第二章 双极型晶体三极管

第二章 双极型晶体三极管（BJT ）§2.1 知识点归纳一、BJT 原理·双极型晶体管（BJT ）分为NPN 管和PNP 管两类（图2-1，图2-2）。

·当BJT 发射结正偏，集电结反偏时，称为放大偏置。

在放大偏置时，NPN 管满足C B C V V V >>；PNP 管满足C B E V V V <<。

·放大偏置时，作为PN 结的发射结的V A 关系是：/BE T v V E ES i I e =（NPN ），/E B T v VE ES i I e =（PNP ）。

·在BJT 为放大偏置的外部条件和基区很薄、发射区较基区高掺杂的内部条件下，发射极电流E i 将几乎转化为集电流C i ，而基极电流较小。

·在放大偏置时，定义了CNE i i α=（CN i 是由E i 转化而来的C i 分量）极之后，可以导出两个关于电极电流的关系方程：C E CBO i i I α=+(1)C B CBO B CEO i i I i I βββ=++=+其中1αβα=-，CEO I 是集电结反向饱和电流，(1)CEO CBO I I β=+是穿透电流。

·放大偏置时，在一定电流范围内，E i 、C i 、B i 基本是线性关系，而BE v 对三个电流都是指数非线性关系。

·放大偏置时：三电极电流主要受控于BE v ，而反偏CB v 通过基区宽度调制效应，对电流有较小的影响。

影响的规律是；集电极反偏增大时，C I ，E I 增大而B I 减小。

·发射结与集电结均反偏时BJT 为截止状态，发射结与集电结都正偏时，BJT 为饱和状态。

二、BJT 静态伏安特性曲线·三端电子器件的伏安特性曲线一般是画出器件在某一种双口组态时输入口和输出口的伏安特性曲线族。

BJT 常用CE 伏安特性曲线，其画法是：输入特性曲线：()CE B BE V i f v =常数（图2-13）输出特性曲线：()B B CE I i f v =常数（图2-14）·输入特性曲线一般只画放大区，典型形状与二极管正向伏安特性相似。

·输出特性曲线族把伏安平面分为4个区（放大区、饱和区、截止区和击穿区）放大区近似的等间隔平行线，反映β近似为常数，放大区曲线向上倾是基区宽度调制效应所致。

·当温度增加时，会导致β增加，CBO I 增加和输入特性曲线左移。

三、BJT 主要参数·电流放大系数：直流β，直流α；交流0limC EQi i α∆→∆=∆和0limCBQi i β∆→∆=∆，α、β也满足1αβα=-。

·极间反向电流：集电结反向饱和和电流CBO I ；穿透电流CEO I·极限参数：集电极最大允许功耗CM P ；基极开路时的集电结反向击穿电压CEO BV ；集电极最大允许电流CM I·特征频率T fBJT 小信号工作，当频率增大时使信号电流c i 与b i 不同相，也不成比例。

若用相量表示为c I ，B I，则c B I I β= 称为高频β。

T f 是当高频β 的模等于1时的频率。

四、BJT 小信号模型·无论是共射组态或共基组态，其放大电压信号的物理过程都是输入信号使正偏发射结电压变化，经放大偏置BJT 内部的BE v 的正向控制过程产生集电极电流的相应变化（C i 出现信号电流c i ），c i 在集电极电阻上的交流电压就是放大的电压信号。

·当发射结上交流电压5||≤be v mV 时，BJT 的电压放大才是工程意义上的线性放大。

·BJT 混合π小信号模型是在共射组态下推导出的一种物理模型（图2-28），模型中有七个参数：基本参数：基区体电阻b b r '，由厂家提供、高频管的b b r '比低频管小基区复合电阻e b r '：估算式：(1)(1)Tb e e EV r r I ββ'=+=+，e r ——发射结交流电阻跨导m g ：估算300/38.5Km C T C g I V I ====（ms ），[]m e b m e b g r g r ''=β:,关系 基调效应参数 ce r ：估算C A ce I V r /≈，A V ——厄利电压c b r '：估算ce c b r r β≈'以上参数满足：e me b ce c b r g r r r ≈>>>>>>''1高频参数：集电结电容 c b C '：由厂家给出；发射结电容e b C '：估算cb Tm e b C f gC ''-≈π2* ·最常用的BJT 模型是低频简化模型（1）电压控制电流源（c m b e i g v '=）模型（图2-23）（2）电流控制电流源（c b i i β=）模型（图2-24，常用），其中e b b b be r r r ''+=§2.2 习题解答2-1 如果在电路中测得放大偏置的BJT 的三个电极的电位为下面四组数据： （1） 7.1V, 2.16V, 1.4V （2） 6.1V, 5.8V, 1V （3） 8.87V, 8.15V, 2V （4） –9.6V, –9.27V, 0V试判断各电位对应的电极以及三极管的类型（NPN 管或PNP 管）和材料（Si 管或Ge 管）。

