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title: BJT 双极型晶体管
url: https://doc.liz6.com/hardware/03-semiconductor/04-BJT
locale: zh
area: hardware
tags:
- hardware
- 半导体
date: 2026-06-30
modified: 2026-06-30
description: BJT 双极型晶体管 基本概念 BJT (Bipolar Junction Transistor) — 用小电流控制大电流的半导体器件。 BJT 本质 --- 三种工作模式 | 模式 | BE 结 | BC 结 | Ic | 用途 | |------|-------|-------|-----|------| | 截止…
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# BJT 双极型晶体管

## 基本概念

**BJT** (Bipolar Junction Transistor) — 用**小电流**控制**大电流**的半导体器件。

```
NPN:                    PNP:
      C (集电极)              C
      │                      │
    ┌─┴─┐                  ┌─┴─┐
  B │   │   Ic           B │   │   Ic
  ──┤   ├──              ──┤   ├──
    │   │                  │   │
    └─┬─┘                  └─┬─┘
      │                      │
      E (发射极)             E

箭头方向 = 发射结正向电流方向
NPN: 箭头朝外  (N→P→N)
PNP: 箭头朝内  (P→N→P)
```

### BJT 本质
```
是两个背靠背的 PN 结:

NPN:  N ─ P ─ N
      E   B   C
      ↑   ↑
    BE结  BC结

BE 结正偏 + BC 结反偏 → 放大模式
集电极电流 Ic 受基极电流 Ib 控制:
  Ic = β × Ib

β (hFE): 电流增益，典型 100~400
```

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## 三种工作模式

| 模式 | BE 结 | BC 结 | Ic | 用途 |
|------|-------|-------|-----|------|
| 截止 (Cutoff) | 反偏 | 反偏 | ≈0 | 开关 OFF |
| 放大 (Active) | 正偏 | 反偏 | β·Ib | **放大器** |
| 饱和 (Saturation) | 正偏 | 正偏 | Vcc/Rc | 开关 ON |

### 开关模式
```
截止: Ib = 0 → Ic = 0 → 相当于开路
饱和: Ib > Ic/β → Vce ≈ 0.1~0.3V → 相当于闭合

用作开关时:
  Rb = (Vdrive - Vbe) / Ib
  Ib ≥ Ic / β_min × 1.5  (确保深度饱和)
  Vbe ≈ 0.7V (硅管)
```

### 放大模式
```
Ic = β × Ib
Ie = Ic + Ib = (β+1) × Ib

Vce = Vcc - Ic × Rc
```

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## 基本放大电路

### 共发射极 (Common Emitter) — 最常用
```
          Vcc
           │
           Rc
           │
        ┌──┴── Vout
        │
      C │
  ──┤├─B   NPN
  Rb   │
       E │
         │
        GND

增益: Av = -gm × Rc  (反相!)
      gm = Ic / VT ≈ Ic/26mV (室温)

输入阻抗: ≈ Rb ∥ rπ (中等, kΩ级)
输出阻抗: ≈ Rc
```

### 共集电极 / 射极跟随器
```
电压增益 ≈ 1 (不反相)
输入阻抗高，输出阻抗低
用作缓冲器
```

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## 小信号模型 (Hybrid-π)

```
      B ──┬── rπ ───┬── C
         │          │
         │   ┌──────┤
         │   │  ↑   │
         └───┘ gm·Vπ│
                 │   │
                 E   │
                     │
                    GND

rπ = β / gm
gm = Ic / VT
ro = VA / Ic  (Early 效应)
```

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## 偏置电路

### 固定偏置 (最简单，温漂大)
```
Vcc → Rb → Base
不稳定，不推荐
```

### 分压偏置 (标准做法)
```
         Vcc
          │
          R1
          │
    ┌─────┼── Base
    │     │
    R1    R2
    │     │
    └─────┼── GND
          │
         Re (发射极电阻 — 提供负反馈，稳定工作点)
          │
         GND

加上 Re 后温度稳定性大增
Ce 并联 Re 可恢复交流增益
```

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## 与 MOSFET 对比

| 特性 | BJT | MOSFET |
|------|-----|--------|
| 控制量 | 电流 (Ib) | 电压 (Vgs) |
| 输入阻抗 | 低~中 (kΩ) | 极高 (pA 级漏电) |
| 跨导 gm | Ic/VT (线性) | 2Id/(Vgs-Vth) (平方) |
| 开关速度 | 慢 (存储电荷) | 快 |
| 导通压降 | Vce(sat)≈0.1V | Rds(on)×Id |
| 噪声 | 低 1/f 噪声 | 较高 1/f 噪声 |
| 成本 | 低 | 低 |
| ESD 敏感 | 较耐操 | 极易损坏! |

**选型建议:**
- 开关 → MOSFET (效率高)
- 低噪声放大 → BJT
- 大电流驱动 → MOSFET
- 简单 LED/继电器驱动 → 随便哪个都行

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## 达林顿管 (Darlington)

```
两只 BJT 级联，总 β = β₁ × β₂ (可达 1000~10000+)

      C
      │
  B ──┤  Q1
      │  ├── E₁ → Q2 Base
      │
      E → Q2 发射极

缺点: Vbe 翻倍 (≈1.4V), 速度慢
典型: TIP122 (NPN), ULN2003 (7路达林顿阵列)
```

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*关键词: BJT, NPN, PNP, β, 共发射极, 开关, 饱和, 跨导, 偏置, 达林顿*