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樹德科技大學資訊工程系 

Chapter 4: 

雙極接面電晶體 

(BJTs,Bipolar Junction Transistors) 

Shi-Huang Chen 

Spring 2010 

1 

樹德科技大學資訊工程學系 

Dept. of CSIE, Shu-Te University 

Outline 

• 4-1 BJT 結構 

• 4-2 BJT 的基本工作原理 

• 4-3 BJT 的特性和參數 

• 4-4 BJT 當作放大器 

• 4-5 BJT 當作開關 

• 4-6 光電晶體 

• 4-7 電晶體的封裝和接腳識別 

2 

1

4-1 雙極接面電晶體結構 

(BJT Structure) 



• BJT( 雙極接面電晶體 ) 由三個摻入雜質的半導體區域組 

成 

• 這三個區域稱為射極 (Emitter)、基極 (Base) 和集極 

(Collector) 

基本滲透式平面結構 

世界第一顆電晶體 (1947) 

3 



BJT 基本結構 

4 

2



BJT 的標準符號 

5 

4-2 BJT 的基本工作原理 

(Basic Transistor Operation) 



• BJT 當為放大器時 , 正確的順向 - 逆向偏壓 

6 

3

BJT 動作原理 



7 

電晶體電流 (Transistor Currents) 



• I E 

=I C 

+I B 

, I B 

比 I E 

或 I C 

小很多 

電晶體的電流方向 

8 

4

4-3 BJT 的特性和參數 

(BJT Characteristics and Parameters) 



• 電晶體直流偏壓電路 

9 

直流 β 值 (β DC 

) 與直流 α 值 (α DC 

) 



• 直流集極電流 (I C 

) 與直流基極電流 (I B 

) 的比值 , 即是直流 β 值 (β DC 

), 

它代表電晶體的直流電流增益。 

IC 

β 

DC 

= 

較常使用 

I 

B 

β DC 

的標準值範圍是從小於 20 到 200 或更高。 

– β DC 

在電晶體特性資料表中 , 通常表示為另一個相同的 hybrid(h) 參數 

,h FE 

。 h FE 

=β DC 

• 直流集極電流 (I C 

) 與直流射極電流 (I E 

) 的比值 , 即為直流 α 值 (α DC 

) 

α DC 

= 

I C 

I E 

通常 ,α DC 

值的範圍是從 0.95 到 0.99 或是更大 , 但是 α DC 

永遠小於 1 

– 原因是 I C 

永遠會比 I E 

少一個 I B 

值。舉例來說 , 若 I E 

=100mA 以及 I B 

=1mA 

, 那 I C 

=99mA 以及 α DC 

=0.99。 

10 

5



例題 4-1 

• 如果 I B 

=50μA 且 I C 

=3.65mA, 試求電晶體的 β DC 

與 I E 

。 

• 解 

β 

DC 

= 

I 

I 

C 

B 

3.65mA 

= = 73 

50μA 

I E 

= I C 

+ I B 

=3.65mA+50μA=3.70mA 

α DC 

= I 

I C 

E 

= 

3.65mA 

3.70mA 

= 0.986 

11 

電流與電壓的分析 (1) 

(Current and Voltage Analysis) 



• I B 

: 直流基極電流 

• I E 

: 直流射極電流 

• I C 

: 直流集極電流 

• V BE 

: 基極對射極的直流電壓 

• V CB 

: 集極對基極的直流電壓 

• V CE 

: 集極對射極的直流電壓 

電晶體的電流與電壓 

12 

6




• V BB 

對基極 - 射極接面施加順向偏壓 ,V CC 

對基極 - 集極施 

加逆向偏壓。 

– 當基極 - 射極接面為順向偏壓時 , 它就像一個順向偏壓的二極 

體 , 並且會有一個微小的順向電壓降值 

– V BE 

≅ 0.7V 

• 既然射極是接地 (0V), 由克希荷夫電壓定理 (Kirchhoffs 

voltage law),R B 

兩端的電壓為 

– V RB 

=V BB 

− V BE 

(V BB 

=V RB 

+V BE 

) 

