BJT的工作原理在放大状态下如何运作？

BJT有3个电极，在放大电路中也有3种连接方式：共基极、共发射极（简称共射极）和共集电极，即分别把基极、发射极、集电极作为输入和输出端口的共同端，如图2.1.3所示。

需要说明的是，无论是哪种连接方式，BJT放大的条件和电流分配关系都相同。BJT内部含有两个背靠背互有影响的PN结。当这两个PN结的偏置条件（正偏或反偏）不同时，BJT将呈现四种工作状态：放大、饱和、截止与倒置。下面讨论BJT在放大状态下的工作原理。

图2.1.3　BJT的三种连接方式

1.BJT内部载流子的传输过程

BJT的电流放大作用是由其内部载流子的定向运动（由发射区向集电区）体现出来的。为保证内部载流子能发生这样的定向运动，实现电流放大作用，则要求无论是NPN型还是PNP型的BJT，都应将它们的发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。

下面以NPN型管为例，分析在两组偏置电压的共同作用下，BJT内部载流子的传输过程。

（1）发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流IE。

图2.1.4所示为一个处于放大状态的NPN型BJT的内部载流子的传输过程。由于发射结外加正向电压，发射区的多子电子将不断通过发射结扩散到基区，形成发射结电子扩散电流IEN，其方向与电子扩散方向相反。同时，基区的多子空穴也要扩散到发射区，形成空穴扩散电流IEP，其方向与IEN相同。IEN和IEP一起构成受发射结正向电压UBE控制的发射结电流，也就是发射极电流IE，即

式中，IES为发射结的反向饱和电流，其值与温度、发射区及基区的掺杂浓度有关，还与发射结的面积成比例。IES的典型值在10-15～10-12A。对于某些特殊的BJT，IES的值也可能超出这一范围。

图2.1.4　放大状态下BJT中载流子的传输过程

式（2.1.1）说明发射极电流IE与发射结正偏电压UBE呈指数关系。由于基区掺杂浓度很低，IEP很小，可以认为

（2）载流子在基区扩散与复合，形成复合电流IBN。

由发射区扩散到基区的载流子电子在发射结边界附近浓度最高，离发射结越远浓度越低，形成了一定的浓度梯度。浓度差使扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散。在扩散过程中，有一部分电子与基区的空穴复合，形成基区复合电流IBN。由于基区很薄，掺杂浓度又低，因此电子与空穴复合的机会少，IBN很小，大多数电子都能扩散到集电结边界。基区被复合掉的空穴由电源VEE从基区拉走电子来补充。

（3）集电区收集载流子，形成集电极电流IC。

由于集电结上外加反偏电压，空间电荷区的内电场被加强，对基区扩散到集电结边缘的载流子电子有很强的吸引力，使载流子电子很快漂移过集电结，被集电区收集。由此形成的集电极电流中受发射结正向电压UBE控制的电流ICN，其方向与电子漂移的方向相反。显然，有ICN=IEN-IBN。与此同时，基区自身的少子电子和集电区的少子空穴也要在集电结反偏电压作用下产生漂移运动，形成集电结反向饱和电流ICBO，其方向与ICN方向一致。ICN和ICBO一起构成集电极电流IC，即(www.xing528.com)

ICBO不受发射结电压控制，对放大没有贡献。它的大小取决于基区和集电区的少子浓度，数值很小，但它受温度影响很大，容易使BJT工作不稳定。

由图2.1.4和式（2.1.2）、式（2.1.3）可得，BJT的基极电流为

2.晶体管的电流分配关系

从载流子的传输过程可知，由于BJT结构上的特点，确保了在发射结正偏电压，集电结反偏电压的共同作用下，由发射区扩散到基区的载流子绝大部分能够被集电区收集，形成电流ICN，而另一小部分在基区被复合，形成电流IBN。通常把ICN与发射极电流IE的比定义为BJT共基极直流电流放大系数，即

它表达了IE转化为ICN的能力。显然，但接近于1，一般在0.98以上。将式（2.1.5）代入式（2.1.3），则得

当ICBO很小时，有

式（2.1.7）描述了BJT 在共基极连接时（见图2.1.4），输出电流IC受输入电流IE控制的电流分配关系。

由于IE=IC+IB，将它代入式（2.1.6），整理后可得BJT在共射极连接时输出电流IE受输入电流IB控制的电流分配关系，即

式中，称为共射极直流电流放大系数；ICEO是集电极与发射极之间的反向饱和电流，常称为穿透电流。ICEO的数值一般很小，当它可忽略时，式（2.1.10）可简化为

由式（2.1.4）、式（2.1.11）可得BJT在共集电极连接时输出电流IE受输入电流IB控制的电流分配关系，即

上述电流分配关系说明，无论采用哪种连接方式，BJT在发射结正偏、集电结反偏，而且保持不变时，输出电流IC（或IE）正比于输入电流IE（或IB）。只要能控制输入电流，就能控制输出电流，所以常将BJT称为电流控制器件。实质上由式（2.1.1）可知，IE是受正向发射结电压UBE控制的，因此IC和IB也是受正向发射结电压UBE控制的。这体现了BJT 的正向受控特性。利用这一特性，可以把微弱的电信号加以放大。