2010-5-12 1 1
§ 1.4 双极型晶体三极管 (BJT)
1.4,1 BJT的 工作原理
1,4, 2 BJT的静态特性曲线
1,4,3 BJT的主要参数
返回
1,4,3 BJT的小信号模型
集电区
基区
发射区
结构：
由两个 PN结和三个电极构成 。
有两个基本类型,NPN型
PNP型
基 区 （ B） 区,薄, 低渗杂
三个电极：
发射极 （ Emitter）,E(e)
基 极 （ Base）,B(b)
集电极 （ Collctor）,C
集电区 （ C） 区,渗杂适中
1.4,1 BJT的 工作原理
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
1,NPN 型
三个区域：
发射区（ E区）,高渗杂
两个 PN结：
发射结（ BE结）
集电结（ CB结）
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
N+
2,PNP型
N
P
P+
返回
3,BJT的偏置方式：
① 发射结正偏, 集电结反偏, BJT处于 放大状态
② 发射结反偏, 集电结正偏, BJT处于 反向应用状态,
（ 一般不宜 反向应用 ）
③ 二个 PN结均正偏, 晶体管处于饱合状态
④ 二个 PN结均 反偏, 晶体管处于截至状态
集电区
基区
发射区
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
N+
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
P+
返回
4,BJT三种 基本组态
共基极 (CB)组态,共射极 (CE) 组态,共集电极 (CC) 组态
返回
ECEB
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
一 BJT的工作原理
1,载流子的传输过程：
将 NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端
即,uBE>>UT,发射结正偏 → 易于 E区多子扩散
uCB＞ 0, 集中结反偏 → 易于 B区少子漂移
b
c
e
iE
iB iC
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
ien= icn1 + ib1
iE = ien + iEP ≈ ien
ICBO= icn2 + icp
iC= ICBO + icn1 ; iB= ib1 + iEP -ICBO
icn2icp
返回
所以 i E = i e n + i EP ≈ i e n
( 因为 N
+
P i e n >>i EP )
(1) 多子通过 EB(发射 )结注入 B区
EB 结正偏 E 区多子 （电子） 注入 B 区 → i e n
B 区多子 （空穴） → 注入 E 区 → i E P
经 EB 结
扩散
注意,（ i e n ）注入 B 区的电子是 B 区的 非平衡少数载流子
( i E P ) 注入 E 区的空穴是 E 区的非平衡少数载流子
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iE
返回
B 区非平衡少子 i e n 向 CB 结扩散
与 B 区多子复合 → i b 1 ( 很少 )
复合
浓度差
扩散(2) 由 浓度差引起基区非平衡少数载流子的扩散与复合。
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
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● ● ● ●
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● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
返回
CB 结反偏
B 区到达 CB 结的非平衡少子 C 区 → i
cn 1
B 区少子 （电子） C 区 → i
cn 2
C 区少子 （空穴） B 区 → i
cp
注意,I
C B0
：反向饱合电流 不受 V
BE
控制
T ↑ → I
CB 0
↑
所以 i
c
=i
cn1
+I
CB0
i
B
=i
B1
+i
B2
-I
C B 0,
i
B2
=i
EP
经 CB 结
I
CB0
=i
cn2
+i
cp
漂移
漂移
漂移
( 3 ) 集电极对载流子的收集
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
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○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
返回
ECEB
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
载流子的传输过程小结：
将 NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端
即,VBE>>VT,发射结正偏 → 易于 E区多子扩散
VCB＞ 0, 集中结反偏 → 易于 B区少子漂移
b
c
e
iE
iB iC
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
ien= icn1 + ib1
iE = ien + iEP ≈ ien
ICBO= icn2 + icp
iC=ICBO + icn1 ; iB= ib1 + iEP -ICBO
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
2,共基电流分配关系：
CB 电流放大倍数：定义 α =i cn1 / i E （一般性的定义）
CB 直流电流放大倍数,? =( I
C
-I
CBO
) / I
E
≈ I
C
/ I
E
（忽略 I
CBO
）
CB 输出端交流短路电流增益,
E
c
di
di
?? v
CB= 常数
?
≈
?
＝ 0, 99 <1
所以 i
c
=
?
i
E
+I
CB0
( 反映 i
E
对 i
c
的控制作用 )
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
共基电流分配关系小结：
i E =i C +i B ( 1)
i C = ? i E +I CBO ( 2 )
i B =i B1 +i B2 -I CBO ( 3 ) 由 (1), （ 2 ）,（ 3 ） i
B1 +i B2 = ( 1- ? ) i E ( 4 )
i E =
?? ?
?
?
?
1
i
1
Ii BC B OB
( 5)
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
i B =i E -i C
i E =(1+ ? ) i B
i C = ? i B
3.共发射极 BJT电流分配关系小结：
i
B
=i
E
-i
C
i
E
= ( 1 + ? ) i
B
+I
CEO
i
C
= ? i
B
+ I
CEO
实际应用中
I CEO 很小
（ 1） 共发射极电流放大倍数,
CE 直流电流增益,
?
