"互补"一词描述的是两种不同类型晶体管之间的关系。其中一个是NPN型晶体管，另一个是PNP型晶体管。这种家族关系延伸至MOSFET和NMOS技术领域，其中一个是N沟道器件，另一个是P沟道器件。如同人类双手的对称性，互补半导体器件具有相似的结构和性能。当我们观察到NPN和PNP器件之间电流方向相反时，互补半导体的本质就显现出来了。
最常见的互补实例之一是2N3904（NPN）晶体管。与2N3904配对的互补管是2N3906（PNP）晶体管。这两款晶体管均诞生于1960年代中期。它们相近的型号编号表明它们是同期开发并注册到JEDEC的。另一个国际经典范例是BC548（NPN）与BC558（PNP）配对。同样，这些晶体管也是共同设计后注册到欧洲Pro Electron（现ESIA）体系的。图1展示了另外两组互补晶体管：采用较大TO-220封装的TIP41（NPN）/TIP42（PNP）对管，以及较小TO-92封装的MPSA06（NPN）/MPSA56（PNP）对管。
图 1 ：该电路采用TO-220封装的互补对管TIP41（NPN）和TIP42（PNP）。较小TO-92封装的MPSA06（NPN）和MPSA56（PNP）同样构成互补对。
常见问题解答
本文剩余部分将解答关于互补半导体的常见问题。
2N2222 的互补晶体管是什么？
许多人熟知著名的2N2222（NPN）晶体管，但很少人知道其互补管2N2907（PNP）。需注意2222与2907之间存在大量JEDEC编号。这两款晶体管均发布于1965年前后。
如何在电路图中识别互补对管？
互补对管常见于放大器的输出级。图2展示了一个实例。可见Q1会将R_Load（扬声器）拉向+30VDC电源轨。晶体管Q2则会将R_Load拉向-30VDC电源轨。它们协同工作，产生±30V峰值的输出信号。类似的电路图也适用于MOSFET和NMOS输出通道。在所有情况下，互补半导体器件共同驱动输出信号。
“ 互补 ” 一词并不总意味着推挽输出级 。相反，“互补”指的是NPN和PNP型晶体管具有相似的性能特性。电路设计者经常在特定电路中使用互补类型。例如，输入级、恒流源、电压放大器和驱动器都可以从互补系列中选择。
图 2 ：这个音频输出级中的NPN和PNP晶体管是一对互补管。
为什么互补晶体管很重要？
互补器件并非一直可用。例如，真空管的功能有限，因为它们只允许电流单向流动。同样，最早的大功率晶体管通常仅限于PNP锗型。
答案可以在20世纪60年代初的音频放大器中找到。回想一下，从真空管到最新的线性运算放大器，大多数放大器都是使用推挽对构建的。一个晶体管负责正半周期（上拉），另一个负责负半周期（下拉）。
在互补晶体管出现之前，设计者有两种选择：
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输出变压器：这是实现推挽操作的高成本方案。而且很难使变压器在整个音频范围内保持线性。
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准互补：给定两个PNP晶体管，可以通过加入一个反相晶体管使其中一个看起来像NPN。遗憾的是，这些准互补的PNP和NPN对在线性和过载特性上并不匹配，导致性能欠佳。
许多早期放大器还使用驱动变压器进行电平转换，并为输出器件提供适当的偏置导通。图3展示了一个非互补放大器的例子。这款25W放大器发表于RCA的晶体管手册（SC-10），采用了两只PNP锗型2N2147晶体管和一个输入变压器。图4展示了一款当时的放大器。这款西尔瓦尼亚立体声设备采用锗输出晶体管构成准互补电路。驱动变压器位于散热器左侧。本视频描述了设置与偏置方案。
随着互补NPN和PNP晶体管的出现，许多此类问题得以解决。偏置网络得以简化，采用直接信号耦合，且无需变压器。最终电路更可靠且成本更低。值得一提的是，设计者现在可以增加全局负反馈量。这些改进提升了线性度，降低了输出阻抗，并减少了电源噪声。
对于其他应用，我们注意到设计者常在电路中混用多种NPN和PNP晶体管。采用互补晶体管后，电路设计者可确信所有晶体管在频率特性、增益、热性能和频率响应方面具有相同表现。
历史 PNP锗功率晶体管通常归属于JEDEC 2N100至2N3000编号区间。硅功率晶体管和NPN型器件编号通常大于2N3000。据此标准，著名的2N3055应是市场上最早问世的NPN硅功率晶体管之一。2N3055首次出现在RCA公司1964年版《晶体管手册》(SC-11)。需注意首个硅小信号晶体管是2N696。它由1950年代末"叛逆八人帮"研发，这群人离开Schokley半导体公司后创立了仙童（ Fairchild）半导体。
图 3 ：采用RCA 2N2147 PNP锗晶体管的准互补输出级第一代晶体管音频放大器原理图。
图 4 ：采用准互补输出级的Sylvania放大器实物图。驱动变压器紧邻散热器左侧。
如何在 DigiKey 系统中查找互补晶体管？
