双极结型三极管（Bipolar Junction Transistor，BJT），通常也被人们俗称为半导体三极管，它是除场效应管之外的另一种极为重要的三端电子器件。BJT 具有超高频性能以及强大的大电流驱动能力。与单极型的 MOS 管不同，BJT 因其有自由电子和空穴两种极性的载流子同时参与导电而得名。

　　常见外形结构简介

　　在一个硅（或锗）片上会生成三个杂质半导体区域，其组合方式有两种，一种是一个 P 区加在两个 N 区中间，另一种是一个 N 区加在两个 P 区中间。基于此，BJT 有 NPN 型和 PNP 型这两种类型。从三个杂质半导体区域各自引出一个电极，分别命名为发射极 e、集电极 c、基极 b，它们对应的杂质半导体区域分别为发射区、集电区、基区。这样就形成了三个区（基区、集电区、发射区）和两个 PN 结（发射结、集电结）。

　　三个区各自有着独特的特点。基区被称为 “控制区”，其掺杂浓度很低，并且基区宽度非常薄。集电区是 “收集载流子的区域”，它的主要作用是收集载流子，所以不能有过高的载流子浓度（即不能有过高的掺杂浓度），不过其面积却是的，好比一个仓库，既不能放满东西也不能太小。发射区是 “发射载流子的区域”，需要往外发射载流子，因此此区域的载流子浓度，也就是掺杂浓度。值得注意的是，三个区在电气上是不对称的。

　　集成电路中的 NPN 型 BJT 的截面图
　　BJT 内部有两个背靠背、互相影响的 PN 结。当这两个 PN 结的偏置条件（正偏或反偏）不同时，BJT 将呈现不同的特性和功能，可能出现四种工作状态，分别为放大、饱和、截止、倒置。
　　放大状态 BJT 内部载流子的传输过程

　　BJT 的电流放大作用是由其内部载流子的定向（由发射区向集电区）运动体现出来的。为了保证内部载流子做这样的定向运动，实现电流放大，无论 NPN 型还是 PNP 型的 BJT，都要将它们的发射结加正偏，集电结反偏。下面以 NPN 型为例进行详细分析。

　　发射结正偏：发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流 IE。发射结外加正向电压，发射区（高掺杂）的多子电子将不断通过发射结扩散到基区，形成发射结电子扩散电流 IEN，其方向与电子扩散方向相反。同时基区的多子空穴也要扩散到发射区，形成空穴扩散电流 IEP，其方向与 IEN 相同，两个电流一起构成受发射结正向电压 VBE 控制的发射结电流（也就是发射极电流）IE，即 IE = IEN + IEP = IES (eVBE/VT - 1)≈IESeVBE/VT 。IES 为发射结的反向饱和电流，其值与温度、发射区及基区的掺杂浓度有关，还与发射结的面积成比例。由于基区掺杂浓度很低，IEP 很小，可认为 IE = IEN + IEP≈IEN 。

