阿源的知识库BJT双极结型晶体管
本章总结
关键术语
交流β(βac )：在 BJT中集电极电流的变化量与相应的基极电流的变化量的比值。
基区：BJT中的一个半导体区域。
双极结型晶体管(BJT)：由三个掺杂半导体区域构成的晶体管，这三个区域被两个pn结分隔开。
集电区：BT中的一个半导体区域。
共基极(CB)：BJT放大器的一种组态，其中基极是交流信号的公共端或地。
共集电极(CC)：BT放大器的一种组态，其中集电极为交流信号的公共端或地。
共发射极(CE)：BT放大器的一种组态，其中发射极为交流信号的公共端或地。
截止：晶体管的非导通状态。
直流β(βDC)：BJT中集电极电流与基极电流的比值。
发射区：BJT三个半导体区域中的一个。
反馈：将一部分输出信号返回到输入端的过程，该过程可以抵消输入端可能发生的变动。
饱和：BJT的一种状态，其中集电极电流达到最大值并且与基极电流无关。
重要公式
3.1 BJT的结构
BJT包括三个掺杂半导体区域：发射区、基区和集电区。这三个区域被两个pn结分隔开。图3-1所示为两种不同类型的双极型晶体管。第一种类型由被一个薄的p区分隔开的两个n区组成(npn)，第二种类型由被一个薄的n区分隔开的两个p区组成(pnp)。
连接基区和发射区的pn结称为发射结，连接基区和集电区的 pn结称为集电结
图3-2给出了npn和 pnp 两种BJT的电路符号(可以看到npn晶体管上的箭头并不指向里)。
术语双极指在晶体管结构中空穴和电子都是载流子。
重点是：一个小的基极电流可以控制一个大的集电极电流。
因为控制元素是基极电流，并且它能够控制一个较大的集电极电流，所以BJT本质上是一个电流放大器。
3.1.3 直流β(βDC)
当晶体管在一定的限制条件下工作时，集电极电流与基极电流成比例。晶体管的电流增益直流β为直流集电极电流与直流基极电流之比。
3.1.4 晶体管电压
3.1.5 BJT的特性曲线
基极-发射极特性：这意味着，如果要对一个BJT电路进行检修，可以通过查看发射结(正向偏置)两端的压降是否为0.7V来确定晶体管是否导通。如果电压为0，则晶体管不导通；如果远大于0.7V，则很有可能该晶体管的发射结开路。
集电极特性已经知道集电极电流与基极电流成比例(Ic=βrc Is)。如果没有基极电流，则集电极电流为0。为了画出集电极特性，必须选择一个基极电流并保持固定不变。
图3-9a所示的电路可以用来产生一组集电极I-V曲线来表示在给定基极电流的情况下Ic如何随Vcz变化而变化。这些曲线称为集电极特性曲线。
3.1.6 截止和饱和
当I=0时，晶体管处于截止状态，此时集电极电流几乎为0，除了一个非常小的集电极泄漏电流Ic，不过该泄漏电流通常可以忽略。
理想情况下，当基极电流足够高时，电压Vcc全部加在Rc两端，而集电极和发射极之间没有电压。该工作状态称为饱和状态。当电源电压Vcc是集电极电路的总电阻Rc两端的电压时产生饱和状态。
戴维南电路可以画成一个电压源与一个电阻的串联。考虑图3-12a所示的电路，集电极电压源Vc和集电极电阻Rc组成一个戴维南电源，晶体管为负载。
在求得实际集电极电流之前，需要建立基极电流IB。参考原始电路，显然基极电源VBB是基极电阻Rg和正向偏置的发射结串联组合两端的电压。
基极电流与负载线的交叉点为电路的静态点或Q点。
本节问题
1. 三种BJT电流分别称为什么?
发射区、基区、集电区
2. 解释饱和和截止的差别。
饱和意味着有最大的导通电流，并且从集电极到发射极的电压接近零。截止意味着没有集电极电流，并且电源电压作用在集电极和发射极之间。
3.2 BJT偏置电路
偏置是为了使晶体管正确工作而加的合适的直流电压。
3.2.1 基极偏置
最简单的偏置电路是基极偏置。对于npn晶体管，在基极和电压源之间连接一个电阻(RB)。
3.2.2 集电极反馈偏置
对于npn型晶体管的另一种偏置组态为图所示的集电极反馈偏置电路。( pnp型晶体管工作原理完全相同，除了负电源电压供电以外。)
基极电阻Rb连接在集电极，而不是像在之前讨论的基极偏置电路中那样连接在Vc。
比起基极偏置情况，该基极电阻的值更小，因为集电极电压比一般工作情况下的Vcc要小。
3.2.3 分压式偏置
前面已经看到，基极偏置的主要缺点在于它对βDC值的依赖。集电极反馈偏置比基极偏置提供了较高的稳定性，但分压式偏置可以提供更高的稳定性。
分压式偏置是使用最广泛的偏置方式，因为它只需要一个供电电压，而且提供的偏置本质上不受βDC的影响。事实上，观察分压式偏置的方程可以发现公式中既没有βDC也没有其他任何晶体管参数。
本质上，好的分压器设计与所使用的晶体管无关。
3.2.4 发射极偏置
发射极偏置是非常稳定的偏置形式，它使用正负电源和单个偏置电阻，在通常的电路配置中，该偏置电阻会使基极电压接近地电势。这种偏置用于大多数集成电路放大器。
本节问题
1．说出BJT的4种偏置电路。
基极、集电极反馈、分压式和发射极
3．对于pnp晶体管，在发射极偏置下，发射极电压应为多少?
