上文中最关键的一句话已经加粗，可以这么来理解。集电结反偏时，本来电流很小，因为反偏电压扩大了“内建电场”使PN结的活跃“多子”变少，反偏的PN结导通电阻很大，几乎没有电流，仅有的一部分也是“少子漂移”，这部分电流叫“漏电流”。

重点来了：e区送到b区的电子，b区接受不完，反而大部分靠近了集电结，恰好弥补了集电结缺少“多子”的问题，这部分电子在反偏电压的作用下，迅速穿过了集电结，形成电流Icn。这可以理解为e区提供的电子，使发射结的漏电流急剧增大。

所以说，NPN的集电结只需要一点点反偏电压，甚至零偏，e区送过来的电子都可以迅速穿过发射结的内建电场，因此Ib电流一定时，不管Uce电压有多大，Ic的电流变化都很小。

下图是三极管的工作曲线，放大区的曲线正好说明了这种情况。

1.2 什么是放大区

e结正偏，c结反偏，Ic=β*Ib，上文已经详细解释了放大原理。放大区Ube肯定等于0.7V或0.3V，Uce大于等于0.7或0.3V。

1.3 什么是截止区

e结和c结都反偏，来自e区电子非常少，都是pA级别，但所有的都送到c结，形成Icn。实际使用过程中，可以认为Ib＜0开始，三极管进入截止区。

这个截止主要是针对e结反偏截止来说的。

1.4 什么是饱和区

e结和c结都正偏，此时来自e区的电子，不太容易被c结吸收，导致这些电子只能从b极走，这种是进入了饱和状态。

当e结正偏c结零偏时，为临界饱和，其实此时三极管仍在放大状态，c结还是吸收了来自e区的电子（因为零偏时还有内建势垒区），只是从此点以后，c结慢慢变为正偏，纵使Ib电流再大，e结也不会吸收更多的电流。因此在饱和状态下，Ib增大1mA，Ie也跟着增大1mA，Ic保持不变，因为c结已经达到了最大的电流吸收能力，不能在吸收了，饱和了。所以叫饱和区。

在饱和区，Ic/Ib＜β，并且Uce肯定等于0.7或0.3V。

注意Ube大于0.7V和Ubc大于0.7V的状态，是三极管的异常工作状态，管子会烧毁！

1.5 三极管实用电路

与非门

或非门

三输入与非门

三输入或非门

2 FET

FET是电压控制型器件，输入阻抗高，噪声小，FET分类如下：

2.1 J-FET

N-FET，Ugs≥0，DS导通，Ugs足够负，DS关断；

2.2 MOSFET

2.2.1 N/P沟道耗尽型

N沟：Ugs=某一负值，id=0；
Ugs从某一负值增加时，id增大。

2.2.2 N/P沟道增强型

N沟：Ugs正电压越大，id越大；
Ugs=0时，id=0；

我们最常用的就是增强型的NMOS和PMOS。
增强型NMOS的导通原理如下：

当给GS施加正向电压时，如右图，在G下方的P衬底表面聚集较多的电子，同时也形成了一个耗尽区（红色部分，势垒区），耗尽区之上聚集了很多电子，形成了一个导电沟道（由于电子与P衬底的多子极性相反，因此这一层又叫反型层）。NMOS就是通过这个沟道导通的，正向电压越大，沟道越宽，阻抗越小，通流能力越强。

关于MOSFET的符号，记忆方法如下：

不管是NMOS还是PMOS，S和中间的线都是连在一起的，箭头往内的是NMOS，往外的是PMOS。寄生二极管的方向与箭头方向顺时针转90度后相同。

注意，MOS管道在满足导通的条件下，电流的流向不仅限于D到S，还可以S到D，是没有方向的。

关于NMOS和PMOS的使用方法，见文章《 PMOS做信号开关NMOS做电平转换》。

2.3 CMOS工艺的IO结构

注意，这是一个推完输出结构，由上面的PMOS+下面的NMOS组成。

3 我用过的MOS管&三极管型号

品牌	型号	特点	用途
WILLSEMI	WNM2046	20V, NMOS	逻辑转换
NXP	PMXB75UPEZ	2.9A,PMOS	VBAT电流开关
Toshiba	SSM3K36MFV	20V,NMOS	逻辑转换
Prisemi	PPM723T201E0	800mA,PMOS	信号开关
FAIRCHILD	BSS138	220mA,NMOS	LED驱动
FAIRCHILD	FDB3632	80A,NMOS	28V电源电流开关
IRF	IRF5210STRLPBF	40A,PMOS	28V电源电流开关
ON	MMBT3904LT1G	200mA,NPN	通用NPN

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