原标题：晶体管工作原理

晶体管是一种具有放大、开关等功能的半导体器件，在现代电子技术中应用广泛。常见的晶体管有双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET），以下将分别介绍它们的工作原理。

双极型晶体管（BJT）工作原理

双极型晶体管有三个电极：发射极（E）、基极（B）和集电极（C），根据内部结构不同可分为NPN型和PNP型。

NPN型晶体管

• 内部结构：由两块N型半导体夹着一块P型半导体组成，P区是基区，很薄且掺杂浓度低；两侧的N区分别是发射区和集电区，发射区掺杂浓度高，集电区面积大。

• 放大状态工作原理

• 发射区发射载流子：发射结正偏时，发射区的多数载流子（电子）会不断扩散到基区，形成发射极电流IE。

• 基区复合与扩散：进入基区的电子，一部分会与基区的多数载流子（空穴）复合，形成基极电流IB；由于基区很薄且掺杂浓度低，大部分电子会继续向集电区扩散。

• 集电区收集载流子：集电结反偏，在集电结电场的作用下，扩散到基区边缘的电子会被拉向集电区，形成集电极电流IC。

• 发射结正偏、集电结反偏：要使NPN型晶体管工作在放大状态，需在发射结加正向电压（基极电位高于发射极电位），在集电结加反向电压（集电极电位高于基极电位）。

• 载流子运动过程

• 电流关系：IE=IB+IC，且集电极电流IC远大于基极电流IB，电流放大倍数β=IBIC（通常在几十到几百之间）。

PNP型晶体管

• 内部结构：由两块P型半导体夹着一块N型半导体组成，N区是基区，两侧的P区分别是发射区和集电区。

• 放大状态工作原理：PNP型晶体管工作在放大状态时，发射结加反向电压（发射极电位低于基极电位），集电结加正向电压（集电极电位低于基极电位）。其载流子运动过程与NPN型类似，只是载流子类型为空穴，电流方向与NPN型相反。

开关状态工作原理

• 截止状态：当发射结和集电结都处于反向偏置时，晶体管相当于一个断开的开关，几乎没有电流通过，集电极电流IC≈0。

• 饱和状态：当发射结和集电结都处于正向偏置时，晶体管相当于一个闭合的开关，集电极和发射极之间的电压降很小，此时即使基极电流IB增大，集电极电流IC也不再明显增大。

场效应晶体管（FET）工作原理

场效应晶体管是一种电压控制型器件，通过电场效应来控制输出电流，分为结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET）。

结型场效应晶体管（JFET）

• N沟道结型场效应晶体管

• 栅源电压控制漏极电流：当栅源电压VGS=0时，在漏源电压VDS作用下，N型半导体中的多数载流子（电子）从源极流向漏极，形成漏极电流ID。当栅源电压VGS为负时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，漏极电流ID减小；当VGS负到一定程度时，沟道被夹断，漏极电流ID趋近于零。

• 输出特性曲线：可分为可变电阻区、恒流区和截止区。在可变电阻区，漏极电流ID随漏源电压VDS变化较大，晶体管相当于一个可变电阻；在恒流区，漏极电流ID基本不随漏源电压VDS变化，只受栅源电压VGS控制；在截止区，漏极电流ID≈0。

• 内部结构：在一块N型半导体两侧制作两个P区，形成两个PN结，这两个P区相连作为栅极（G），N型半导体的两端分别作为源极（S）和漏极（D）。

• 工作原理

• P沟道结型场效应晶体管：与N沟道结型场效应晶体管工作原理类似，只是载流子类型为空穴，电压极性相反。

绝缘栅型场效应晶体管（MOSFET）

• 增强型N沟道MOSFET

• 栅源电压控制沟道导通：当栅源电压VGS=0时，源极和漏极之间没有导电沟道，漏极电流ID=0。当栅源电压VGS增大到一定值（开启电压VGS(th)）时，在电场作用下，P型硅表面会感应出负电荷，形成N型导电沟道，源极和漏极之间导通，漏极电流ID随漏源电压VDS增大而增大。

• 饱和与非饱和区：当漏源电压VDS较小时，晶体管工作在非饱和区，漏极电流ID随VDS近似线性变化；当VDS增大到一定程度时，晶体管进入饱和区，漏极电流ID基本不随VDS变化，只受栅源电压VGS控制。

• 内部结构：在P型硅衬底上制作两个高掺杂的N区，分别作为源极（S）和漏极（D），在源极和漏极之间的P型硅表面生长一层二氧化硅绝缘层，并在上面制作一个金属栅极（G）。

• 工作原理

• 耗尽型N沟道MOSFET：在制造时就已经在源极和漏极之间形成了导电沟道，即使栅源电压VGS=0，也有漏极电流ID。当栅源电压VGS为负时，沟道变窄，漏极电流ID减小；当VGS为正时，沟道变宽，漏极电流ID增大。

• P沟道MOSFET：与N沟道MOSFET工作原理类似，只是载流子类型为空穴，电压极性相反。