[解] 将三电压按从高到低排列，列出如下表：2-2 如果将BJT 的集电极与发射极对调使用，在放大偏置时，I C ≈I E 的关系是否仍然成立？为什么？[解] 不成立。

集电区较基区不是高掺杂，E i 中有较大的成分是基区多子向集电区注入形成。

这部分电流不能转化为C i ，∴C i 会比E i 明显减小。

2-3 图示电路可以用来测量晶体管的直流参数。

改变电阻R B 的值，由两支电流表测得两组I B 和I C 的数值如下表所示。

（1） 由数据表计算β﹑I CBO ﹑I CEO 和α （2 ）图中晶体管是S i 管还是G e 管？[解] （1）由(1)C B CBO B CEO I I I I I βββ=++=+ 图P2-3联立 400611208C E O C E O I I ββ⎧=+⎪⎨=+⎪⎩求得60β=，400640CEO I βμ=-= A 0.6561CEO CBO II μβ==+ A600.984161βαβ===+（2）是Ge 管。

CBO I 为μA 量级，硅管不可有如此大的集电结反向饱和电流。

2-4* 由两支锗PNP 管T 1和T 2可以组合成的一支等效PNP 管（称为复合管）。

已知T 1的1001=β，I CBO1=1μA 。

T 2的502=β，I CBO2=10μA 。

如果复合管的I B =10μA ，试求I C 。

（提示：两管均为放大偏置，电流分配关系成立。

）[解] 1111(1)1mA 0.101mA 1.101mA C B CBO I I I ββ=++=+=图P2-4∴11 1.111E C B I I I =+=mA222222122(1)(1)55.550.5156.06C B CBO E CBO I I I I I ββββ=++=++=+=mA ∴12 1.10156.0657.16C C C I I I =+++=mA 。

2-5 如果在电路中一支晶体管的V B ﹑V C ﹑V E 为： （1）0.7V ，6V ，0V ； （2）6V ，5.8V ，1.0V ； （3）1.7V ，6V ，1.0V （4）4.8V ，2.3V ，5.0V 试判断BJT 的偏置状态。

[解]（1） C B E V V V >>（2） C B E V V V(6V) (0.7V) (0V)5.8V 6V 1V ∴为放大偏置（NPN ）B C V V >，B E V V > ∴为PNP 管的截止状态（3） C B E V V V >> （4） C B E V V V << (6V) (1.7V) (1V) (2.3V) (4.8V) (5V) ∴为放大偏置（NPN ）。

∴为PNP 管的放大偏置 2-6 若一支NPN 管的基区自由电子浓度曲线分别如图（a ）﹑（b ）和（c ）所示，试判断晶体管的偏置状态，并说明理由。

图P2-6（a ）放大区x W =处因集电结反偏少子被抽完，0x =处因发射结正偏的在基区累积大量少子（b ）截止区在0x =和x W =处基区少子为0，说明CB 结与EB 结均反偏。

（c ）饱和区在0x =和x W =处都有非平衡少子在基区累积说明CB 结和EB 结均正偏。

2-7 图为一支3DG6A 的静态输出特性曲线。

试求在工作点I C =6mA ，V CE=5V 处该管的β﹑β和α﹑α的值。

（设I CBO =10nA ）图P2-7[解] 在Q[5V ，6mA]点处40B I μ= A∴61500.04C CBO C B CBO B I I I I I I β-===+取20B I μ∆=+A ，则 2.667C I ∆=mA 则1133C BII β∆==∆ 再取20B I μ∆=-A ，则 3.133C I ∆=-mA则2157C BII β∆==∆ 取1β、2β平均值作Q 点的交流β，∴1331571452β+==0.9931βαβ==+，0.9931βαβ==+。

该例说明在工作点处BJT 的ββ ，αα 。

2-8 图示电路中，硅BJT 的，100β=，I CBO ≈0。

试通过计算判断当R B 分别等于200k Ω和50k Ω时，晶体管工作在什么状态。

（提示：先按放大状态估算偏置电流电压，如果结果不合理，则晶体管一定工作在饱和状态，为什么？）[解] （1）200B R k =Ω，设BJT 工作在放大区，取0.7BE V =V ，则4.3200BB BE B B V V I R k -==， 100 4.32.15200C B I I kβ⨯===mA图P2-8103 2.15 3.55CE CC C C V V I R =-=-⨯=V 。

CE BE V V >，集电结反偏，∴假设成立，BJT 工作在放大区。

（2）50B R k =Ω，若假设BJT 工作在放大区，0.7BE V =V ，则 4.350B I k =，100 4.38.650C I ⨯==mA 1038.615.8CEV =-⨯=-VCE V 不可能为负值，故假设不成立。