?
?
?
??
1I
I
B
c
C E 交流电流增益, ??? ??? ? 1didi
CEv
B
C
常量
（ 2） 共发射极电流分配关系,
ICEO= ICBO /(1-α) =（ 1+ ） ICBO ≈ ICBO
BJT的穿透电流
? ?
1 2 73 4 5
返回
1,4, 2 BJT的静态特性曲线
B J T 各极电压与电流的关系曲线
输出特性曲线,i c = f ( i B,u CE )
输入特性曲线, i B =f ( u BE,u CE )
iB=iB
2
iB=iB
3
饱和区
击穿区
截止区
临界饱和线
uCE
iC
U（ BR） CEO
iB=-ICBO
iB=iB
1
iB=iB
4
iB=iB
5
ib(μA)
uBE
U（ BR） EBO
ICBO＋ ICEO
UCE=0UCE=1U
CE=10
1 2 73 4 5
返回
i c =f (i B,u CE )
iB=-ICBO
饱合区,集电结正偏，发射结正偏
放大区,集电结反偏，发射结正偏
1 共射 BJT的输出特性曲线：
当 i B 为某一常数时，可相应地测出一条输出特性曲线。
i c =f ( u CE )| i B = 常数。
故 N P N, B J T 的输出特性曲线为一簇曲线 。
截至区：集电结和发射结都反偏 。
饱和区
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
临界饱和线
uCE
iC i
B=iB
5 击穿区,u CE > U （ BR ） C E O i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
返回
EC
1 共射 BJT的输出特性曲线：
( 1 ) 截至区：
i E =0,i B =- I CBO,i c =I CBO
晶体管呈现高阻抗状态，失去放大能力
(2) 击穿区,EB 结正偏, CB 结反偏
但 U CE ↑↑→ i c ↑↑→ 雪崩击穿
一般 U （ BR ） CBO ＞ U （ BR ） CEO
ICBO
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5 i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
返回
B J T 进入饱合区后，失去放大作用
i
B
对 i
c
无控制作用,
即 i
c
?
? i
B
+I
CEO
,一般 i
B
> I
c
/?
饱合电压,U CES (s at ) 很小，随 I cs 变化
一般,
S i, U
CES
= 0,4 ～ 0,6V
G e, U
CES
= 0,1 ～ 0,3V
1 共射 BJT的输出特性曲线, ( 3 ) 饱合区,
临界饱合线,u CB ＝ 0 ? u CE ＝ u BE 时输出特性曲线对应点的连线 。
当 u CE ＜ u EB 时，（即 u CB ＜ 0 时，集电结正偏，发射结正偏对应的区
域为饱合区
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5 i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
临界饱和线
饱和区
返回
i,外电路偏置条件：发射结适当正偏，集电结反偏, u CE ＞ u BE
1 共射 BJT的输出特性曲线：
（ 4 ） 放大区：
i i, 输出特性曲线平行等距,i B 对 i C 有控制作用
iii,曲线平坦,u CE 变化引起的 i c 变化很小,
即输出电阻很大，相当于一
个恒流源，输出特性曲线有倾斜的
原因是基区宽度调制
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5
临界饱和线
饱和区
iB=iB1
iB=iB
2
iB=iB
3
iB=iB4
iC1
iC2
iC3
iC4
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
以 V CE 为参变量的输入特性曲线,
i B = f( u BE,u CE )
i B =f( u BE )| u CE = 常数
BJT的输入特性曲线为一组曲线
ib(μA)
uBE
U（ BR） EBO
ICBO＋ ICEO
UCE=0UCE=1U
CE=10
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
（ 1 ） 正向特性：
与二极管正向特性相似
u CE ↑→ 曲线右移 → 当 u CE ≥ 1V 后
输入特性曲线基本重合, 可以用一条代表
右移的原因是由于基区宽度调 制效应 ( E a rl y )
E a r l y 效应解释,
??????
???? ? ?
BC
CE
ii
u
，复合集电极吸收能力
基极有效宽度集电结宽度
其中,U A 成为,e a r l 电压
iB(μA)
uBE
UCE=0UCE=1U
CE=10
·
UA
iC
uCEduCE
diC
1 2 73 4 5
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
（ 2 ）反向特性：
EB 结反偏,C B 结反偏
I B ＝－ （ I C B O ＋ I C E O ）
（ 3 ）击穿特性：
当发射结上的反向偏压
u BE ＜－ B U BEO 时发射结击穿,
一般为齐纳 击穿。
即, |u BE |> B U BEO ICEO
BUEBO
ib(μA)
uBE
UCE=0UCE=1U
CE=10
ICBO＋ ICEO
1 2 73 4 5返回
三 Ebers-Moll equation
)1
U
u
( ex pI)1
U
u
( ex p
I
i
)1
U
u
( ex p
I
)1
V
u
( ex pIi
T
BC
s
T
BE
F
s
E
T
BC
R
s
T
BE
sc
????
????
?
?
