【導(dǎo)讀】您可能很清楚，現(xiàn)代電氣工程乃至整個(gè)現(xiàn)代世界都與晶體管設(shè)備有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。這些組件既充當(dāng)開(kāi)關(guān)又充當(dāng)放大器。盡管場(chǎng)效應(yīng)晶體管目前在電子領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但初的晶體管是雙極晶體管，并且很快個(gè)雙極結(jié)晶體管（BJT）就緊隨其后。
您可能很清楚，現(xiàn)代電氣工程乃至整個(gè)現(xiàn)代世界都與晶體管設(shè)備有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。這些組件既充當(dāng)開(kāi)關(guān)又充當(dāng)放大器。盡管場(chǎng)效應(yīng)晶體管目前在電子領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但初的晶體管是雙極晶體管，并且很快個(gè)雙極結(jié)晶體管（BJT）就緊隨其后。
BJT 有兩種基本類(lèi)型：NPN 和 PNP。這些字母指的是正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體層的排列，如下圖所示：
彩色 PNP 和 NPN 圖
請(qǐng)注意，彩色 PNP 和 NPN 圖是簡(jiǎn)化圖，并不反映集成電路 BJT 的實(shí)際物理配置。
NPN 與 PNP：為什么 PNP 晶體管很重要
根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，NPN 晶體管比 PNP 晶體管更受關(guān)注。我想到了幾個(gè)原因：
NPN 晶體管的電壓和電流行為（至少在我看來(lái)）明顯更加直觀。
當(dāng)需要開(kāi)關(guān)或驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，NPN 為數(shù)字輸出信號(hào)（例如微控制器生成的控制信號(hào)）提供更直接的接口。
實(shí)際上，NPN 在很多重要方面都比 PNP 更好。這導(dǎo)致 NPN 占據(jù)特別主導(dǎo)地位，因?yàn)?BJT 必須與 MOSFET 競(jìng)爭(zhēng)，而當(dāng) BJT 團(tuán)隊(duì)派出 NPN 參加比賽時(shí)，BJT 團(tuán)隊(duì)更容易獲勝。 2009 年加州大學(xué)伯克利分校文檔的作者Chenming Hu甚至表示，由于這種情況（即較高的 NPN 性能和普遍偏愛(ài) MOSFET），BJT“幾乎完全是 NPN 類(lèi)型”。
因此，我們不能否認(rèn) PNP 不太常見(jiàn)，而且一般來(lái)說(shuō)不太受歡迎，但這并不意味著我們應(yīng)該忽視它們。本文的其余部分將討論 PNP 的特性和應(yīng)用。
電荷載流子：電子與空穴
如上所示，PNP晶體管的發(fā)射極和集電極是通過(guò)p型摻雜形成的。這意味著 PNP 中的大部分載流子是空穴。
這一事實(shí)似乎與實(shí)際工程無(wú)關(guān)，因?yàn)橹灰娐氛９ぷ?，我們?shí)際上并不關(guān)心使用什么類(lèi)型的電荷載體。但事實(shí)證明，我們不能簡(jiǎn)單地忽視空穴與電子的問(wèn)題，因?yàn)榭昭ū入娮印奥?。更具體地說(shuō)，他們的流動(dòng)性較低。
如下圖所示，電子遷移率始終高于空穴遷移率，盡管摻雜濃度確實(shí)會(huì)影響兩者之間的差異。 （請(qǐng)注意，該圖專(zhuān)門(mén)針對(duì)硅。）
電子遷移率圖
您可能已經(jīng)猜到，較高的電子遷移率使 NPN 晶體管比 PNP 晶體管具有速度優(yōu)勢(shì)。上面引用的加州大學(xué)伯克利分校的文件表明，較高的遷移率也會(huì)導(dǎo)致較高的跨導(dǎo)，而較高的跨導(dǎo)意味著較高的小信號(hào)增益。不過(guò)我對(duì)此并不確定。據(jù)我所知，遷移率僅對(duì) MOSFET 跨導(dǎo)有顯著影響，對(duì) BJT 跨導(dǎo)沒(méi)有影響。如果我錯(cuò)了，請(qǐng)隨時(shí)在評(píng)論部分告訴我。
NPN 與 PNP IC 制造
PNP 不如 NPN 受歡迎的另一個(gè)原因是，它與許多電氣工程師永遠(yuǎn)不需要擔(dān)心的事情有關(guān)：制造集成電路的實(shí)際過(guò)程。我看到各種跡象表明 NPN 比 PNP 更容易制造和/或更便宜，盡管很難找到有關(guān)此主題的詳細(xì)（和權(quán)威）信息。
不過(guò)，我確實(shí)找到了一個(gè)可靠的解釋?zhuān)c BiCMOS 技術(shù)特別相關(guān)。我的舊 Sedra 和 Smith 教科書(shū)（《微電子電路》）說(shuō)“大多數(shù) BiCMOS 工藝”無(wú)法生產(chǎn)優(yōu)化的 PNP 晶體管。使用 BiCMOS 的 IC 設(shè)計(jì)人員顯然不得不接受未優(yōu)化的器件，或者也許“徹頭徹尾的平庸”是描述它們的更好方式。書(shū)中指出β值在10左右，高頻表現(xiàn)并不理想；相比之下，BiCMOS NPN 器件的 β 為 50 到 100，并且可以在高達(dá)千兆赫范圍的頻率下使用。
PNP 晶體管的實(shí)現(xiàn)
PNP 的基本操作與 NPN 相同，但極性相反，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路配置不方便。
電流從發(fā)射極流向基極；發(fā)射極必須高于基極約 0.6 V，以便正向偏置基極-發(fā)射極結(jié)。
電流從集電極流出，集電極電壓低于發(fā)射極電壓。
共發(fā)射極配置對(duì)于 NPN 來(lái)說(shuō)是直觀且直接的，但對(duì)于 PNP 來(lái)說(shuō)就有點(diǎn)奇怪了，因?yàn)椤肮病卑l(fā)射極不是接地而是連接到正電源軌。
PNP的共發(fā)射極
PNP 晶體管電路的應(yīng)用
我的目標(biāo)不是列出所有可以采用 PNP 晶體管的電路。實(shí)際上，這是不可能的，因?yàn)?PNP 可以以無(wú)數(shù)種方式使用，盡管在許多情況下 NPN 可能更可取。相反，我將重點(diǎn)介紹一些我注意到的常見(jiàn) PNP 晶體管的電路或應(yīng)用。
高側(cè)電流鏡或有源負(fù)載（例如我關(guān)于 增益裕度和相位裕度的文章中使用的負(fù)載）。
高邊電流鏡
互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)器/放大器配置，例如 B 類(lèi)和 AB 類(lèi)輸出級(jí)。
互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)器/放大器配置
低壓差穩(wěn)壓器。使用 PNP 而不是 NPN 作為傳輸元件可以使穩(wěn)壓器的壓差電壓顯著降低，但同時(shí)也會(huì)增加靜態(tài)電流（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱本應(yīng)用筆記）。
負(fù)載一側(cè)接地的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。 PNP 的發(fā)射極連接到驅(qū)動(dòng)電壓，負(fù)載的另一側(cè)連接到集電極。
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