PNP 晶体管：特性和应用

　　您可能很清楚，现代电气工程乃至整个现代世界都与晶体管设备有着千丝万缕的联系。这些组件既充当开关又充当放大器。尽管场效应晶体管目前在电子领域占据主导地位，但初的晶体管是双极晶体管，并且很快个双极结晶体管（BJT）就紧随其后。

　　BJT 有两种基本类型：NPN 和 PNP。这些字母指的是正掺杂和负掺杂半导体层的排列，如下图所示：

　　彩色 PNP 和 NPN 图
　　请注意，彩色 PNP 和 NPN 图是简化图，并不反映集成电路 BJT 的实际物理配置。
　　NPN 与 PNP：为什么 PNP 晶体管很重要
　　根据我的经验，NPN 晶体管比 PNP 晶体管更受关注。我想到了几个原因：
　　NPN 晶体管的电压和电流行为（至少在我看来）明显更加直观。
　　当需要开关或驱动器电路时，NPN 为数字输出信号（例如微控制器生成的控制信号）提供更直接的接口。
　　实际上，NPN 在很多重要方面都比 PNP 更好。这导致 NPN 占据特别主导地位，因为 BJT 必须与 MOSFET 竞争，而当 BJT 团队派出 NPN 参加比赛时，BJT 团队更容易获胜。 2009 年加州大学伯克利分校文档的作者Chenming Hu甚至表示，由于这种情况（即较高的 NPN 性能和普遍偏爱 MOSFET），BJT“几乎完全是 NPN 类型”。
　　因此，我们不能否认 PNP 不太常见，而且一般来说不太受欢迎，但这并不意味着我们应该忽视它们。本文的其余部分将讨论 PNP 的特性和应用。
　　电荷载流子：电子与空穴
　　如上所示，PNP晶体管的发射极和集电极是通过p型掺杂形成的。这意味着 PNP 中的大部分载流子是空穴。
　　这一事实似乎与实际工程无关，因为只要电路正常工作，我们实际上并不关心使用什么类型的电荷载体。但事实证明，我们不能简单地忽视空穴与电子的问题，因为空穴比电子“慢”。更具体地说，他们的流动性较低。

　　如下图所示，电子迁移率始终高于空穴迁移率，尽管掺杂浓度确实会影响两者之间的差异。 （请注意，该图专门针对硅。）

　　电子迁移率图
　　您可能已经猜到，较高的电子迁移率使 NPN 晶体管比 PNP 晶体管具有速度优势。上面引用的加州大学伯克利分校的文件表明，较高的迁移率也会导致较高的跨导，而较高的跨导意味着较高的小信号增益。不过我对此并不确定。据我所知，迁移率仅对 MOSFET 跨导有显着影响，对 BJT 跨导没有影响。如果我错了，请随时在评论部分告诉我。
　　NPN 与 PNP IC 制造
　　PNP 不如 NPN 受欢迎的另一个原因是，它与许多电气工程师永远不需要担心的事情有关：制造集成电路的实际过程。我看到各种迹象表明 NPN 比 PNP 更容易制造和/或更便宜，尽管很难找到有关此主题的详细（和权威）信息。
　　不过，我确实找到了一个可靠的解释，它与 BiCMOS 技术特别相关。我的旧 Sedra 和 Smith 教科书（《微电子电路》）说“大多数 BiCMOS 工艺”无法生产优化的 PNP 晶体管。使用 BiCMOS 的 IC 设计人员显然不得不接受未优化的器件，或者也许“彻头彻尾的平庸”是描述它们的更好方式。书中指出β值在10左右，高频表现并不理想；相比之下，BiCMOS NPN 器件的 β 为 50 到 100，并且可以在高达千兆赫范围的频率下使用。
　　PNP 晶体管的实现

　　PNP 的基本操作与 NPN 相同，但极性相反，有时会导致电路配置不方便。

　　电流从发射极流向基极；发射极必须高于基极约 0.6 V，以便正向偏置基极-发射极结。
　　电流从集电极流出，集电极电压低于发射极电压。

　　共发射极配置对于 NPN 来说是直观且直接的，但对于 PNP 来说就有点奇怪了，因为“共”发射极不是接地而是连接到正电源轨。

　　PNP的共发射极
　　PNP 晶体管电路的应用
　　我的目标不是列出所有可以采用 PNP 晶体管的电路。实际上，这是不可能的，因为 PNP 可以以无数种方式使用，尽管在许多情况下 NPN 可能更可取。相反，我将重点介绍一些我注意到的常见 PNP 晶体管的电路或应用。

　　高侧电流镜或有源负载（例如我关于 增益裕度和相位裕度的文章中使用的负载）。

　　高边电流镜

　　互补驱动器/放大器配置，例如 B 类和 AB 类输出级。

　　互补的驱动器/放大器配置
　　低压差稳压器。使用 PNP 而不是 NPN 作为传输元件可以使稳压器的压差电压显着降低，但同时也会增加静态电流（有关更多信息，请参阅本应用笔记）。
　　负载一侧接地的驱动器应用。 PNP 的发射极连接到驱动电压，负载的另一侧连接到集电极。