近似为＋1V。(该结果假设基极电阻接地，并且压降为几十分之一伏)
3.4 共发射极放大器CE
共发射极(CE)是 BJT放大器的一种组态，其中发射极是输入信号和输出信号的公共端。
3.4.1 交流等效电路
因为它是一个交流电阻，所以有时也称为动态发射极电阻。该交流电阻值与直流发射极电流有关:
3.4.2 电压增益
CE放大器的电压增益AV。为输出信号电压与输入信号电压之比Vout/Vin.
发射极交流电路：
集电极交流电路：从集电极的角度来看，集电极电阻和负载电阻是并联的。
3.4.3 输入电阻
当存在电容效应或电感效应时该电阻也称作输人阻抗。
它是一个交流参数，其作用类似于一个与电源的内阻串联的负载。只要输入电阻远大于电源电阻，大部分电压就将呈现在输入端，并且负载效应微乎其微。
如果输入电阻与电源的电阻相比很小，那么电源电压会主要作用于其自身的串联电阻，只留下极少的电压被放大器进行放大。
计算总输入电阻：
3.4.5 交流负载线
本节问题
1. CE放大器的哪一端为输入端?哪一端为输出端?
基极为输入端，集电极为输出端
2. 放大器中高输入电阻的优点是什么?
高输入电阻减少对电源的负载效应
3. CE放大器中的增益如何确定?
交流集电极电阻除以交流发射极电阻
3.5 共集电极放大器CC
共集电极(CC)放大器通常也称为射极跟随器，是三种基本放大器组态中的第二种。输入加在基极，而输出端为发射极。
CC放大器提供电流增益，电压增益近似等于1。由于其输入电阻较高，因此常常用作缓冲器或驱动器。
给出一个分压式偏置的共集电极(CC)电路。集电极直接接在直流电源上，它是一个交流地。注意，输入加在基极，输出从发射极取出。
3.5.5 达林顿管
使用CC放大器的一个原因是它能够提供很高的输入电阻。CC放大器的输入电阻受到偏置电阻大小和晶体管βac值的限制。如果βac可以更高，则更大值的偏置电阻仍然可以提供必需的基极电流，并且晶体管的输入电阻也将更高。
一种增大输入电阻的方法是使用达林顿管，达林顿管由两个晶体管级联而成，它们的集电极端连接在一起，第一个晶体管的发射极驱动第二个晶体管的基极。
βac = βac1βac2
本节问题
1.CC放大器的另一个名字是什么?
射极跟随器
2.CC放大器电压增益的最大理想值是多少?
1.0
3. CC放大器最重要的特性是什么?
电流增益、高输入电阻、低输出电阻
4.与单个全通晶体管相比，达林顿串联全通晶体管在稳压器中的优点是什么?
达林顿管串联全通晶体管具有很高的增益，它减小所需的偏置电流，并且产生更加稳定的齐纳参考电压。
3.6 共基极放大器CB
第三种基本的放大器组态为共基极(CB)放大器。CB放大器能够提供高电压增益，但输入电阻较小。
由于这个原因，其应用并不像其他两种那样广泛，但会在某些高频应用和称为差分放大器的电路中使用
分压式偏置的典型共基极(CB)放大器。由于存在C，所以基极为信号地(交流地)，输入信号加在发射极。输出通过C从集电极耦合到负载电阻。图3-42b给出了其交流等效电路。电容和直流电源用短路代替，这使得偏置电阻在等效电路中也被短路。该电路与共发射极电路的基本差别在于信号如何加入放大器中。
本节问题
1.CB放大器能否获得与CE放大器相同的电压增益?
是
2.CB放大器的输入电阻很低还是很高?
非常低
3.CB放大器中使用扩量程电阻的优点是什么?
改善了线性性质和增益稳定性，提高了输入阻抗。
4.为什么CB放大器比等效CE放大器具有更高的频率响应?
CB放大器并不像CE放大器那样容易受内部电容的影响，因为CB放大器不像CE放大器那样会对信号进行反相。
3.7 开关型双极型晶体管
开关是具有打开或关闭两种状态的设备。在图3-45a中，晶体管处于截止状态，因为发射结没有正向偏置。在该状态下，集电极和发射极之间理想情况下为开路，可以用一个打开的开关来等效。
