-
BJT
的主要电学性能参数
(
小结
)
BJT
的电学性能参数大体上可分
为四类：
（
1
）直流性能参数：
①直流电流放大系数
αo
和
βo
：
BJT
的直流电流放大系数就是输出直流电流与输入直流
电流之比，
其数值大
小表征着直流放大的性能。电流放大系数与
BJT
的应用组态有关：
共基极
BJT
的直流电流放大系数
为
αo≈Ic/Ie
；
共发射极
BJT
的直流电流放大系数
为
βo
（或
者
hfe
）<
/p>
≈Ic/Ib
。注意，在计算电流放大系数时都未考虑集电结的反
向电流。
电流放大系数与工作点有关，当偏置的电流或者电压超过某一定
数值时即
将下降
（这是由于
Kirk
效应和
Early
效应等影响的结果）
；
并且也与温度有关
（因
为
BJT
的电流具有正的温度
系数的关系），将随着温度的升高而增大。
βo
的数值一般为
50
～
200
。较大电流放大系数的晶体管不仅可以获得较大
的电压增益；<
/p>
而且也将有利于在小电流下使用，
以获得较高的输入交流电阻和较
低的噪声，这是低噪声晶体管所要求的。
②反向电流：
Icbo
～发射极开路的集电结反向电流。
在发射极开路时，
因集电结的抽出作
用将造成发射结上有一定的浮空电势，
但无电
流从发射极流入
（发射结边缘处的
少数载流子浓度梯度为
0
），然而却有电流从集电极流出
——
这就是
Icbo
，实际
上就是共基极组态的集电结反向饱和电流。
ICBo
要大于晶
体管处于截止状态时
的集电结反向饱和电流。
Iceo
～基极开路的
C-E
之间的反向电流，又称为穿透电流。在基极开路时，
因为发射结正偏、集电结反偏，所以
这是共发射极组态
BJT
的一种特殊放大状
态（即为共发射极放大组态中的输入开路情况）；虽然这时的基极电流为
0
，但
是却有很小的集电结反向饱和电流
Icbo
通过晶体管，并被放大
b
倍后再从集电
极流出
——
这就是
Iceo
：
晶体管的穿透电流<
/p>
Iceo
要比
Icbo
< br>大得多。并且当集电结有倍增效应（倍增
因子为
M
）时，该穿透电流将更大：
穿透电流
Iceo
不但大于
Icbo
< br>，
而且也大于发射结短路时
C-E
之间的反向电
流
——
Ices
，这是由于这时通过发射结的电流只是集电结反向饱和电流
Icbo<
/p>
的
一部分（有一部分被短路掉了），所以输出电流
Ices
要小于
β
Icbo=Iceo
。
Iebo
～集电极开路的发射结反向电流。
该反向电流与
Icbo
一样，
数值很小，
但要比
晶体管处于截止状态时的漏电流大。
③饱和压降：
Vbes
～发射极饱和压降。是共发射极晶体管在饱和状态工作时、
B-E
电极
之间的电压降；
该电压实际上也就是使晶体管
产生饱和导通所需要的最小输入电
压，一般近似为发射结的正向导通电压（
Si-BJT
约为
0.7V
）。
Vces
～集电极饱和压降。是
共发射极晶体管在饱和状态工作时、其
C-E
电
极之间的电压降；
该电压反映了晶体管开启状态的性能，
实际上也反映了晶体管
饱和导通时的功耗大小（饱和电流
Ic
s
与
Vces
的乘积就等于饱和时的功
耗），
应该越低越好。
晶体管的
Vces
主要来自于串联电阻。对于合金晶体管，则来自于输入端的
串联电阻（可能是基极电阻）；对于双扩散外延平面晶体管，则来自于集电极串
联电阻（集电区材料电阻以及电极接触电阻）。
④
发射结电压
Vbe
：
电压
Vbe
即是指晶体管
处于导通状态时的发射结电压，主要决定于发射结
的势垒高度，与半导体掺杂浓度和温度
有关。对于
Si-BJT
，一般
VBE
=0.6V
～
0.7V
。
当环境温度升高时，发射结势垒高度降低，则
VB
E
减小（即发射结电压具
有负温度系数）
。
发射结电压的温度系数与一般
p-n
结正向电压的温度系数相同，
即
Si-BJT
发射结的约为
–
2mV/K
，
Ge-BJT
发射结的约为
–
1mV/K
。
此外，
Vbe
也将随着集电极电流的增加而有所下降，
这是由于电流会引起晶
体管发热的缘故（这种作用容易导致
BJT
电流增大而发生热击穿，需要在应用
电路设计中加以
防止）。
（
2
）极限性能参数：
①击穿电压：
BVcbo
～发射极开路时的集电结击穿电压。这是共基极
BJT
所能够承受的
最高集电结反向电压。
该击穿电压对应于反向电流
Icbo
的急剧增加，与临界击
穿电场
EC
和半导体掺杂浓度
N
的关系为：
半导体的掺
