双极结型晶体管的电流增益

如果您施加一个足够高的电压 V IN以正向偏置基极-发射极结，电流将从输入端流过 R B，通过 BE 结，到达地。我们称之为 I B。电流还将从 5 V 电源流经 R C，流经晶体管的集电极到发射极部分，流到地。称之为I C。假设 I C足够小以在集电极端留下相对较高的电压——足够高的电压，即保持基极-集电极结反向偏置。

假设我们正在使用一个简单的电路，该电路由一个 npn双极结型晶体管(BJT) 和几个电阻器组成，连接方式如下：

如果您施加一个足够高的电压 V IN以正向偏置基极-发射极结，电流将从输入端流过 R B，通过 BE 结，到达地。我们称之为 I B。电流还将从 5 V 电源流经 R C，流经晶体管的集电极到发射极部分，流到地。称之为I C。假设 I C足够小以在集电极端留下相对较高的电压——足够高的电压，即保持基极-集电极结反向偏置。
基极电流和集电极电流
您可能不会对 I C明显大于 I B感到惊讶。我怀疑您对这两种电流之间的数学关系也有所了解。这个词已经从你的脑海深处浮现，上升到意识领域，让人联想到电路和符号、方程式和图表、英语和希腊语字母的图像。也许你已经低声说了。是的，测试版。那条将我们从 I B带到 I C的人迹罕至的道路，啊，是的，我们很了解它……或者我们知道吗？

什么是 BJT Beta？
有些人可能会说这是特定双极结型晶体管的电流增益，他们可能会提供β = 100 作为典型值。这是一个好的开始，但我们需要更：β 是正向激活模式下工作的双极结型晶体管的基极电流和集电极电流之间的比例因子。
这样更好，但我们还没有完成，因为情况实际上比这更复杂。作为本节副标题的问题有点误导，因为如果我们想在技术上严谨，我们真的应该用复数形式来谈论 BJT betas 。
首先，我们通常认为的β或许应该写成β F，其中带下标的“F”表示这是正向激活模式下的I C与I B之比。可以在反向激活模式下使用 BJT，在这种情况下，I C与 I B 的比率用 β R表示。我的一本教科书甚至建议饱和模式的 beta：β forced，其中“强制”指的是 I C与 I B的比率是由外部电路条件强加的，而不是由晶体管建立的。β forced总是小于 β F。
小信号和大信号
在开始阅读本文之前，您可能认为晶体管只有一个贝塔。现在你已经熟悉了三个。我们还没有完成。
在晶体管电路的上下文中，术语“小信号”和“大信号”并不简单地指定振幅。
当我们建立偏置条件或使用晶体管作为开关时，我们在大信号直流量领域工作，晶体管的 I C 与I B之比称为 β DC . 幸运的是，β DC与 β F相同，与 BJT 讨论中频繁出现的难以描述的“beta”相同。因此，当我们谈论“β”时，我们（可能无意中）指的是在正向激活模式下工作的双极结型晶体管的大信号基极电流和大信号集电极电流之间的比例因子。
我知道你在想什么。“如果有大信号操作的测试版，那么小信号操作也必须有测试版。” 正确的！Beta 数 5，用 β AC表示，是小信号 AC 量的I C与 I B之比。给定晶体管的 β AC和 β DC的值相似，但不完全相同。
当 Beta 不是 β 时
如果您曾经在 BJT 数据表中搜索过 beta 并且一无所获，那么您并不孤单。制造商经常使用符号 h FE和 h fe而不是 β，造成了额外的混淆。“h”部分来自“hybrid”，指的是表征双端口网络的 h 参数方法；“f”代表正向增益，“e”代表共发射极。
这里的挑战——除非你直接跳到这部分并且没有阅读有关小信号和大信号 beta 的内容！——是学习术语，因为 h FE与 β DC相同，h fe与 β 相同空调。h fe和 h FE中的不同下标反映了小信号量使用小写字母和大信号量使用大写字母的约定。
以下是来自 ON Semiconductor 的 P2N2222A 数据表中的示例：

表格取自该数据表。