　　载流子在基区扩散与复合，形成复合电流 IBN：由发射区扩散到基区的载流子电子在发射结边界附近浓度，离发射结越远浓度越低，形成了一定的浓度梯度。浓度差使得扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散。扩散的时候，有一部分电子与基区的空穴复合，形成基区复合电流 IBN。但是由于基区很薄，掺杂浓度又低，因此复合的电子很少，IBN 很小。基区被复合掉的空穴由电压源 VEE 从基区拉走电子来补充。
　　集电极反偏：自由电子扩散到集电结处，浓度梯度越来越高，如果集电结不把靠近的自由电子抽走，整个自由电子扩散会越来越慢直至停止。由于集电结外加反偏电压，空间电荷区的内电场被加强，对基区扩散到集电结边缘的载流子电子有很强的吸引力，使其漂移过集电结，被集电极收集，形成集电极漂移电流 ICN，这个电流是受发射结正向电压 VBE 控制的。此外，基区自身的少子电子与集电区的少子空穴也要在集电结反偏作用下产生漂移，形成集电结反向饱和电流 ICBO，方向与 ICN 一致。两者构成集电极电流 IC，即 IC = ICN + ICBO 。ICBO 不受发射结电压控制，因而对放大没有贡献。它的大小取决于基区和集电区的少子浓度，数值很小，但受温度影响很大，容易使 BJT 工作不稳定。BJT 的基极电流：IB = IEP + IBN - ICBO = IEP + IEN - ICN - ICBO = IE - IC 。
　　用一个形象的比喻来说，整个载流子的过程就像非洲大草原上野牛群的大迁徙。有一条河流截住了牛群们的路，它们必须渡过河流才能到达广阔的青青草原。基区内的空穴就相当于河里的鳄鱼，而由发射区扩散过来的自由电子就如同迁徙的牛群过河。如果基区里面的鳄鱼足够多，或者河流足够宽，迁徙的牛群绝大部分都会被消灭，所以基区不能做的很宽也不能高掺杂浓度。其实基区的工艺就决定了此区域内复合的程度，换句话说也就是牛群的通过率。假设基区里面的掺杂浓度使得 100 个电子，有 10 个电子会被复合掉，也就是电流 IEN 里面有 10 个电子被复合掉了，但是在图中的 IBN 方向（基极那块）又会很容易由 VBB 再产生 10 个。集电结反偏，产生一个电场，类似抽水机把自由电子全都吸过去了，收集（前面提到的漂移运动）集电极就类似牛羊要去的青青草原，如果渡过河的牛羊全部停留在河的岸边，后面的牛羊会逐渐拥挤，越来越跑不动，推不动前面的牛羊，河里面越来越多的牛羊会被鳄鱼吃掉。青青草原就把牛群吸引过去，整个电路才会处于正常的传输状态。
　　3 种连接方式
　　BJT 有共基极、共发射极、共集电极这 3 种连接方式。
　　I - V 特性曲线
　　共射极连接时的 I - V 特性曲线：BJT 连接称共射极形式，输入电压为 vBE，输入电流为 iB，输出电压为 vCE，输出电流为 iC。
　　输入特性曲线：共射极连接时的输入特性曲线描述了当输出电压 vCE 为某一数值（以 vCE 为参变量）时，输入电流 iB 与输入电压 vBE 之间的关系，用函数 ib = f (uBE)/uBC = 常数表示。NPN 型硅 BJT 在共射极连接且发射结正偏时的输入特性曲线中，示出了 vCE 分别为 0V、1V、10V 三种情况下的输入特性曲线。BJT 的输入特性曲线与半导体二极管的正向 I - V 特性曲线相似，随着 vCE 的增加，特性曲线向右移动。也就是当 vBE 不变时，随着 vCE 的增加，ib 将减小。或者说，当 iB 不变时，随着 vCE 较小，集电结处于正偏或反偏很小的状态，集电区收集电子的能力很弱，而基区的复合作用较强，在 vBE 相同的情况下，iB 较大。集电结上反偏电压加大，内电场增强，收集电子的能力增强， 与此同时，集电结空间电荷区变宽，从而使基区的有效宽度减小，载流子在基区的复合机会减小，结果使 iB 减小。将 vCE 变化引起基区有效宽度变化，致使基极电流 iB 变化的效应称为基区宽度调制效应。
　　输出特性：共射极连接时的输出特性曲线描述了当输入电流 iB 为某一数值（即 iB 不变），集电极电流 iC 与电压 vCE 的关系，函数表示为 iC = F (uCE)/iB = 常数。
　　放大区：发射结正偏电压大于开启电压，集电结反偏。电流关系为 iC = βiB 。特点是各条曲线几乎与横坐标轴平行，随着 vBE 的增加，略向上倾斜。该区域内，iC 主要受 iB 控制。vCE 对 iC 的影响由基区宽度调制效应产生，vCE 增加时，基区有效宽度减小，载流子在基区的复合机会减少，使得电流放大系数略有增加，保持 iB 不变的情况下，iC 随着增加，输出特性曲线略微上翘。
　　截止区：截止区是指集电结反向偏置，发射结上偏置电压小于 PN 结的开启电压，发射极电流 iE = 0 时，所对应的区域，此时 iB = - ICBO 。双结反偏，CE 之间（开关）断路。
　　饱和区：双结正偏，uCES 为饱和状态下，三极管 CE 之间能达到的电压。CE 之间（开关）闭合。电流关系为 βIB > ICmax ，ICmax 由外部电路决定，一般使用时集电极会连入一个限流电阻 RC 。
　　补充知识点：仔细观察饱和区跟截止区，我们会发现其实就是基极给不给电压的区别。当集电结反偏电压一定时，基极给电压，那么管子进入饱和区（开关管闭合）；基极不给电压，那么管子进入截止区（开关管断开）。这一特性使得 BJT 可以在数字电路中得到应用，例如给基极一个 PWM 信号，就可以实现控制功能。