其中,I S 为晶体管的饱合电流，
α R 共基极反向电流传输系数，
α F 为共基极正向电流传输系数
修正 E ba rs m ol l e qna t i on,
i c = )
U
u
1(
U
u
e x pI
A
CE
T
BE
s ?
1 2 73 4 5
返回
1,4,3 BJT的主要参数
1 电流增益 （电流放大倍数）
CE 直流电流 增益
?
?
?
?
?
1
CB 直流电流增益 ?
CE 输出交流短 路电流增益 ??? ?? 1
CB 输出交流短路电流增益 α
一般, α = 0, 9 9 β = 9 9
1 2 73 4 5
返回
EC
EC
ICBO
1,4,3 BJT的主要参数
C － B 反向饱合电流 I CBO
2 极间反向电流
I B ＝－ I C B O I C ＝ I CBO
C － E 漏电流或穿透电流
I CEO ＝（ 1 + β ） I CBO
ICEO
1 2 73 4 5
返回
1,4,3 BJT的主要参数
3 极限参数
1) 集电极最大允许电流 I CM
I CM,指 β 下降到额定值的 2 ／ 3 时，允许的最大集电极电流
2) 集电极最大允许功耗 P M
一般, I C U CE ＜ P M
3 ） 反向击穿电压,
BU CEO ＞ E C + 余量
B U CBO ＞ BU CEO
4) 特征频率 f T
β 下降到 1 时所对应的频率 f T
与结电容 C D, C T 有关1
fT
β
f
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC
iB=iB5
iB=iB4
iB=iB3
iB=iB2
iB=iB1
1 2 73 4 5
返回
ECE
B
us
iB
uBE
当加入 u S 后，在静态偏置上叠加交流信号,
i B =I B +i b ； u BE = U BE + u be
i C =I c +i c ； u CE = U CE + u ce
从晶体管的输入特性曲线上可以看出,
当静态工作点选择的较合适，且 u s 较
小时，输入特性曲线在工作电压范围
内可视为直线。 即 B J T 可以用一个线
性电路（网络）来代替,可以把 B J T 看
成一个线性的四端网络。
1,4,3 BJT的小信号模型
+
uCE
_
i B i C
i E
uBE
IB
UBE
ube
ib
? Q
静态偏置：当 u S ＝ 0 时,
I B, U BE, I C, U CE
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o 等效到 b ’e 间的电阻
（一） 晶体管的混合 π 型等效电路及参数
由晶体管的物理模型可抽象出 π 型等效电路。
1 π 型等效电路及参数意义
( 1 ) r bb ’基区体电阻
(2) r b ' e 发射结电阻
其中,?????
b
c
QB
C
i
i
i
i （电流增益） ;
Qe'b
c
m u
i
g
?
?
? 输出交流短路时的正向传输跨导
T
BE
sc U
u
e x pIi ? ;
QBE
c
m u
i
g
?
?
?
T
C
U
I
? ； r π
c
T
m I
U
g
??
??
rbb’
rb‘e
b’ g
mub’e
Q
e'b
c
B
c
Q
B
e'b
b
e'b )
u
i
i
i
(
i
u
i
u
r
?
?
?
?
?
?
?
???
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’ g
mub‘e
Q
CE
c
B
c
QB
CE
cb )
u
i
i
i
(
i
u
r
?
?
?
?
?
?
?
??
1 π 型等效电路及参数意义
( 3 ) cbr ? 集电结反偏动态电阻,
其中,??
?
?
B
c
i
i
)
U
U
(g
U
U
U
I
U
I
g
u
i
A
T
m
A
T
T
c
A
c
ce
QCE
c
???????
?
?
??
（因修正 E b e r s - M o l l Eq u a t i o n )
U
u
1(
U
u
e x pIi
A
CE
T
BE
sc
?? ）
所以 g ce 为输入交流短路的输出电导。
ce
ce
g
1
r ?
反映了基区的调宽效应。 所以 r b ' c = β r ce
rb‘c
rce
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’
rb‘c
g mub‘e
（ 4 ） r ce, 输入交流短路时的输出电阻,
m
C
A
ce
CE
cc
CE
ce
g
I
U
g
1
u
i
1
i
u
r ????
?
?
?
?
?
?
（ 即
CE
u? 对
c
i? 的控制作用）
反映了输出电导的大小。
（ 5 ） r ee, 发射区体电阻
E 区掺杂高，体电阻很小
（ 6 ） r cc, 集电区体电阻,一般也很小
( 7 ) C b ' e, 发射结等效电容 C b e = C TE + C DE ≈ C DE （以扩散电容为主）
( 8 ) C b ' c, 集电结等效电容 C b ' c = C TC + C DC ≈ C TC （以势垒电容为主）
rce
cb‘e
cb‘c
rcc
ree
1 π 型等效电路及参数意义
1 2 73 4 5 返回
小结：四个物理效应
1 正向控制和传输效应,
C
T
QB
BE
eb
I
U
i
u
r ??
?
?
?
?
