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