杂浓度越低，势垒区中的电场分布越均匀，该击穿电压就越高。
BVceo
～共发射极
BJT
在基极
开路时的集电结反向击穿电压。这是共发射
极
BJT
的集电结所能够承受的最大反向工作电压。
Vceo
要低于
Vcbo
。该击穿
电压对应于
反向电流
Iceo
的急剧增加。因为
I
ceo
要比
Icbo
约大
βo
倍，因此击
穿电压
BV
ceo
相应地要比
BVcbo
低得多：
为了提高
BVceo
，就必须提高
BVcbo
；并且为了获得较高的
BVceo
，晶体
管的
bo
不可选取得过大。
BJT
发生电击穿的主要机理是雪崩击穿
——
<
/p>
一次击穿、以及一次击穿之后
的二次击穿两种机理。对于大功率晶
体管，二次击穿往往起着限制
BJT
安全工
作区的重要作用。
②
最大集电极
工作电流
Icm
：
< br>BJT
由于存在
Kirk
效应或
者
Webster
效应、以及发射极电流集边效应，则
它的直流电流放大系数将会随着集电极电流的增大而下降。
BJT
的最大集电极电
流
ICM
就是共发射极直流电流放大系数
bo
由最大值下降到一半时
的集电极电
流；
Icm
也就是晶体管具
有显著电流增益的最大容许工作电流。
对于
< br>Si
外延平面晶体管，最大集电极电流密度主要决定于集电区掺杂浓度
和外延集电区的厚度。
由于发射极电流集边效应
，
则最大集电极电流与发射结面积并不存在正比关
系；增大发射
极的周长
/
面积比和减小基极电阻等，可以提高最大集电极电流
。
至于发射极周边线电流密度
Jcml
的选取，按照经验，对于线性放大晶体管的取
值较为严格（
Jc
ml=0.012~0.04 mA/mm
），对于开关晶体管的取值较为宽松
（
Jcml= 0.12 ~ 0.5
mA/mm
），而对于功率晶体的取值居于其间（
Jcml=
0.04~0.16 mA/mm
）。
③
最大耗散功率
Pcm
：
BJT
工作时，就有一定
的功耗（耗散功率）
Pc
，即要消耗功率而发热，而
消耗的功率主要是在集电结上（
Pc≈IcVbc
），则集电结温度将要上升；但对于
一定半导体的
p-n
结都存在一个最高结温
Tjm
（对于
Si/p-n
结为
150~200oC
，
对于
Ge/p-n
结
为
85~125oC
），因此晶体管也就相应地存在一个最大耗
散功率
Pcm
，
即集电结的结温升高到
到
Tjm
时的耗散功率。
最大耗散功率
就限制了
BJT
的最高工作电压和工作电流，
< br>从而也就限制了晶体管的最大输出有用功率
（因为
输出功
率与耗散功率成正比）。
BJT
的最
大耗散功率与环境温度
Ta
和热阻
Rt
有关（环境温度越低、热阻
越小，则
P
cm
越大）；并且最大耗散功率还与工作状态有关，在瞬态工作时，
最大耗散功率
Pcms
将有所增大（
Pcms≥Pcm
）。
提高
BJT
的最大耗散功率的主要措施就是减小热阻
（主要是管芯的内热阻）
和降低环境温度；特别，对于大功率晶体管，必须要散热良好
。
（
3
）交
流性能参数：
①截止频率：
因为
BJT
具有势垒电容等效应，则它的输入
阻抗、因而放大性能将会随着
工作频率的升高而下降，从而
BJ
T
就存在有一定的截止频率。根据
BJT
的应用
组态和要求的不同，
BJT
的
截止频率则有几种不同的形式。截止频率与
BJT
的
工作点有关，
在适当的工作电流和工作电压时具有较大的数值，
高于或者低于一
定的电流和电压时即将下降。
<
/p>
a
）
共发射极组态截止频率
fβ
：是共发射极
BJT
的小信号电流放大系数的
模
|β|
由低
频值
βo
下降
3dB
< br>时的频率。在低于此
fβ
工作时，
BJT
具有很好的电
流放大性能，否则放大性能较差。
b
）
特征频率
ft
：是共发射极
BJT
的
|β|=1
时的工作频率，也就是共发射极
BJT
具有电流放大作用的最高工作频率，又称为电流增益
-
带宽乘积。
ft
高于
fβ
，并且可以通过在较低频率下的测量
来确定
ft
：
fT≈ βofβ =
|β|f .
ft
可以采用
4
个时间常数来表示：
ft =
1/[2π(te+tb+tc+td)] .
其中
te
是发射结势垒电容的充电时间，
tb
是基区渡越时间，
tc
是集电结势
垒电容的充电时间，
td
是载流子漂移通过集电结
势垒区的渡越时间。
对于一般的
高频
B
JT
，往往是基区渡越时间
tb
起主要
限制作用；对于
ft
很高的
BJT
，主要