雙極性接面電晶體(BJT)

電流增益(beta)

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電流增益回答一個問題:集極電流比起控制它的基極電流大多少?這個比值我們叫做 beta(希臘字母),在規格書上通常印成 hFE。若 beta 是 150,則 1 微安進基極會在集極產生 150 微安。它就是水龍頭比喻裡的倍率——把手每動一單位,大水流放大多少。

正式地說,對直流(穩態)電流而言 beta = Ic / Ib。一個密切相關的數是 alpha,即射極電流抵達集極的比例:alpha = Ic / Ie,總是略小於 1(例如 0.99)。兩者由 beta = alpha / (1 - alpha) 連結;alpha 為 0.99 對應 beta 為 99。舉例:beta = 100 的電晶體被 22 微安基極電流驅動時,集極應通過約 2.2 mA。beta 是無單位的純數——它只是計算每個基極電子值多少個集極電子。

以下是好工程師奉行的誠實原則:beta 並不可靠。同一型號的兩顆電晶體,beta 可能從 100 變動到 300;溫度升高它會變大;電流極高或極低它會下降。所以一個依賴 beta 為精確值的設計是糟糕的設計。整個偏壓的藝術(搭配射極電阻的分壓偏壓)就是要讓電路安排成:只要 beta 夠大,工作點幾乎不在乎它到底是多少。把 beta 當成「很大,但我不知道確切多大」,並據此設計。

從零件盒拿一顆 2N3904,其規格書承諾 10 mA 時 hFE 介於 100 到 300——足足三倍的散布。若你的 LED 切換電路只在 beta 剛好高於 200 時才動作,那麼有四分之一的零件會失效。設計成 beta = 50 也能動,它就對每一顆都能動。

要為最壞情況(最低)的 beta 設計,絕不為典型值設計。

其實有兩個 beta:偏壓用的直流 beta(hFE = Ic/Ib),與訊號增益用的交流 beta(hfe = Ic 微小變化除以 Ib 微小變化)。兩者相近但不相同,混淆它們會絆倒許多初學者。

又称
betahFEβcurrent amplification factor電流放大率