BJT的共基组态电路讲解

在这一小节中，我们详细分析BJT的共基组态电路。在BJT的共基组态中，“输入端口”和“输出端口”共用BJT的基极端子（故称为“共基”），形成一个双端口网络，如下图所示：

图 3-3.01

无论是npn型还是pnp型，下式总是成立的，这是我们后面分析的基础公式：

在后面的分析中，我们都将以npn型晶体管为例进行分析；pnp的分析方法其实是一样的，只是电流方向相反而已。

在上面图3-3.01的双端口网络中，我们有四个参数要研究（VBE, IE, VCB , IC），理论上讲，必须固定其中一组电压与电流，才能对剩下的一组电压和电流画伏安特性曲线。但是由于BJT有一个端子被输入输出端口共用，所以实际上只有2个自变量。我们以下图举例：

图 3-3.02

上图中，只有VEE和VCC是自变量，IE和IC都是应变量。比如，我们只要固定了VCC，就可以通过变化VEE，来研究IE-VEE之间的伏安关系。换句话说，某个端口的电流完全由输入和输出两个端口的电压来控制（这种控制就是BJT的基本作用）。此时，IC的值也完全由VEE和VCC决定，我们在研究IE-VEE伏安关系时，可以不关心IC的值。

再比如，我们也可以调整VEE使IE为固定值，然后通过变化VCC，来研究IC-VCC之间的伏安关系，如下图所示：

图 3-3.03

此时，我们调整VEE的主要目的是为了使IE固定，VEE完全可由IE确定，我们在研究IC-VCC伏安关系时，可以不关心VEE的值。

1. 输入特性

共基组态型电路的输入特性（input charac teristics）是指：在一定的输出电压VCB下，输入电压和输入电流之间的关系（即：VBE-IE伏安关系）。

共基组态电路的输入特性伏安特性图如下图所示：

图 3-3.04

从上图中我们可以看到，VBE-IE的伏安曲线与二极管特性曲线很相似。而且可以看到，不同的集电结偏置电压VCB对于输入特性的影响非常小，几乎可以忽略。甚至我们可以将它像二极管一样作分段近似，如下图所示：

图 3-3.05

上图可以理解为：当BJT在“导通”状态时，不管射极电流IE如何变化，VBE的值固定在0.7V左右，因此IE的大小实际由电路的其他部分控制。这个结论不只在共基组态成立，在BJT的其他组态中也是成立的。

2. 输出特性

共基组态型电路的输出特性（output characteristics）是指：在一定的输入电流IE下，输出电流与输出电压的关系（即：VCB-IC伏安关系）。

共基组态电路的输出特性伏安特性图如下图所示：

图 3-3.06

上图中我们可以看到，输出伏安特性曲线图分为3个区域，分别是：放大区、截止区、饱和区，下面我们分别进行详细描述：

（1）放大区

放大区（active region）是图中绿色部分，占据曲线图的大部分面积。当共基组态电路的：发射结正偏、集电结反偏时（就是我们前面分析过的最常用的偏置组合），伏安曲线就处于放大区。

对于放大区范围内的伏安特性曲线，我们可以看出以下2个特性：

① 在放大区范围内伏安曲线看上去几乎水平，这说明VCB对集电极电流IC几乎没有什么影响。

② 对于每一个特定发射极电流IE，集电极电流IC几乎就等于IE，即：IE ≈ IC

（2）截止区

截止区（cutoff region）是图中红色区域部分。当共基组态电路的：集电结反偏、发射结偏置电压为0或反偏时，发射极电流IE≤0，伏安曲线就处于截止区。

其偏置情况用下图进行说明：

图 3-3.07

当发射结偏置电压为0（即：发射结开路）时，如上左图所示，IE=0。当发射结反偏时，如上右图所示，此时发射结中只有微弱的反偏漏电流通过，IE<0。在这两种情况下，发射区都不再会有自由电子注入集电极，因此，集电极电流IC仅由集电结反偏电压VCB产生，数值为极其微小（纳安级）的反向漏电流ICBO，可近似认为是0。只要不击穿，VCB的变化对ICBO几乎无影响。

因此，在IE≤0的区域，集电极电流IC都是一条数值为 0的水平直线。

（3）饱和区

饱和区（saturation region）是图中橙色部分。至于为什么叫作“饱和“，等我们后面讲完放大器的交流分析后，你就明白饱和是什么意思了，这里暂且不表。当共基组态电路的：发射结正偏，集电结也正偏（VCB<0）时，伏安曲线就处于饱和区。

其偏置情况用下图进行说明：

图 3-3.08

上面左图中，集电结外加的正偏电压较小，这个集电结偏置电压会产生一个偏置电场，叠加在原来集电结耗尽层自身的内置电场上（图中未画出），这个偏置电场会对发射极运动过来的自由电子产生一个阻力，使发射极冲到集电极的自由电子数量减少，在伏安曲线上表现出来就是：随着集电结正偏电压增大（即VCB<0的部分），IC迅速减小。

当集电结正偏电压大到一定程度时时，如上面右图所示，此时已经没有自由电子能突破这个阻力来到集电极了，发射极偏置不能再产生集电极电流IC了。此时，集电结就像一个普通二极管那样，产生正偏电流（这个电流同原来定义的IC方向相反，故为负），在伏安曲线图上表现出来就是：当VCB<-0.7V时，IC<0，并且在负方向上急速增大。

3. 参数α

参数α（阿尔法）只能由共基组态电路来定义，我们将图3-2.05重画于下：

图 3-3.09

在上图中，我们定义直流参数αdc为：“IC中的多子电流分量”与IE的比值。用公式表示即为：

再定义交流参数αac为：当VCB不变时，“集电极电流微小相对变化”与“发射极电流的相应微小变化”的比值（注意到当VCB不变时，ICBO不变，故ΔIC多子=ΔIC总）。用公式表示即为：

交流参数αac通常称为共基放大系数（common-base amplification factor）。大多数情况下，直流参数和交流参数的大小非常接近，可以相互通用。对于实际器件，一般α的典型值在0.9～0.998之间。目前我们暂时还用不到参数α，这里只是顺带了解一下，到下一章讲BJT的交流分析时，将会看到参数α的用处。

4. 击穿区域

在前面图3-3.06的输出特性伏安曲线图上， VCB不能无限制增大，当VCB超过某一阈值后，集电极电流IC会急速增长。就像普通二极管的反向击穿一样，集电结的反偏电压如果太大，也会发生反向击穿。如下图所示：