T
C
QBE
C
m
U
I
u
i
g ?
?
?
? 2 基区宽度调制效应,
m
A
C
C
CE
ce
g
U
I
i
u
r ???
?
?
?
ce
B
CE
cb
r
i
u
r ??
?
?
??
3 结电容效应 C b ' e
C b ' c
4 体电阻效应,
( r bb ’,r c c,r ee )
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’
rb‘c
g mub‘erce
cb‘e
rcc
ree
cb‘c
1
2
7
3
4
5
g mub‘erb‘e
rb‘c
cb‘c
cb‘e ub‘e
返回
ub‘e ub‘e rb‘erb‘e
g mub‘eg mub‘e
cb‘e
cb‘c
rb‘c
g mub‘eub‘ecb‘e rb‘e
rb‘c
cb‘c
（二） 简化 π 型等效电路
1
2
7
3
4
5
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o rbb’ r
b‘e
b’
rb‘c
g mub‘erce
cb‘e
rcc
ree
cb‘c
返回
hreuce h
feube
hie
1/hoe
六 H参数等效电路
晶体管小信号交流等效模型：
物理模型,π 参数等效模型
T 参数等效模型
网络参数模型,H 参数等效模型,低频小信号
Y 参数等效模型：高频小信号
S 参数等效模型：微波电路
１,网络 H 参数模 型,
u be =h 11 i b +h 12 u ce
i c =h 21 i b +h 22 u ce
对于共射电路
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
i b
ic
+
ube
-
+
uce
-
+
ube
-
i b ic
+
uce
-
1 2 73 4 5
返回
（ 1 ）
常数?
?
CEu
b
be
ie
i
u
h
h ie, 输出端交流短路（ u CE ＝常数 ）时的输入阻抗
即为输入特性曲线工作点 Q 上切线斜率的倒数。
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe V ce
六 H参数等效电路
１,共射 h 参数的物理意义：
Q·
ube
ib
cb
ie
b
ce
b
be
ICE
BE
0ice
be
re
r
h
i
v
i
v
u
u
u
u
h)2(
Bb
?
??
??
??
常数
?
?
输入端交流开路时，输入电压 u be 随输出电压 u ce 的变化之比，反映
了输出回路对输入回路的影响，称内部电压反馈参数，由输入特性曲线可
见，输出电压对输入特性曲线有调制作用－ e a r l y 效应。
ube
ib
IB
ΔuBE
ΔuCE
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
1
2
7
3
4
5
返回
( 4 )
常数??
??
Bb
ICE
c
0ice
c
oe
u
I
u
i
h
?
?
输入端交流开路时，输出导纳,即 h oe = 1 / r ce
静态工作点上输出特性曲线切线的斜率
( 3 )
常数??
??
CEce u
B
C
0vb
c
fe
i
i
i
i
h
?
?
输出端交流短路时（ u CE = 常数 ）时，正向
电流放大倍数,反映了输出特性曲线的间距。
六 H参数等效电路
１,共射 h 参数的物理意义：
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
UCE uCE
ic
ib1
ib2=ib1+ΔiB
ΔiC
ic
uCEΔuCE
ΔiC IB
1 2 73 4 5 返回
hie hiehfeib hfeib1/hoe uce
ube ubeuce
ube uce
hfeib
hie
1/hoeh
reuce
六 H参数等效电路
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
3 等效电路
4 简化等效电路
1 2 73 4 5 返回
六 H参数等效电路
5 π 参数等效电路与 H 参数等效电路
h ie =r bb’ +r b ' e r ce =
oe
h
1
,h fe = β
h fe i b =g m u b' e =g m i b r b ' e ? h fe =g m r b ' e
H 参数典型值：
h
ie
=1.4k Ω h
re
=5 × 10
- 4
h
fe
=50~1 00 h
oe
=5 × 10
-5
20r
h
1
ce
oe
?? k Ω
1 2 73 4 5
ube uce
hfeibhie 1/hoe
ube ub'e uce
gmub'e
rbb'
rb'e
rce
返回
由于结电容效应，晶体管参数是随频率变化的
? ?
0u
b
c
CE
i
i
?
?
?
?? ???
可推出与 β 之 f 间的关系为,
?
?
?
f
f
i1
0
?
?
2
0
f
f
1
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
七 共射 BJT的频率参数 fβ,fT
β0
|β|
ffβ fT
1
β0/ 2
１,共射截止频率 f
β
:
2
0
?
? ?
时对应的频率
可推出
? ?
???
?
? CCr2
1
f
?
?
2,共射特征频率 f T,
?
?
??? ff
f
f
11 0T20
2
T ???
?
?
?
?
?
?
?
?
???
