C1 · BJT
BJT 工作原理:小手柄掌控大电流
用极小的基极电流控制大得多的集电极电流,这样的器件就是晶体管。这一单元亲手增大基极电流,看集电极电流跟着增大多少倍。
用基极电流放大集电极电流
图中是晶体管的剖面,从左到右依次是发射极、中间很薄的基区和集电极。发射极注入的金色载流子,由于基区很薄,几乎全部被扫进集电极,只有极少一部分从下方的基极端流出。增大基极电流,流向集电极的那一束就加粗好几倍。
基极电流 IbIb = 2 μA
小 Ib 控制大 Ic
Ib = 2 μA → Ic = 0.2 mA
β = Ic / Ib = 100
基极电流几乎为 0。发射极几乎不发出载流子,集电极也没有电流。
几乎截止
夹着薄基区的两个结
BJT 由两个 pn 结背靠背组成。中间是很薄的基区,一侧是重掺杂的发射区,另一侧是集电区。工作时,发射结正向偏置,集电结反向偏置;它与简单地把两个二极管接在一起的不同之处,就在于基区非常薄。
薄基区是秘密
正向偏置的发射结向基区注入大量载流子。基区又薄、掺杂又轻,载流子穿过基区时几乎来不及复合,反向偏置集电结的强电场就把它们几乎全部扫进集电极。在基区复合、从基极端流出的大约只有百分之一,这一小部分就是基极电流。
电流控制:小手柄,大电流
复合比例不变,所以集电极电流总是基极电流的同一倍数。这个倍数就是电流增益 β,通常在一百左右。基极电流只要增大一点,集电极电流就跟着增大 β 倍。以小小的基极电流为把手,握住大的集电极电流,这种电流控制是后面几个单元构建放大的基础。不过即使同一型号的晶体管,β 也相差很大,所以实际电路设计得不依赖 β 的具体数值。
观察Ic = β Ib
集电极电流是基极电流的 β 倍。
选择Ie = Ic + ?
发射极电流是集电极电流与基极电流之和。
填空Ie = (β + ?) Ib
合起来,发射极电流是基极电流的 (β+1) 倍。
自己来α = Ic / Ie = β / ?
α 是集电极除以发射极,接近 1。
回到第一屏
每次增大基极电流,流向集电极的金色那一束都加粗好几倍。决定粗细的是很薄的基区:发射极注入的载流子不经复合就穿过薄薄的基区,几乎全部被扫进集电极。从基极流出的那一小撮是基极电流,流向集电极的那一束是集电极电流,两者之比就是 β。用小把手握住大电流,这种电流控制就是晶体管的本质。
BJT 是夹着很薄基区的两个 pn 结。正向偏置的发射极向基区注入载流子,由于基区很薄,大部分不经复合就被扫进反向偏置的集电极。所以小的基极电流控制着大 β 倍的集电极电流(Ic = β Ib)。这种电流增益是放大的基础,Ie = (β+1) Ib,α = β/(β+1) ≈ 1。
接下来的脉络
电流增益已经到手。但要用上这个增益,必须先让晶体管处于导通状态,也就是安放在合适的基极电流和集电极电流流过的一个点上。下一单元看用电阻确定这个工作点的 DC 偏置。在放大信号之前,先准备好放大的位置。