• 同時 , 藉由歐姆定理 (Ohm′s law), 

– V RB 

= I B 

R B 

代入 V RB 

, 產生 

– I B 

R B 

= V BB 

− V BE 

解出 I B 

, 

I 

B 

V 

= 

BB 

−V 

R 

B 

BE 

13 




• 相對於接地的射極 , 集極電壓為 

– V CE 

=V CC 

− V RC 

• 因為 R C 

上的電壓降為 

– V RC 

= I C 

R C 

• 集極的電壓可表示為 

– V CE 

= V CC 

− I C 

R C 

– 其中 I C 

= β DC 

I B 

。 

• 逆向偏壓的集極 - 基極接面上的電壓為 

– V CB 

=V CE 

− V BE 

14 

7



例題 4-2 

• 試求圖 4-9 電路的 I B 

、I E 

、I C 

、V BE 

、V CB 

和 V CE 

。假設電 

晶體 β DC 

=150。 

15 



例題 4-2 解 

• 由公式 4-3 可知 V BE 

≅ 0.7V。基極、集極和射極電流可以 

計算如下 : 

I 

B 

V 

= 

BB 

−V 

R 

B 

BE 

5V - 0.7V 

= 

10kΩ 

= 430μA 

– I C 

= β DC 

I B 

= (150)(430μA) = 64.5mA 

– I E 

= I C 

+ I B 

= 64.5mA+430μA = 64.93mA 

• V CE 

和 V CB 

可以如下計算 : 

– V CE 

= V CC 

− I C 

R C 

= 10V −(64.5mA)(100Ω) = 10V − 6.45V = 3.55V 

– V CB 

= V CE 

− V BE 

= 3.55V − 0.7V = 2.85V 

• 既然集極電壓比基極電壓高 , 集極基極接面為逆向偏 

壓。 

16 

8

集極特性曲線 (1) 

(Collector Characteristic Curves) 



依照某個 I B 

值 ,I C 

對應 V CE 

的集極曲線 

17 

集極特性曲線 (2) 



依照不同的 I B 

值 (I B1 

例題 4-3 



• 圖 4-11 電路的 I B 

由 5μA 增加到 25μA, 每次的增加量是 

5μA, 試畫出理想狀況下的集極曲線系列。假設 β DC 

=100 且 V CE 

不會超過崩潰電壓。 

使用 I C 

=β DC 

I B 

關係 

式 , 可以計算 I C 

值 

19 



截止 (Cutoff) 

• 截止 : 集極漏電流 (I CEO 

) 相當小且通常都予以忽略。基 

極 - 射極和基極 - 集極接面都是逆向偏壓。 

• 當 I B 

=0, 電晶體是在截止 (cutoff) 區 

20 

10



飽和 (Saturation) 

• 飽和 :V BB 

增加導致 I B 

增加 , 因此 I C 

也增加 , 且因為 R C 

的電壓降增加所以 V CE 

減少。當電晶體到達飽和時 , 即 

使 I B 

繼續增加 I C 

將無法再增加。 

• 基極 - 射極和基極 - 集極接面都順向偏壓。 

21 



直流負載線 (DC Load Line) 

• 理論上 , 當 V CE 

超過 0.7V 時 , 

基極 - 集極接面會成逆向偏壓 

, 而電晶體會進入它的作用 

區間 (active) 或線性 (linear) 工 

作區。 

• 將直流負載線畫在集極特性 

曲線上 , 可以顯示截止與飽 

和條件。 

22 

11

例題 4-4 



• 試判斷圖 4-16 的電晶體是否處於飽和狀態。假設 

V CE(sat) 

=0.2V。 

23 

例題 4-4 解 



• 首先求解 I C(sat) 

。 

I 

V 

−V 

• 現在 , 再來檢驗 I B 

是否足夠大到可以產生 I C(sat) 

。 

I 

• I C 

=β DC 

I B 

=(50)(0.23mA)=11.5mA 

10V − 0.2V 9.8V 

= 

= 

1.0kΩ 

1.0kΩ 

CC CE( 

sat) 

C ( sat) 