1 2 73 4 5
继续
返回
§ 1.4 双极型晶体三极管 (BJT)
1.4,1 BJT的 工作原理
1,4, 2 BJT的静态特性曲线
1,4,3 BJT的主要参数
返回
1,4,3 BJT的小信号模型
集电区
基区
发射区
结构：
由两个 PN结和三个电极构成 。
有两个基本类型,NPN型
PNP型
基 区 （ B） 区,薄, 低渗杂
三个电极：
发射极 （ Emitter）,E(e)
基 极 （ Base）,B(b)
集电极 （ Collctor）,C
集电区 （ C） 区,渗杂适中
1.4,1 BJT的 工作原理
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
1,NPN 型
三个区域：
发射区（ E区）,高渗杂
两个 PN结：
发射结（ BE结）
集电结（ CB结）
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
N+
2,PNP型
N
P
P+
返回
3,BJT的偏置方式：
① 发射结正偏, 集电结反偏, BJT处于 放大状态
② 发射结反偏, 集电结正偏, BJT处于 反向应用状态,
（ 一般不宜 反向应用 ）
③ 二个 PN结均正偏, 晶体管处于饱合状态
④ 二个 PN结均 反偏, 晶体管处于截至状态
集电区
基区
发射区
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
N+
E 发射极
B 基极
C 集电极
发射结
集电结
N
P
P+
返回
4,BJT三种 基本组态
共基极 (CB)组态,共射极 (CE) 组态,共集电极 (CC) 组态
返回
ECEB
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
一 BJT的工作原理
1,载流子的传输过程：
将 NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端
即,uBE>>UT,发射结正偏 → 易于 E区多子扩散
uCB＞ 0, 集中结反偏 → 易于 B区少子漂移
b
c
e
iE
iB iC
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
ien= icn1 + ib1
iE = ien + iEP ≈ ien
ICBO= icn2 + icp
iC= ICBO + icn1 ; iB= ib1 + iEP -ICBO
icn2icp
返回
所以 i E = i e n + i EP ≈ i e n
( 因为 N
+
P i e n >>i EP )
(1) 多子通过 EB(发射 )结注入 B区
EB 结正偏 E 区多子 （电子） 注入 B 区 → i e n
B 区多子 （空穴） → 注入 E 区 → i E P
经 EB 结
扩散
注意,（ i e n ）注入 B 区的电子是 B 区的 非平衡少数载流子
( i E P ) 注入 E 区的空穴是 E 区的非平衡少数载流子
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iE
返回
B 区非平衡少子 i e n 向 CB 结扩散
与 B 区多子复合 → i b 1 ( 很少 )
复合
浓度差
扩散(2) 由 浓度差引起基区非平衡少数载流子的扩散与复合。
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
返回
CB 结反偏
B 区到达 CB 结的非平衡少子 C 区 → i
cn 1
B 区少子 （电子） C 区 → i
cn 2
C 区少子 （空穴） B 区 → i
cp
注意,I
C B0
：反向饱合电流 不受 V
BE
控制
T ↑ → I
CB 0
↑
所以 i
c
=i
cn1
+I
CB0
i
B
=i
B1
+i
B2
-I
C B 0,
i
B2
=i
EP
经 CB 结
I
CB0
=i
cn2
+i
cp
漂移
漂移
漂移
( 3 ) 集电极对载流子的收集
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
返回
ECEB
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
载流子的传输过程小结：
将 NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端
即,VBE>>VT,发射结正偏 → 易于 E区多子扩散
VCB＞ 0, 集中结反偏 → 易于 B区少子漂移
b
c
e
iE
iB iC
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
ien= icn1 + ib1
iE = ien + iEP ≈ ien
ICBO= icn2 + icp
iC=ICBO + icn1 ; iB= ib1 + iEP -ICBO
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
2,共基电流分配关系：
CB 电流放大倍数：定义 α =i cn1 / i E （一般性的定义）
CB 直流电流放大倍数,? =( I
C
-I
CBO
) / I
E
≈ I
C
/ I
E
（忽略 I
CBO
）
CB 输出端交流短路电流增益,
E
c
di
di
?? v
CB= 常数
?
≈
?
＝ 0, 99 <1
所以 i
c
=
?
i
E
+I
CB0
( 反映 i
E
对 i
c
的控制作用 )
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
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● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
共基电流分配关系小结：
i E =i C +i B ( 1)
i C = ? i E +I CBO ( 2 )
i B =i B1 +i B2 -I CBO ( 3 ) 由 (1), （ 2 ）,（ 3 ） i
B1 +i B2 = ( 1- ? ) i E ( 4 )
i E =
?? ?
?
?
?
1
i
1
Ii BC B OB
( 5)
EB
EC
RC
b
Rb
c
e
●
●
●
●
iEP
ib1
icn1
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ●
● ● ● ● ●
● ● ● ● ●
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
ien
iC
iE
iB
icn2icp
1 2 73 4 5
返回
i B =i E -i C
i E =(1+ ? ) i B
i C = ? i B
3.共发射极 BJT电流分配关系小结：
i
B
=i
E
-i
C
i
E
= ( 1 + ? ) i
B
+I
CEO
i
C
= ? i
B
+ I
CEO
实际应用中
I CEO 很小
（ 1） 共发射极电流放大倍数,
CE 直流电流增益,
?
?
?
?
??
