Note
双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）是电子系统的另一大核心积木，常用”三极管”或直接叫”晶体管”。它比 FET 增益更高、能供更大的电流，代价是输入电阻较低、工作机理更复杂。本章从”电流放大器”的视角讲清它的控制机理，再给出三种电路组态的特性和等效模型，最终落到一个最重要的设计思想：用负反馈让电路性能由电阻决定，而不是由器件决定。
18.1 引言
BJT 之所以叫”双极”（bipolar），是因为导电同时靠电子和空穴两种载流子——这与 FET（单极，unipolar，只靠一种载流子）形成对照。它内含两个背靠背的 pn 结，因此也叫双极结型晶体管。实际电路中常把 BJT 直接称为”transistor”，而把 FET 单独叫 FET。
BJT 常被看作电流控制器件：向基极送入一个控制电流，就能在集电极产生大得多的电流。但也有另一种视角——把它当作电压控制器件，用基-射电压描述输入。两种模型都成立，本章两种都用：大信号分析用电流增益，小信号分析用跨导。
18.2 双极晶体管概述
如同 FET 在放大电路中充当”控制器件”，BJT 也把基极（base, b）当作控制输入端：改变基极输入，就改变了流过负载电阻的电流，从而决定输出电压 。与 FET 电路相比，BJT 电路的行为有所不同——它的输入端会真正抽取电流。
18.2.1 结构
BJT 由三层半导体构成：
- npn 型：两层 n 型材料中间夹一层很薄的 p 型（基区），基区轻掺杂；
- pnp 型：把上面的极性全部反过来。
npn 与 pnp 行为完全对偶，只需反转所有电压电流的极性，所以本章集中讲 npn。三层结构形成两个背靠背的 pn 结，但器件绝不是”两个对接的二极管”——其神奇之处在于基区极薄，使基极成为有效的控制端。
18.2.2 记号约定
记号体系与 FET 类似： 表示集电极相对发射极的电压， 表示流入基极的电流；大写为直流量，小写为交流量。电源标记为 （接集电极一侧，npn 电路中为正）和 （接发射极一侧，通常取 0 V 地）。
18.3 晶体管作用：两个结如何合作
正常的 npn 工作状态：集电极电位高于发射极（ 约几伏），基-集结反偏；同时让基极相对发射极为正，使基-射结正偏。
关键在掺杂与几何：
- 发射区重掺杂 → 有大量多数载流子（电子）；
- 基区轻掺杂且极薄 → 从发射极注入基区的电子成为基区里的少数载流子，而且它们离基-集结的耗尽区非常近；
- 反偏的基-集结对多数载流子是”墙”，对少数载流子却是”抽水泵”——一进入结区就被扫进集电极。
精心设计保证：进入基区的电子绝大多数被扫进集电极，只有很少一部分与基区空穴复合形成基极电流。于是 ，小基流控制大集流——这就是晶体管作用（transistor action）。注意常规电流方向与电子流动方向相反。
18.3.1 电流增益
与 的关系近似线性但略弯，因此定义两个电流增益：
- 直流电流增益（大信号） 或 ：，用于直流工作点计算；
- 交流小信号电流增益 ：，是特性曲线的斜率 。
通用硅管两者数值都在 100–300，工程上视为相等。但 对温度敏感、且同型号器件之间散布很大（可从 80 到 350），这是后面所有”稳定性设计”要解决的根源问题。
18.3.2 用跨导描述晶体管
基-射结就是一只正偏二极管，所以 与 是指数关系， 与 同样是”放大了的指数曲线”。把输出电流对输入电压求导，得到跨导（transconductance）：
与 FET 不同，BJT 的 随工作电流强烈变化。利用二极管方程 和 ，可以推出一个惊人的简洁结果：
白话：跨导约等于静态集电极（发射极）电流（单位安培）的 40 倍，室温下这是一个由物理决定的通用公式。由此定义发射极电阻 ：
Success
记牢两条”物理黄金公式”：（单位 S），（单位 Ω）。它们把跨导、发射极电阻与静态电流直接挂钩，是估算一切 BJT 放大器性能的出发点。FET 的 正比于电流的平方根，BJT 则正比于电流本身——这是两者的本质差别。
，而 ，故 。同时可导出小信号输入电阻：
小信号输入电阻 典型值几千欧， 则只有几欧到几十欧。
18.4 特性曲线族
18.4.1 输入特性
基-射结是正偏二极管，输入特性与二极管伏安曲线同形：
求导可得输入电阻 Ω。基极电流为几十微安时， 为几千欧。
18.4.2 输出特性：饱和区与放大区
以 为参变量画 – 曲线，得到共射输出特性。两条关键认识：
- 曲线”竖起来”后基本水平，表明 主要受 控制、几乎不受 影响——这个平坦段叫放大区（active region），线性放大器都工作在这里；
- 靠近原点 很低处曲线骤然下降，叫饱和区（saturation region）：此时晶体管作用效率下降，大量载流子直接穿到基区而未被扫走， 不再受 支配，而由外电路决定。饱和压降典型值约 0.2 V。
Warning
“饱和区”这个词在 BJT 与 FET 里含义正好相反：FET 的饱和区是 高、电流平台（放大器用）；BJT 的饱和区是 低、管子”压死”（数字电路用、线性电路避开）。考试和阅读数据手册时务必区分。
真实曲线不是完全水平的，有轻微上斜。把平坦段向左延长会聚在负半轴一点，称厄利电压（Early voltage），典型 50–200 V。上斜的斜率代表输出电阻，其倒数叫输出导纳 （约 1–100 μS）。还有一个小漏电流 （基极开路时的集-射漏电流，硅管仅几纳安，通常忽略）。
18.4.3 小信号等效电路
BJT 的两种最常用小信号模型，参数一样只是受控源形式不同：
- 用 电流源：直观体现”电流放大器”观点；
- 用 电流源：体现”跨导放大器”观点。
两个模型的输入电阻都是 （约几千欧），输出电阻都是 （10 kΩ–1 MΩ）。 器件间散布大，而 由物理和工作点决定，可以放心计算。
18.4.4 更精细的模型：h 参数与混合 π
h 参数模型：四个参数 （输入阻抗）、（反向电压传输比）、（正向电流增益）、（输出导纳），后缀 e 表示共射组态。（约 –）描述输出对输入的反向影响，源于输出改变基区宽度、从而改变 的厄利效应。数据手册常用这套参数。