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双極トランジスタ接続

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フィールド: 百科事典
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双极结型晶体管定义


双极结型晶体管(BJT)是一种三端器件。它可以作为放大器或开关使用,需要一个输入电路和一个输出电路。为了仅用三个端子处理这种情况,其中一个端子同时作为输入和输出的公共连接。公共端的选择取决于应用。晶体管连接有三种类型:共基极、共发射极和共集电极。

 


  • 共基极晶体管

  • 共发射极晶体管

  • 共集电极晶体管。

 


这里需要注意的是,无论晶体管的连接方式如何,但基极-发射极结必须保持正向偏置,基极-集电极结必须保持反向偏置。

 


双极结型晶体管的共基极连接


在这里,基极端是输入和输出电路的公共端。共基极配置或模式如下面的图所示。这里分别显示了npn晶体管和pnp晶体管的共基极模式。在这里,发射极-基极电路被用作输入电路,而集电极-基极电路被用作输出电路。

 


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电流增益


这里的输入电流是发射极电流IE,输出电流是集电极电流IC。当只考虑电路的直流偏置电压且没有交流信号施加在输入端时,电流增益被认为是。现在如果我们考虑将交流信号施加到输入端,则在恒定的集电极-基极电压下,电流放大系数(α)将是


这里可以看到,无论是电流增益还是电流放大系数都没有超过1的值,因为集电极电流无论如何都不会超过发射极电流。但我们知道,在双极结型晶体管中,发射极电流和集电极电流几乎相等,这些比率会非常接近于1。通常这个值范围从0.9到甚至0.99。

 

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集电极电流的表达式


如果发射极电路开路,将不会有发射极电流(IC = 0)。但在这种情况下,会有微小的电流流过集电极区域。这是因为少数载流子的流动,这是反向漏电流。由于这种电流通过集电极和基极流动,而发射极端开路,该电流表示为ICBO。在小功率晶体管中,反向漏电流ICBO相当小,通常在计算中忽略它,但在高功率晶体管中,这种漏电流不能忽略。这种电流高度依赖于温度,因此在高温下,反向漏电流ICBO在计算中不能忽略。这个表达式证明了集电极电流也依赖于基极电流。

 

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共基极连接的特性


输入特性


这是在晶体管本身的输入电流和输入电压之间绘制的。输入电流是发射极电流(IE),输入电压是发射极-基极电压(VEB)。一旦越过发射极-基极结的正向势垒电压,发射极电流(IE)就会随着发射极-基极电压(VEB)的增加而迅速增加。

 


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电路的输入电阻是发射极-基极电压变化(ΔV EB)与发射极电流(ΔIE)之比,在恒定的集电极-基极电压(VCB = 常数)下。由于发射极电流的变化远大于发射极-基极电压的变化(ΔIE >> ΔVEB),共基极晶体管的输入电阻很小。

 


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输出特性


只有在基极和集电极区域之间建立了足够的反向偏置时,集电极电流才会得到恒定值。这就是为什么在集电极-基极电压非常低的情况下,随着集电极-基极电压的增加,集电极电流会上升。但在某个集电极-基极电压之后,基极-集电极结得到了足够的反向偏置,因此对于特定的发射极电流,集电极电流变得恒定,并完全取决于发射极电流。

 


在这种情况下,除了基极电流外,整个发射极电流都贡献给了集电极电流。因为在该特性区域中,对于指定的发射极电流,集电极电流几乎是恒定的,所以集电极电流的增加与集电极-基极电压的增加相比非常小。

 


 

集电极-基极电压变化与集电极电流变化之比定义为共基极模式晶体管的输出电阻。自然地,共基极模式晶体管的输出电阻非常高。

 


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双极结型晶体管的共发射极连接


共发射极晶体管是最常用的晶体管连接方式。在这里,发射极端是输入和输出电路的公共端。连接在基极和发射极之间的电路是输入电路,连接在集电极和发射极之间的电路是输出电路。下面的图分别显示了npn晶体管和pnp晶体管的共发射极模式。

 


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电流增益


在共发射极配置中,输入电流是基极电流(IB),输出电流是集电极电流(IC)。在双极结型晶体管中,基极电流控制集电极电流。集电极电流变化(ΔIC)与基极电流变化(ΔIB)之比定义为共发射极晶体管的电流增益。在双极结型晶体管中,发射极电流(IE)是基极电流(IB)和集电极电流(IC)的总和。如果基极电流发生变化,集电极电流也会发生变化,从而导致发射极电流相应地发生变化。


再次,集电极电流变化与相应的发射极电流变化之比用α表示。由于基极电流相对于集电极电流来说非常小(IB << IC),共发射极晶体管的电流增益非常高,范围从20到500。

 


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共发射极晶体管的特性


在晶体管的共发射极模式中,有两个电路——输入电路和输出电路。在输入电路中,参数是基极电流和基极-发射极电压。根据基极电流和基极-发射极电压的变化绘制的特性曲线是共发射极晶体管的输入特性。基极和发射极之间的pn结是正向偏置的,因此其特性类似于正向偏置的pn结二极管。在这里,基极电流在基极-发射极电压超过结的正向势垒电压之前不会有任何值,但之后,基极电流会随着基极-发射极电压的增加而显著上升。基极电流相对于基极-发射极电压的上升率在这里很高,但不像在共基极模式中那么高。

 


因此,电路的输入电阻高于晶体管的共基极模式。

 


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共发射极晶体管的输出特性


输出特性是根据晶体管的输出电流和输出电压的变化绘制的。集电极电流是输出电流,集电极-发射极电压是晶体管的输出电压。在这里,针对不同的集电极-基极电压值,集电极电流的变化绘制在固定的基极电流值上。发现开始时,集电极电流随着集电极-发射极电压的增加成比例增加,但在某个电压水平之后,集电极电流几乎保持不变。这是因为一开始,基极-集电极结没有得到足够的反向偏置,但在某个电压之后,它变得足够反向偏置,然后来自发射极区域的大部分载流子会迁移到集电极区域以贡献集电极电流。在BJT中,来自发射极区域的主要载流子数量取决于基极电流,因此对于特定的基极电流,集电极电流是恒定的。

 

输出电阻将是

 

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双极结型晶体管的共集电极连接


在共集电极配置中,输入电路位于基极和集电极端之间,输出电路位于发射极和集电极端之间。

 


发射极电流变化与基极电流变化之比定义为共集电极配置的电流增益。这表示为

 


电路的电流放大系数是在输入端施加时间变化信号时,发射极电流变化与基极电流变化之比。

 


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共集电极晶体管的输入特性


输入电流是基极电流,晶体管的输入电压是基极-集电极电压。基极-集电极结是反向偏置的,因此随着基极-集电极电压的增加,结的反向偏置增加。这会导致基极电流随基极-集电极电压的增加而略有减少。因为在这种情况下,基极区域中的更多少数载流子会传播到集电极区域,从而使基极区域中的电子-空穴复合率降低,从而导致基极电流减少。

 


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共集电极晶体管的输出特性


共集电极晶体管的输出特性几乎与共发射极晶体管的输出特性相同。唯一的区别是,在共集电极配置中,输出电流是发射极电流,而在共发射极配置中是集电极电流。同样,对于固定的基极电流,发射极电流随着集电极-发射极电压的增加而线性增加,直到某个电压水平,然后发射极电流几乎保持不变,而不受集电极-发射极电压的影响。尽管如此,发射极电流会随着集电极-发射极电压缓慢增加,如下图所示。

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