1I
I
B
c
C E 交流电流增益, ??? ??? ? 1didi
CEv
B
C
常量
（ 2） 共发射极电流分配关系,
ICEO= ICBO /(1-α) =（ 1+ ） ICBO ≈ ICBO
BJT的穿透电流
? ?
1 2 73 4 5
返回
1,4, 2 BJT的静态特性曲线
B J T 各极电压与电流的关系曲线
输出特性曲线,i c = f ( i B,u CE )
输入特性曲线, i B =f ( u BE,u CE )
iB=iB
2
iB=iB
3
饱和区
击穿区
截止区
临界饱和线
uCE
iC
U（ BR） CEO
iB=-ICBO
iB=iB
1
iB=iB
4
iB=iB
5
ib(μA)
uBE
U（ BR） EBO
ICBO＋ ICEO
UCE=0UCE=1U
CE=10
1 2 73 4 5
返回
i c =f (i B,u CE )
iB=-ICBO
饱合区,集电结正偏，发射结正偏
放大区,集电结反偏，发射结正偏
1 共射 BJT的输出特性曲线：
当 i B 为某一常数时，可相应地测出一条输出特性曲线。
i c =f ( u CE )| i B = 常数。
故 N P N, B J T 的输出特性曲线为一簇曲线 。
截至区：集电结和发射结都反偏 。
饱和区
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
临界饱和线
uCE
iC i
B=iB
5 击穿区,u CE > U （ BR ） C E O i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
返回
EC
1 共射 BJT的输出特性曲线：
( 1 ) 截至区：
i E =0,i B =- I CBO,i c =I CBO
晶体管呈现高阻抗状态，失去放大能力
(2) 击穿区,EB 结正偏, CB 结反偏
但 U CE ↑↑→ i c ↑↑→ 雪崩击穿
一般 U （ BR ） CBO ＞ U （ BR ） CEO
ICBO
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5 i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
返回
B J T 进入饱合区后，失去放大作用
i
B
对 i
c
无控制作用,
即 i
c
?
? i
B
+I
CEO
,一般 i
B
> I
c
/?
饱合电压,U CES (s at ) 很小，随 I cs 变化
一般,
S i, U
CES
= 0,4 ～ 0,6V
G e, U
CES
= 0,1 ～ 0,3V
1 共射 BJT的输出特性曲线, ( 3 ) 饱合区,
临界饱合线,u CB ＝ 0 ? u CE ＝ u BE 时输出特性曲线对应点的连线 。
当 u CE ＜ u EB 时，（即 u CB ＜ 0 时，集电结正偏，发射结正偏对应的区
域为饱合区
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5 i
B=iB4
iB=iB
3i
B=iB
2
iB=iB1
临界饱和线
饱和区
返回
i,外电路偏置条件：发射结适当正偏，集电结反偏, u CE ＞ u BE
1 共射 BJT的输出特性曲线：
（ 4 ） 放大区：
i i, 输出特性曲线平行等距,i B 对 i C 有控制作用
iii,曲线平坦,u CE 变化引起的 i c 变化很小,
即输出电阻很大，相当于一
个恒流源，输出特性曲线有倾斜的
原因是基区宽度调制
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC i
B=iB
5
临界饱和线
饱和区
iB=iB1
iB=iB
2
iB=iB
3
iB=iB4
iC1
iC2
iC3
iC4
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
以 V CE 为参变量的输入特性曲线,
i B = f( u BE,u CE )
i B =f( u BE )| u CE = 常数
BJT的输入特性曲线为一组曲线
ib(μA)
uBE
U（ BR） EBO
ICBO＋ ICEO
UCE=0UCE=1U
CE=10
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
（ 1 ） 正向特性：
与二极管正向特性相似
u CE ↑→ 曲线右移 → 当 u CE ≥ 1V 后
输入特性曲线基本重合, 可以用一条代表
右移的原因是由于基区宽度调 制效应 ( E a rl y )
E a r l y 效应解释,
??????
???? ? ?
BC
CE
ii
u
，复合集电极吸收能力
基极有效宽度集电结宽度
其中,U A 成为,e a r l 电压
iB(μA)
uBE
UCE=0UCE=1U
CE=10
·
UA
iC
uCEduCE
diC
1 2 73 4 5
返回
2,共射 BJT的输入特性曲线
（ 2 ）反向特性：
EB 结反偏,C B 结反偏
I B ＝－ （ I C B O ＋ I C E O ）
（ 3 ）击穿特性：
当发射结上的反向偏压
u BE ＜－ B U BEO 时发射结击穿,
一般为齐纳 击穿。
即, |u BE |> B U BEO ICEO
BUEBO
ib(μA)
uBE
UCE=0UCE=1U
CE=10
ICBO＋ ICEO
1 2 73 4 5返回
三 Ebers-Moll equation
)1
U
u
( ex pI)1
U
u
( ex p
I
i
)1
U
u
( ex p
I
)1
V
u
( ex pIi
T
BC
s
T
BE
F
s
E
T
BC
R
s
T
BE
sc
????
