三极管BTJ与场效应管FET
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 |