= 

= 

RC 

V 

= 

−V 

3V − 0.7V 2.3V 

= = 

10kΩ 

10kΩ 

BB BE 

B 

= 

RB 

0.23mA 

9.8mA 

• 結果顯示此電晶體的 β DC 

可以將基極電流放大為 I C 

, 且此 I C 

超過 

I C(sat) 

。所以電晶體處於飽和狀態 , 而集極電流也不可能達到 

11.5mA。 

• 如果繼續增加 I B 

, 集極電流會保持在飽和電流值。 

24 

12



進一步探討 β DC 

• 在不同溫度下 β DC 

隨著 I C 

變化的情形 

25 

最大電晶體額定值 

(Maximum Transistor Ratings) 



• 若 I C 

是最大值 ,V CE 

可以將公式 4-7 改寫為下列式子再來 

計算 : PD 

V = 

(max) 

CE I 

C 

I 

C 

= 

P 

D(max) 

V 

CE 

最大功率消耗曲線 

26 

13

例題 4-5 



• 某電晶體在 V CE 

=6V 情形下工作。如果最大功率額定值 

是 250mW, 則此電晶體所能承受的最大集極電流是多 

少 

• 解 

I 

C 

= 

P 

V 

D(max) 

CE 

= 

250mW 

6V 

= 41.7mA 

• 請記得這不必然是最大 I C 

。只要沒有超過 P D(max) 

, 如果 

V CE 

降低 , 電晶體可以承受更大集極電流。 

27 



P D(max) 

的額降 (Derating P D(max) 

) 

• 例題 4-7 : 某電晶體 25℃ 時 P D(max) 

=1W。額降因數是 

5mW/℃。試求 70℃ 時的 P D(max) 

。 

• 解 

– P D(max) 

的減少量為 

– ΔP D(max) 

= 

(5mW/℃)(70℃ − 25℃) = (5mW/℃)(45℃) = 225mW 

– 所以 ,70℃ 時的 P D(max) 

等於 1W − 225mW = 775mW 

28 

14

電晶體特性資料表 

(Transistor Data Sheet) 



29 

4-4 BJT 當作放大器 

(The BJT As an Amplifier) 



• 直流和交流數據 (DC and AC Quantities) 

– 直流數據通常是大寫羅馬字母 ( 非斜體 ) 的下標符號 

• 例如 I B 

、I C 

和 I E 

代表直流電晶體電流 

• V BE 

、V CB 

和 V CE 

是電晶體端點到端點間的直流電壓 

• V B 

、V C 

和 V E 

是電晶體端點到接地間的直流電壓 

– 交流和所有隨著時間變化的數值 , 通常帶有小寫的斜 

體下標符號 

• 例如 I b 

、I c 

和 I e 

是交流電晶體電流 

• V be 

、V cb 

和 V ce 

是電晶體端點到端點間的交流電壓 

• V b 

、V c 

和 V e 

是電晶體端點接地間的交流電壓 

30 

15

電晶體放大作用 (1) 

(Transistor Amplification) 



反相輸出電壓 

基本電晶體放大器電路 

31 




• 順向偏壓的基極 - 射極接面對於交流訊號呈現很低的阻 

抗。這個內部交流射極阻抗標示為 r′ e 

• 在圖 4-21(a) 中 , 交流射極電流為 

Vb 

Ie 

≅ Ic 

= 

r' 

e 

• 交流集極電壓 V C 

等於在 R C 

上的交流電壓降 

– V c 

= I c 

R C 

• 既然 I c 

≅I e 

, 交流集極電壓為 

– V c 

≅ I e 

R C 

32 

16




• V b 

可以視為電晶體的交流輸入電壓 , 此時 V b 

=V in 

− I b 

R B 

。V c 

可以視為電晶體的交流輸出電壓。 

• V c 

和 V b 

的比值 , 即是電晶體電路的交流電壓增益 

Vc 

A 

V 

= 

V 

b 

• 以 I e 

R C 

替代 V c 

, 以及 I e 

r′ e 

取代 V b 

, 就可產生 

A 

V 

V 

= 

V 

c 

b 

IeR 

≅ 

I r' 