????
?
?
其中,I S 为晶体管的饱合电流，
α R 共基极反向电流传输系数，
α F 为共基极正向电流传输系数
修正 E ba rs m ol l e qna t i on,
i c = )
U
u
1(
U
u
e x pI
A
CE
T
BE
s ?
1 2 73 4 5
返回
1,4,3 BJT的主要参数
1 电流增益 （电流放大倍数）
CE 直流电流 增益
?
?
?
?
?
1
CB 直流电流增益 ?
CE 输出交流短 路电流增益 ??? ?? 1
CB 输出交流短路电流增益 α
一般, α = 0, 9 9 β = 9 9
1 2 73 4 5
返回
EC
EC
ICBO
1,4,3 BJT的主要参数
C － B 反向饱合电流 I CBO
2 极间反向电流
I B ＝－ I C B O I C ＝ I CBO
C － E 漏电流或穿透电流
I CEO ＝（ 1 + β ） I CBO
ICEO
1 2 73 4 5
返回
1,4,3 BJT的主要参数
3 极限参数
1) 集电极最大允许电流 I CM
I CM,指 β 下降到额定值的 2 ／ 3 时，允许的最大集电极电流
2) 集电极最大允许功耗 P M
一般, I C U CE ＜ P M
3 ） 反向击穿电压,
BU CEO ＞ E C + 余量
B U CBO ＞ BU CEO
4) 特征频率 f T
β 下降到 1 时所对应的频率 f T
与结电容 C D, C T 有关1
fT
β
f
iB=-ICBO
U（ BR） CEO
击穿区
截止区
uCE
iC
iB=iB5
iB=iB4
iB=iB3
iB=iB2
iB=iB1
1 2 73 4 5
返回
ECE
B
us
iB
uBE
当加入 u S 后，在静态偏置上叠加交流信号,
i B =I B +i b ； u BE = U BE + u be
i C =I c +i c ； u CE = U CE + u ce
从晶体管的输入特性曲线上可以看出,
当静态工作点选择的较合适，且 u s 较
小时，输入特性曲线在工作电压范围
内可视为直线。 即 B J T 可以用一个线
性电路（网络）来代替,可以把 B J T 看
成一个线性的四端网络。
1,4,3 BJT的小信号模型
+
uCE
_
i B i C
i E
uBE
IB
UBE
ube
ib
? Q
静态偏置：当 u S ＝ 0 时,
I B, U BE, I C, U CE
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o 等效到 b ’e 间的电阻
（一） 晶体管的混合 π 型等效电路及参数
由晶体管的物理模型可抽象出 π 型等效电路。
1 π 型等效电路及参数意义
( 1 ) r bb ’基区体电阻
(2) r b ' e 发射结电阻
其中,?????
b
c
QB
C
i
i
i
i （电流增益） ;
Qe'b
c
m u
i
g
?
?
? 输出交流短路时的正向传输跨导
T
BE
sc U
u
e x pIi ? ;
QBE
c
m u
i
g
?
?
?
T
C
U
I
? ； r π
c
T
m I
U
g
??
??
rbb’
rb‘e
b’ g
mub’e
Q
e'b
c
B
c
Q
B
e'b
b
e'b )
u
i
i
i
(
i
u
i
u
r
?
?
?
?
?
?
?
???
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’ g
mub‘e
Q
CE
c
B
c
QB
CE
cb )
u
i
i
i
(
i
u
r
?
?
?
?
?
?
?
??
1 π 型等效电路及参数意义
( 3 ) cbr ? 集电结反偏动态电阻,
其中,??
?
?
B
c
i
i
)
U
U
(g
U
U
U
I
U
I
g
u
i
A
T
m
A
T
T
c
A
c
ce
QCE
c
???????
?
?
??
（因修正 E b e r s - M o l l Eq u a t i o n )
U
u
1(
U
u
e x pIi
A
CE
T
BE
sc
?? ）
所以 g ce 为输入交流短路的输出电导。
ce
ce
g
1
r ?
反映了基区的调宽效应。 所以 r b ' c = β r ce
rb‘c
rce
1 2 73 4 5
返回
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’
rb‘c
g mub‘e
（ 4 ） r ce, 输入交流短路时的输出电阻,
m
C
A
ce
CE
cc
CE
ce
g
I
U
g
1
u
i
1
i
u
r ????
?
?
?
?
?
?
（ 即
CE
u? 对
c
i? 的控制作用）
反映了输出电导的大小。
（ 5 ） r ee, 发射区体电阻
E 区掺杂高，体电阻很小
（ 6 ） r cc, 集电区体电阻,一般也很小
( 7 ) C b ' e, 发射结等效电容 C b e = C TE + C DE ≈ C DE （以扩散电容为主）
( 8 ) C b ' c, 集电结等效电容 C b ' c = C TC + C DC ≈ C TC （以势垒电容为主）
rce
cb‘e
cb‘c
rcc
ree
1 π 型等效电路及参数意义
1 2 73 4 5 返回
小结：四个物理效应
1 正向控制和传输效应,
C
T
QB
BE
eb
I
U
i
u
r ??