由于JEDEC和ESIA编号很少连续，识别晶体管互补对并非易事。2N3904与2N3906配对就是典型范例。值得注意的是，2N3903(NPN)/2N3905(PNP)对与2N3904(NPN)/2N3906(PNP)系列成员是同步开发并同时提交JEDEC的。JEDEC将较小序号分配给NPN型，较大序号分配给PNP型。因此互补型号之间存在编号间隔。经典的2N2222(NPN)与2N2907(PNP)配对更复杂，因其间存在大量JEDEC分配的其它型号。
多年前，识别互补晶体管很容易，因为它们通常并列在表格中。毕竟，它们在V_CE、I_C、P_D和电流增益方面具有相同的规格。遗憾的是，纸质目录已成为过去。DigiKey的最后一本纸质目录发布于2011年。
假设你知道一个晶体管的型号，可以通过以下方式找到其互补管：
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直接参考数据手册
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如图5所示的逆向参数查找。我们通过尽可能少地勾选选项来扩大搜索范围。是的，这样会搜到无关产品，但目标器件仍能被找到。本例中，我们找到了MPSA06（NPN型）的互补管MPSA56（PNP型）
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通用互联网搜索通常也能识别互补管。
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使用人工智能。
图 5 ：这种DigiKey逆向查找方法可用于定位安森美MPSA06晶体管的互补管。
所有元件都有互补型号吗？
不，并非所有晶体管都能找到互补型号。对于高压晶体管或电源/电机驱动中使用的大功率MOSFET等特殊器件尤其如此。
晶体管有哪两种类型？
双极结型晶体管（BJT）分为NPN型和PNP型。我们首先认识到有两种晶体结构。N型材料经过改性（掺杂）具有过量电子，而P型晶体结构存在电子空缺，通常称为空穴。
晶体管可以建模为由两种半导体材料构成的三明治结构。NPN型晶体管以N型材料为面包片，中间夹着薄层P型材料（类似棉花糖）。制成的NPN三明治通过键合线连接外部世界。PNP型结构类似，只是面包片和棉花糖的位置相反。
这个集电极-基极-发射极的三明治模型是个形象易记的入门概念。然而，这只是一个模型。与制造晶体管面临的工程挑战相比，这就像用同心圆模型研究量子力学。它并非错误，只是不够完整。
关于互补器件：
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需认识到NPN和PNP具有相似特性。
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电流方向是相反的。例如，NPN晶体管的电流从集电极流向发射极，而PNP晶体管的电流则从发射极流向集电极。这里假设常规电流方向是从正极到负极。
技术提示 ：助记词"Not-Pointing-In"可轻松记住NPN晶体管的电路符号。
如何匹配互补晶体管？
通常无需此步骤。互补晶体管本身就已匹配。此外，大多数电路都包含负反馈，可自动校正晶体管的微小偏差。例如，音频放大器可能包含30分贝或更高的负反馈以提高线性度。
在某些特定应用中，可采用将NPN和PNP晶体管集成在同一封装内的阵列。例如Nexperia公司的PBSS4140DPN,115 6-TSOP器件。
技术提示 ：晶体管对温度变化敏感。若器件间存在温差，任何匹配都将失效。采用多晶体管集成封装阵列可缓解此问题。这与将功率晶体管安装在共用散热片上的原理相同。
您也可使用晶体管曲线追踪仪，如搭配晶体管测试模块的Digilent Analog Discovery。本视频简要介绍NPN晶体管匹配方法：
什么是达林顿管？
达林顿管可描述为：
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一个晶体管驱动另一个晶体管的电路配置。整个电路相当于一个具有高增益的单一晶体管。
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这是一种特殊设计的晶体管，将两个晶体管集成在一个封装内。最终形成的晶体管具有高增益特性。
关于互补晶体管，需注意市面上存在互补达林顿晶体管，例如TIP120（NPN型）和TIP125（PNP型）。这些属于通用元件，因较为常见且由多家制造商生产。
技术提示 ：通用元件可能难以查找，因为现代元件大多带有后缀编号，会掩盖原始型号。可通过搜索关键词"TIP120 BJT"解决此问题。扩展DigiKey元件搜索的更多方法，请参阅本文。
最后的思考
互补晶体管是核心技术。它们在推挽应用中表现优异，如音频放大器或运放输出级。也是识别电路中性能相似元件的便捷方式。例如，车间主管若想减少物料种类，可能规定所有项目都使用BC548（NPN型）晶体管，除非有充分理由例外。在我看来，这意味着配套的BC558（PNP型）也应备货。
欢迎分享您的问题与见解。尤其欢迎类似"主管强制使用BC548"这样的案例故事。
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