• 消去 I e 

項 , 就得 

e 

C 

e 

A 

V 

R 

≅ 

r' 

C 

e 

33 

例題 4-9 



• 如果 r′ e 

=50Ω, 試求圖 4-22 電路的電壓增益與交流輸出 

電壓。 

• 解電壓增益等於 

A 

V 

≅ 

R 

r' 

C 

e 

1kΩ 

= 

50Ω 

= 20 

• 所以 , 交流輸出電壓為 

V OUT 

= A v 

V b 

=(20)(100mV) 

= 2V rms 

34 

17

4-5 BJT 當作開關 

(The BJT As a Switch) 



• 理想狀況下電晶體開關動作 

截止時 , 等於打開開關 

飽和時 , 等於將開闗閉合 

35 

4-5 電晶體當作開關 (2) 



• 截止的條件 (Conditions in Cutoff) 

– 當基極 - 射極接面不是順向偏壓時 , 電晶體就是在截止區 

– V CE(cutoff) 

= V CC 

• 飽和的條件 (Conditions in Saturation) 

– 當基極 - 射極接面為順向偏壓時 , 而且有足夠的基極電流產生 

最大的集極電流 , 這時電晶體就處於飽和狀態 

I 

C(sat) 

V 

= 

CC 

−V 

R 

CE(sat) 

C 

– 因為 V CE(sat) 

和 V CC 

比較起來很小 , 所以通常可以忽略。因此達 

到飽和所需要的最小基極電流為 

IC 

I = 

(sat) 

B(min) β 

I B 

應該遠大於 I B(min) 

, 才能讓電晶 

DC 體到達飽和 

36 

18

例題 4-10 



(a) 對圖 4-24 電晶體電路而言 , 當 V IN 

=0V 時 V CE 

為多少 

(b) 如果 β DC 

=200, 要使此電晶體飽和所需的 I B 

最小值為何 

假設 V CE(sat) 

可以忽略。 

(c) 當 V IN 

=5V, 試計算 R B 

的最大值。 

解 

(a) 當 V IN 

=0V, 電晶體截止 ( 像一個 

開路的開關 ) 且 V CE 

= V CC 

= 10V 

37 

例題 4-10 解 



• (b) 因為 V CE(sat) 

可以忽略 , 也就是可以假設其值為 0V 

I 

V 

10V 

= 

1kΩ 

CC 

C ( sat) 

= = 

RC 

10mA 

B(min) 

I 

= 

β 

這是使電晶體處於飽和點所需的 I B 

。 

C(sat) 

10mA 

= = 50μA 

200 

– I B 

繼續增加 , 會將電晶體推向更深的飽和區 , 但是 I C 

不會增加 

• (c) 當電晶體導通 ,V BE 

≅ 0.7V。R B 

的電壓降為 

V RB 

= V IN 

− V BE 

≅ 5V − 0.7V=4.3V 

根據歐姆定律 ,I B 

最小值等於 50μA 的條件下 ,R B 

的最 

大值是 

VR 

4.3V 

B 

RB(max) 

= = = 86kΩ 

I 50μA 

B(min) 

I 

DC 

38 

19

電晶體開關的一個簡單應用 

(A Simple Application of a Transistor Switch) 



• 將電晶體當作 LED 的開關 

39 

例題 4-11 



• 圖 4-25 的 LED 需要 30mA 才能放出足夠的光度。 

• 所以集極電流應該大約為 30mA。根據下列電路元件值 

, 計算出使電晶體飽和所需要的輸入方波振幅。 

– V CC 

=9V,V CE(sat) 

=0.3V,R C 

=270Ω,R B 

=3.3kΩ, 和 

β DC 

=50。 

• 為確保電晶體進入飽和狀態 , 設定基極電流為飽和狀 

態所需最小電流的兩倍。 

40 

20

例題 4-11 解 



I 

I 

CC 

C( sat) 

= 

= 

B(min) 

V −VCE 

(sat 

) 9V − 0.3V 

= 

RC 

270Ω 

I C (sat) 32.2mA 

= = = 644μA 

β 50 

DC 

32.2mA 

• 為確保進入飽和狀態 ,I B 

設定為 I B(min) 