?
?
?
?
T
C
QBE
C
m
U
I
u
i
g ?
?
?
? 2 基区宽度调制效应,
m
A
C
C
CE
ce
g
U
I
i
u
r ???
?
?
?
ce
B
CE
cb
r
i
u
r ??
?
?
??
3 结电容效应 C b ' e
C b ' c
4 体电阻效应,
( r bb ’,r c c,r ee )
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o
rbb’
rb‘e
b’
rb‘c
g mub‘erce
cb‘e
rcc
ree
cb‘c
1
2
7
3
4
5
g mub‘erb‘e
rb‘c
cb‘c
cb‘e ub‘e
返回
ub‘e ub‘e rb‘erb‘e
g mub‘eg mub‘e
cb‘e
cb‘c
rb‘c
g mub‘eub‘ecb‘e rb‘e
rb‘c
cb‘c
（二） 简化 π 型等效电路
1
2
7
3
4
5
·
=b
e
=
·
·
o
oc
o rbb’ r
b‘e
b’
rb‘c
g mub‘erce
cb‘e
rcc
ree
cb‘c
返回
hreuce h
feube
hie
1/hoe
六 H参数等效电路
晶体管小信号交流等效模型：
物理模型,π 参数等效模型
T 参数等效模型
网络参数模型,H 参数等效模型,低频小信号
Y 参数等效模型：高频小信号
S 参数等效模型：微波电路
１,网络 H 参数模 型,
u be =h 11 i b +h 12 u ce
i c =h 21 i b +h 22 u ce
对于共射电路
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
i b
ic
+
ube
-
+
uce
-
+
ube
-
i b ic
+
uce
-
1 2 73 4 5
返回
（ 1 ）
常数?
?
CEu
b
be
ie
i
u
h
h ie, 输出端交流短路（ u CE ＝常数 ）时的输入阻抗
即为输入特性曲线工作点 Q 上切线斜率的倒数。
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe V ce
六 H参数等效电路
１,共射 h 参数的物理意义：
Q·
ube
ib
cb
ie
b
ce
b
be
ICE
BE
0ice
be
re
r
h
i
v
i
v
u
u
u
u
h)2(
Bb
?
??
??
??
常数
?
?
输入端交流开路时，输入电压 u be 随输出电压 u ce 的变化之比，反映
了输出回路对输入回路的影响，称内部电压反馈参数，由输入特性曲线可
见，输出电压对输入特性曲线有调制作用－ e a r l y 效应。
ube
ib
IB
ΔuBE
ΔuCE
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
1
2
7
3
4
5
返回
( 4 )
常数??
??
Bb
ICE
c
0ice
c
oe
u
I
u
i
h
?
?
输入端交流开路时，输出导纳,即 h oe = 1 / r ce
静态工作点上输出特性曲线切线的斜率
( 3 )
常数??
??
CEce u
B
C
0vb
c
fe
i
i
i
i
h
?
?
输出端交流短路时（ u CE = 常数 ）时，正向
电流放大倍数,反映了输出特性曲线的间距。
六 H参数等效电路
１,共射 h 参数的物理意义：
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
UCE uCE
ic
ib1
ib2=ib1+ΔiB
ΔiC
ic
uCEΔuCE
ΔiC IB
1 2 73 4 5 返回
hie hiehfeib hfeib1/hoe uce
ube ubeuce
ube uce
hfeib
hie
1/hoeh
reuce
六 H参数等效电路
u be =h ie i b +h re u ce
i b =h fe i b +h oe u ce
3 等效电路
4 简化等效电路
1 2 73 4 5 返回
六 H参数等效电路
5 π 参数等效电路与 H 参数等效电路
h ie =r bb’ +r b ' e r ce =
oe
h
1
,h fe = β
h fe i b =g m u b' e =g m i b r b ' e ? h fe =g m r b ' e
H 参数典型值：
h
ie
=1.4k Ω h
re
=5 × 10
- 4
h
fe
=50~1 00 h
oe
=5 × 10
-5
20r
h
1
ce
oe
?? k Ω
1 2 73 4 5
ube uce
hfeibhie 1/hoe
ube ub'e uce
gmub'e
rbb'
rb'e
rce
返回
由于结电容效应，晶体管参数是随频率变化的
? ?
0u
b
c
CE
i
i
?
?
?
?? ???
可推出与 β 之 f 间的关系为,
?
?
?
f
f
i1
0
?
?
2
0
f
f
1
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
七 共射 BJT的频率参数 fβ,fT
β0
|β|
ffβ fT
1
β0/ 2
１,共射截止频率 f
β
:
2
0
?
? ?
时对应的频率
可推出
? ?
???
?
? CCr2
1
f
?
?
2,共射特征频率 f T,
?
?
??? ff
f
f
11 0T20
2
T ???
?
?
?
?
?
?
?
?
???
1 2 73 4 5
继续
返回
