BJT的共基組態(tài)電路講解

在這一小節(jié)中，我們?cè)敿?xì)分析BJT的共基組態(tài)電路。在BJT的共基組態(tài)中，“輸入端口”和“輸出端口”共用BJT的基極端子（故稱為“共基”），形成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示：

圖 3-3.01?

無論是npn型還是pnp型，下式總是成立的，這是我們后面分析的基礎(chǔ)公式：

在后面的分析中，我們都將以npn型晶體管為例進(jìn)行分析；pnp的分析方法其實(shí)是一樣的，只是電流方向相反而已。

在上面圖3-3.01的雙端口網(wǎng)絡(luò)中，我們有四個(gè)參數(shù)要研究（VBE, IE, VCB , IC），理論上講，必須固定其中一組電壓與電流，才能對(duì)剩下的一組電壓和電流畫伏安特性曲線。但是由于BJT有一個(gè)端子被輸入輸出端口共用，所以實(shí)際上只有2個(gè)自變量。我們以下圖舉例：

圖 3-3.02?

上圖中，只有VEE和VCC是自變量，IE和IC都是應(yīng)變量。比如，我們只要固定了VCC，就可以通過變化VEE，來研究IE-VEE之間的伏安關(guān)系。換句話說，某個(gè)端口的電流完全由輸入和輸出兩個(gè)端口的電壓來控制（這種控制就是BJT的基本作用）。此時(shí)，IC的值也完全由VEE和VCC決定，我們?cè)谘芯縄E-VEE伏安關(guān)系時(shí)，可以不關(guān)心IC的值。

再比如，我們也可以調(diào)整VEE使IE為固定值，然后通過變化VCC，來研究IC-VCC之間的伏安關(guān)系，如下圖所示：

圖 3-3.03?

此時(shí)，我們調(diào)整VEE的主要目的是為了使IE固定，VEE完全可由IE確定，我們?cè)谘芯縄C-VCC伏安關(guān)系時(shí)，可以不關(guān)心VEE的值。

1.?? 輸入特性

共基組態(tài)型電路的輸入特性（input charac teristics）是指：在一定的輸出電壓VCB下，輸入電壓和輸入電流之間的關(guān)系（即：VBE-IE伏安關(guān)系）。

共基組態(tài)電路的輸入特性伏安特性圖如下圖所示：

圖 3-3.04?

從上圖中我們可以看到，VBE-IE的伏安曲線與二極管特性曲線很相似。而且可以看到，不同的集電結(jié)偏置電壓VCB對(duì)于輸入特性的影響非常小，幾乎可以忽略。甚至我們可以將它像二極管一樣作分段近似，如下圖所示：

圖 3-3.05?

上圖可以理解為：當(dāng)BJT在“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí)，不管射極電流IE如何變化，VBE的值固定在0.7V左右，因此IE的大小實(shí)際由電路的其他部分控制。這個(gè)結(jié)論不只在共基組態(tài)成立，在BJT的其他組態(tài)中也是成立的。

2.?? 輸出特性

共基組態(tài)型電路的輸出特性（output characteristics）是指：在一定的輸入電流IE下，輸出電流與輸出電壓的關(guān)系（即：VCB-IC伏安關(guān)系）。

共基組態(tài)電路的輸出特性伏安特性圖如下圖所示：

圖 3-3.06?

上圖中我們可以看到，輸出伏安特性曲線圖分為3個(gè)區(qū)域，分別是：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)，下面我們分別進(jìn)行詳細(xì)描述：

（1）放大區(qū)

放大區(qū)（active region）是圖中綠色部分，占據(jù)曲線圖的大部分面積。當(dāng)共基組態(tài)電路的：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)（就是我們前面分析過的最常用的偏置組合），伏安曲線就處于放大區(qū)。

對(duì)于放大區(qū)范圍內(nèi)的伏安特性曲線，我們可以看出以下2個(gè)特性：

① 在放大區(qū)范圍內(nèi)伏安曲線看上去幾乎水平，這說明VCB對(duì)集電極電流IC幾乎沒有什么影響。

② 對(duì)于每一個(gè)特定發(fā)射極電流IE，集電極電流IC幾乎就等于IE，即：IE ≈ IC

（2）截止區(qū)

截止區(qū)（cutoff region）是圖中紅色區(qū)域部分。當(dāng)共基組態(tài)電路的：集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)偏置電壓為0或反偏時(shí)，發(fā)射極電流IE≤0，伏安曲線就處于截止區(qū)。

其偏置情況用下圖進(jìn)行說明：

圖 3-3.07?