的兩倍 , 即 

1.29mA。因此 

VR 

Vin 

−VBE 

Vin 

− 0.7V 

B 

I 

B 

= = = 

R R 3.3kΩ 

• 所以可以如下求得輸入方波的電壓振幅。 

– V IN 

–0.7V = 2I B(min) 

R B 

= (1.29mA)(3.3kΩ) 

– V IN 

= (1.29mA)(3.3kΩ) + 0.7V = 4.96V 

B 

B 

41 

4-6 光電晶體 (The Phototransistor)-1 



• 在光電晶體中 , 當光線撞擊半導體基極之光敏感區時 , 會 

產生基極電流 

– 在集極 - 基極 pn 接面 , 透過電晶體包裝上裝有鏡片的開 

口 , 接收入射的光線 

– 當沒有入射光線時 , 只有因熱擾動而產生集極 - 射極之 

間很小的漏電流 I CEO ; 暗電流 (dark current) 通常只有 

nA 的大小範圍。 

– 當光照射在集極 - 基極 pn 接面 , 會依光的強度成正比地 

產生基極電流 I λ 。這個動作產生一個隨增加 I λ 的集極 

電流。 

IC = β 

DCI λ 

42 

21




典型的光電晶體結構 

43 




44 

22




• 光電晶體並不是對所有光都能感應 , 而是只 

對某特定波長範圍內的光線才能感應。它們 

尤其對光譜中紅色與紅外線部分的特定波長 

的光線最為敏感 

45 

光電晶體應用電路 



46 

23

光耦合器 (Optocoupler) 



• 光耦合器利用 LED 與光學二極體或光電晶體形成光耦合 

• 光耦合器可用來隔離與電壓或電流不相容的電路區域。 

例如 , 當醫院裡的病人身上接有監視器或其他儀器時 , 

可用光耦合器來保護病人不受電擊。它也可用於 , 從帶 

有雜訊的電源供應電路或高電流馬達與機械電路中 , 獨 

立出低電流控制或訊號電路。 

47 

光耦合器 (Optocoupler) 



• 光耦合器裡最主要的參數是 CTR(current transfer ratio, 

電流轉換率 ) 

– CTR 指的是信號從輸入端耦合到輸出端的效率 , 以 LED 電流變 

化與光電二極體或光電晶體之對應電流變化的比值來表示。 

48 

24

4-7 電晶體的封裝和接腳識別 



(Transistor Packages and Terminal Identification) 

• 電晶體的類型 (Transistor Categories) 

– 一般用途 / 小訊號電晶體 (General-Purpose/Small- 

Signal Transistors) 

• 一般用途 / 小訊號電晶體通常是使用在低功或中等功率的 

放大器或是開關電路中 

一般用途與小訊號電晶體的塑膠外殼。接腳的排列方式可能改變 

49 



4-7 電晶體的封裝和接腳識別 (2) 

一般用途與小訊號電晶體的金屬外殼 

接腳的排列方式可能改變。使用前請查閱特性資料表。 

50 

25




一般多電晶體封裝。 

51 




– 功率電晶體 (Power Transistors) 

• 功率電晶體是用來處理大電流 ( 通常超過 1A) 以及高電壓的 

狀況。舉例來說 , 立體音響系統的後級音頻放大器就是使 

用電晶體放大器 , 來驅動揚聲器。 

52 

26




– 射頻電晶體 (RF Transistors) 

• RF 電晶體是設計工作在非常高頻的狀況下 , 通常使用在通 

訊系統的各種用途以及一些高頻應用方面 

53 



使用數位三用電表測試 npn 電晶體 

54 

27

重要詞彚 



• 雙極接面電晶體 (BJT, bipolar junction transistor) 

• 射極 (Emitter) 

• 基極 (Base) 

• 集極 (Collector) 

• 偏壓 (Bias) 

• Beta 值 

• 增益 (Gain) 

• 飽和 (Saturation) 

• 線性 (Linear) 

• 截止 (Cutoff) 

• 放大 (Amplification) 

55 

28

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