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 V

E 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

CN

E 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

1α

βα=

-，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

0lim

C E

Q

i i α∆→∆=∆和

0lim

C

B

Q

i i β∆→∆=∆，α、β也满足

1α

βα=

-。

·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 f

BJT 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)T

b e e E

V r r I ββ'=+=+，e r ——发射结交流电阻

跨导m g ：估算300/38.5K

m 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 m

e 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c

b T

m e b C f g

C ''-≈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：