双极结型晶体管

Bipolar Junction Transistor I_C = β · I_B

符号: I_C = β · I_B
单位: β (h_FE) dimensionless, typically 50–500 · V_BE ≈ 0.65 V · V_CE(sat) ≈ 0.1–0.3 V
所属节: 半导体器件
发布: 2026-09-03
作者: 由 The Circuit Desk 编写

双极结型晶体管中，发射结正偏、集电结反偏，注入薄基区的电子被扫入集电极。结果是在很大范围内 I_C = β · I_B，而 β 由掺杂与几何结构决定，使用者无法设定。

三端电流控制器件，用很小的基极电流控制大得多的集电极电流。

支配关系式 I_C = β · I_B r_e = 26 mV / I_C V_BE ≈ 0.65 V β (h_FE) dimensionless, typically 50–500 · V_BE ≈ 0.65 V · V_CE(sat) ≈ 0.1–0.3 V

三个区，三种用途

截止、放大与饱和不是器件状态，而是偏置条件，各有用途。截止是断开的开关；饱和是闭合的开关，此时两个结都正偏，集射压降塌到 0.1–0.3 V；放大区则是 β 成立的区域。

截止：V_BE < 0.5 V，I_C ≈ 漏电流。用作断开的开关。
放大：V_BE ≈ 0.65 V，I_C = βI_B。用于放大与恒流源。
饱和：I_B > I_C/β，V_CE ≈ 0.1–0.3 V。用作闭合的开关。

β 是传闻，不是规格

数据手册给出 h_FE 的最小值、典型值与最大值：2N3904 在 10 mA 下分别是 100、200 与 300，而且随温度和电流进一步分散。任何依赖 β 精确值的偏置设计都不算设计。标准解法是发射极负反馈：在发射极串电阻，使偏置取决于受控的电阻比，而不是不受控的 β。

四条经验规则

对放大区的硅 NPN 管，几乎一切手算都从这四条近似出发。

量	近似值	适用范围
V_BE	0.65 V（大电流下 0.7 V）	任何放大区偏置计算
V_CE(sat)	小信号 0.1 V，100 mA 以上 0.2–0.3 V	开关设计与饱和余量
β	取手册最小值而非典型值	最坏情况设计，始终适用
r_e（本征发射极电阻）	26 mV / I_C(mA)，1 mA 时约 26 Ω	增益与输入阻抗估算

发热与热失控螺旋

V_BE 每升温 1 K 下降约 2 mV，而漏电流大约每升 10 K 翻一倍。基极驱动固定时，两者都会在结温升高时推高集电极电流，进而加大耗散、继续升温。发射极电阻与带散热片的封装是两种标准防线；没有它们，并联工作的功率管会分流不均，最终由一只承担全部负载。

算例

一只 NPN 用 3.3 V 逻辑输出去驱动 5 V、120 Ω 的继电器线圈。线圈电流 5/120 ≈ 41.7 mA。按手册最小 h_FE = 100，基极至少需 0.42 mA；为使深度饱和取 5 倍过驱动，即 2.1 mA。基极电阻 (3.3 − 0.7)/0.0021 ≈ 1.24 kΩ，取 1.2 kΩ。饱和时三极管耗散 41.7 mA × 0.25 V ≈ 10.4 mW，可以忽略。若把同一继电器直接接在集电极而不加基极电阻，耗散将变成 41.7 mA × 5 V ≈ 209 mW，管子会损坏。

先读

二极管 Diode

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架外延伸

Bipolar junction transistor

Sources · 参考出处

University of Mississippi http://www.phy.olemiss.edu/~cremaldi/PHYS417/DiodeBasics.pdf
Northern Illinois University https://nicadd.niu.edu/~fortner/course/phys375/lect/p375_05a.pdf
Physics LibreTexts https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_II_-_Thermodynamics_Electricity_and_Magnetism_(OpenStax)