双极型晶体管
Bipolar Junction Transistor（BJT）也称 双极结型晶体管、NPN、PNP、三极管
用发射结注入、薄基区输运和集电结收集实现电流控制与放大的三端器件。
速览
约 1 分钟BJT 由发射极、基极和集电极构成；很小的基极电流变化可以控制更大的集电极电流。
系统理解
约 2 分钟正常放大区中，发射结正偏、集电结反偏；载流子从发射区注入薄基区，大部分穿过基区并被集电结电场收集。电流增益取决于发射效率、基区输运、复合、偏置和温度。
与 MOSFET 并列的基础晶体管节点。
常见误区
- 把 BJT 看成两个相互独立的二极管
- 把电流增益 β 当成固定常数
- 把 BJT 饱和区与 MOSFET 饱和区当成同一物理状态
工程深入
13 条结论 · 3 道例题核心知识
共发射极增益由接近一的共基极增益放大
忽略集电结倍增时，共基极电流增益由发射效率和基区输运因子共同决定；当 α 接近一时，共发射极电流增益 β 会远大于一。123
α ≈ γαₜ；β = α/(1 − α)
- γ
- 发射效率
- αₜ
- 基区输运因子
- α
- 共基极电流增益，约为 I꜀/Iₑ
- β
- 共发射极电流增益，约为 I꜀/Iʙ
成立条件 正常放大区；低频或静态增益定义；忽略击穿倍增和显著漏电
例题：动手算一次教学假设，可复算
若某教学BJT在给定偏置下的发射效率γ=0.998、基区输运因子αₜ=0.997，简化模型得到的α与β分别约为多少？
已知
- γ=0.998
- αₜ=0.997
- 正常放大区、低频小电流模型
- 忽略击穿倍增、漏电和高注入
步骤
- α≈γαₜ=0.998×0.997=0.995006，先把发射效率与基区输运效率相乘，得到共基极电流增益
- β=α/(1−α)=0.995006/0.004994≈199.2，α接近1时，分母很小，因此共发射极增益被显著放大
两个看似只损失千分之几的输运环节会共同决定β；α的细小变化可能转化为β的明显变化。
不能外推到 γ与αₜ均为教学假设；真实β随电流、温度、VCE、复合和制造离散变化，不能把199当作跨工作点常数。
正常放大区集电极电流对 VBE 呈指数响应
在低注入理想模型中，发射结电压决定少数载流子注入边界，因此集电极电流随基极—发射极电压按二极管型指数关系变化。123
I꜀ ≈ Iₛ[exp(qVʙₑ/kT) − 1]
- I꜀
- 集电极电流，单位 A
- Iₛ
- BJT 传输饱和电流，单位 A
- Vʙₑ
- 基极—发射极电压，单位 V
成立条件 正常放大区、低注入、稳态；忽略串联电阻、Early 效应和强复合；比例电流 Iₛ 对面积、掺杂、温度和基区参数敏感
例题：动手算一次教学假设，可复算
在300 K、同一理想BJT和正常放大区中，若VBE提高60 mV且正向指数项远大于1，集电极电流约增大多少倍？
已知
- T=300 K，热电压VT=kT/q≈25.85 mV
- ΔVBE=60 mV
- 同一IS且exp(VBE/VT)≫1
- 忽略串联电阻、高注入、自热和Early效应
步骤
- IC,2/IC,1≈exp(ΔVBE/VT)，同一器件取电流比时，比例电流IS约去
- exp(60/25.85)=exp(2.321)≈10.2，把60 mV换算为约2.32个热电压
室温下约60 mV对应一个十倍电流变化的常用量级，但它来自指数模型和特定温度，不是固定电压定律。
不能外推到 温度变化会改变热电压和IS；大电流下的串联电阻、高注入与自热会使实际倍率偏离该值。
Early 效应使放大区集电极电流仍随 VCE 变化
提高集电结反向偏压会扩大其耗尽区并压缩有效准中性基区，减少基区复合、改变载流子梯度，因此即使基极偏置不变，集电极电流也会随 VCE 增加。123
I꜀ ≈ βIʙ(1 + V꜀ₑ/Vₐ)
- Vₐ
- Early 电压模型参数，单位 V
- V꜀ₑ
- 集电极—发射极电压，单位 V
成立条件 正常放大区且尚未穿通或击穿；一阶模型常用 Early 电压表示有限输出电阻；Early 电压不是实际施加到器件上的固定工作电压
例题：动手算一次教学假设，可复算
某教学BJT保持基极电流不变，使βIB=1.00 mA，Early电压VA=100 V；VCE从2 V升到10 V时，一阶模型中的IC分别是多少，增幅多大？
已知
- βIB=1.00 mA
- VA=100 V
- VCE,1=2 V，VCE,2=10 V
- 保持正常放大区且基极驱动不变
步骤
- IC,1≈1.00 mA×(1+2/100)=1.02 mA，低漏压工作点仍包含有限Early修正
- IC,2≈1.00 mA×(1+10/100)=1.10 mA，提高VCE使有效基区变窄并增加集电极电流
- (1.10−1.02)/1.02≈7.84%，以初始工作点电流为分母计算相对增幅
固定基极驱动并不能得到理想水平输出特性；Early效应对应有限输出电阻并降低电压增益。
不能外推到 VA和β依工作点与器件而变；该线性修正不适用于饱和、击穿、强高注入或大范围精确建模。
出处
3 本教材 · 5 处引用- 1
Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits
- 第 8 章 支持：BJT 是由薄基区耦合两个结的三端器件；“双极型”表示电子和空穴都参与端口电流；正常放大区要求发射结正偏、集电结反偏；集电结电场收集穿过基区的载流子；正常放大区集电极电流对 VBE 呈指数响应；两个结的偏置组合定义四种基本工作区；BJT 饱和表示两个结都正偏；重掺杂发射区提高有用载流子注入比例；基极电流主要补偿反向注入与复合损失；共发射极增益由接近一的共基极增益放大；β 不是跨工作条件不变的器件常数；Early 效应使放大区集电极电流仍随 VCE 变化
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The Physics of Semiconductors
- 第 24 章 支持：BJT 是由薄基区耦合两个结的三端器件；重掺杂发射区提高有用载流子注入比例；薄基区让大部分注入载流子到达集电结；共发射极增益由接近一的共基极增益放大；正常放大区集电极电流对 VBE 呈指数响应；Early 效应使放大区集电极电流仍随 VCE 变化