當(dāng)發(fā)射結(jié)偏置電壓為0（即：發(fā)射結(jié)開路）時(shí)，如上左圖所示，IE=0。當(dāng)發(fā)射結(jié)反偏時(shí)，如上右圖所示，此時(shí)發(fā)射結(jié)中只有微弱的反偏漏電流通過，IE<0。在這兩種情況下，發(fā)射區(qū)都不再會(huì)有自由電子注入集電極，因此，集電極電流IC僅由集電結(jié)反偏電壓VCB產(chǎn)生，數(shù)值為極其微?。{安級(jí)）的反向漏電流ICBO，可近似認(rèn)為是0。只要不擊穿，VCB的變化對(duì)ICBO幾乎無影響。

因此，在IE≤0的區(qū)域，集電極電流IC都是一條數(shù)值為 0的水平直線。

（3）飽和區(qū)

飽和區(qū)（saturation region）是圖中橙色部分。至于為什么叫作“飽和“，等我們后面講完放大器的交流分析后，你就明白飽和是什么意思了，這里暫且不表。當(dāng)共基組態(tài)電路的：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏（VCB<0）時(shí)，伏安曲線就處于飽和區(qū)。

其偏置情況用下圖進(jìn)行說明：

圖 3-3.08?

上面左圖中，集電結(jié)外加的正偏電壓較小，這個(gè)集電結(jié)偏置電壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏置電場(chǎng)，疊加在原來集電結(jié)耗盡層自身的內(nèi)置電場(chǎng)上（圖中未畫出），這個(gè)偏置電場(chǎng)會(huì)對(duì)發(fā)射極運(yùn)動(dòng)過來的自由電子產(chǎn)生一個(gè)阻力，使發(fā)射極沖到集電極的自由電子數(shù)量減少，在伏安曲線上表現(xiàn)出來就是：隨著集電結(jié)正偏電壓增大（即VCB<0的部分），IC迅速減小。

當(dāng)集電結(jié)正偏電壓大到一定程度時(shí)時(shí)，如上面右圖所示，此時(shí)已經(jīng)沒有自由電子能突破這個(gè)阻力來到集電極了，發(fā)射極偏置不能再產(chǎn)生集電極電流IC了。此時(shí)，集電結(jié)就像一個(gè)普通二極管那樣，產(chǎn)生正偏電流（這個(gè)電流同原來定義的IC方向相反，故為負(fù)），在伏安曲線圖上表現(xiàn)出來就是：當(dāng)VCB<-0.7V時(shí)，IC<0，并且在負(fù)方向上急速增大。

3.?? 參數(shù)α

參數(shù)α（阿爾法）只能由共基組態(tài)電路來定義，我們將圖3-2.05重畫于下：

圖 3-3.09?

在上圖中，我們定義直流參數(shù)αdc為：“IC中的多子電流分量”與IE的比值。用公式表示即為：

再定義交流參數(shù)αac為：當(dāng)VCB不變時(shí)，“集電極電流微小相對(duì)變化”與“發(fā)射極電流的相應(yīng)微小變化”的比值（注意到當(dāng)VCB不變時(shí)，ICBO不變，故ΔIC多子=ΔIC總）。用公式表示即為：

交流參數(shù)αac通常稱為共基放大系數(shù)（common-base amplification factor）。大多數(shù)情況下，直流參數(shù)和交流參數(shù)的大小非常接近，可以相互通用。對(duì)于實(shí)際器件，一般α的典型值在0.9～0.998之間。目前我們暫時(shí)還用不到參數(shù)α，這里只是順帶了解一下，到下一章講BJT的交流分析時(shí)，將會(huì)看到參數(shù)α的用處。

4.?? 擊穿區(qū)域

在前面圖3-3.06的輸出特性伏安曲線圖上， VCB不能無限制增大，當(dāng)VCB超過某一閾值后，集電極電流IC會(huì)急速增長(zhǎng)。就像普通二極管的反向擊穿一樣，集電結(jié)的反偏電壓如果太大，也會(huì)發(fā)生反向擊穿。如下圖所示：