晶體三極管的伏安特性曲線

1、11-5-3 1-5-3 晶體三極管的伏安特性曲線晶體三極管的伏安特性曲線E 晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與兩個兩個PNPN結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點是能結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點是能直觀，全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。直觀，全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。E 晶體管的特性曲線一般用實驗方法描繪或?qū)Ｓ脙x器晶體管的特性曲線一般用實驗方法描繪或?qū)Ｓ脙x器（如晶體管圖示儀）測量得到。（如晶體管圖示儀）測量得到。E 晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，它

2、的每對端子均有兩個變量（它的每對端子均有兩個變量（端口電壓和電流端口電壓和電流），因此），因此要在平面坐標上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采要在平面坐標上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采用兩組曲線簇，我們最常采用的是用兩組曲線簇，我們最常采用的是輸入特性曲線簇輸入特性曲線簇和和輸輸出特性曲線簇。出特性曲線簇。2E 輸入特性是指三極管輸入回路中，加在基輸入特性是指三極管輸入回路中，加在基極和發(fā)射極的電壓極和發(fā)射極的電壓U UBEBE與由它所產(chǎn)生的基極電與由它所產(chǎn)生的基極電流流I IB B之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。E（1 1）U UCE CE = 0= 0時相當于集電極與發(fā)射極短路，時相當于集電

3、極與發(fā)射極短路，此時，此時，I IB B和和U UBEBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個正向二極管并聯(lián)的伏安特性。正向二極管并聯(lián)的伏安特性。E 因為此時因為此時J JE E和和J JC C均正偏，均正偏，I IB B是發(fā)射區(qū)和集電是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別向基區(qū)擴散的電子電流之和。區(qū)分別向基區(qū)擴散的電子電流之和。 一、輸入特性曲線一、輸入特性曲線34E（2 2）U UCECE1V 1V 即：給集電結(jié)加上固定的反向即：給集電結(jié)加上固定的反向電壓，集電結(jié)的吸引力加強！使得從發(fā)射區(qū)進入電壓，集電結(jié)的吸引力加強！使得從發(fā)射區(qū)進入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成基區(qū)的電子絕大部分流向

4、集電極形成I Ic c。E 同時，在相同的同時，在相同的U UBEBE值條件下，流向基極的值條件下，流向基極的電流電流I IB B減小，即特性曲線右移，減小，即特性曲線右移， E 總之，晶體管的輸入特性曲線與二極管的正總之，晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，因為向特性相似，因為b b、e e間是正向偏置的間是正向偏置的PNPN結(jié)結(jié)（放大模式下）（放大模式下）51.3.4 特性曲線特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 實驗線路實驗線路6一、一、輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.

5、7V,鍺鍺管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.2V。7二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線E 輸出特性通常是指在一定的基極電流輸出特性通常是指在一定的基極電流I IB B控制控制下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓U UCECE同同集電極電流集電極電流I Ic c的關(guān)系。的關(guān)系。E 現(xiàn)在我們所見的是共射輸出特性曲線表示以現(xiàn)在我們所見的是共射輸出特性曲線表示以I IB B為參變量時，為參變量時，I Ic c和和U UCECE間的關(guān)系：間的關(guān)系：E 即即 I Ic c= f(U= f(UCE

6、CE)| )|IB = IB = 常數(shù)常數(shù)E 實測的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電實測的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電壓的不同，整個曲線可劃分為四個區(qū)：壓的不同，整個曲線可劃分為四個區(qū)： 放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)8二、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。 當當UCE大于一大于一定的數(shù)值時，定的數(shù)值時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A

7、40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。10IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 131 1、截止區(qū)：、截止區(qū)： 晶體管工作在截止模式下，有：晶體管工作在截止模式下，有： U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC0 0.7V, U 0.7V, UBC BC 0IIB

8、B； 隨著隨著U UCECE的增加，曲線有些上翹。的增加，曲線有些上翹。 此時此時 : : IIc cIIB B，管子在放大區(qū)具有很強的，管子在放大區(qū)具有很強的電流放大作用。電流放大作用。 15 結(jié)論：結(jié)論： 在放大區(qū)，在放大區(qū)，U UBEBE 0.7V 0.7V，U UBCBC 0IIcIB B，具有很強的電流放大作用！，具有很強的電流放大作用！163 3、飽和區(qū)：、飽和區(qū)：E 晶體管工作在飽和模式下：晶體管工作在飽和模式下：E U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC00，即：，即：Je Je、Jc Jc均正偏。均正偏。E 特點：曲線簇靠近縱軸附近，各條曲線的上升特點：曲線簇靠近縱軸

9、附近，各條曲線的上升部分十分密集，幾乎重疊在一起，可以看出：部分十分密集，幾乎重疊在一起，可以看出： 當當 I IB B 改變時，改變時，Ic Ic 基本上不會隨之而改變?；旧喜粫S之而改變。E 晶體管飽和的程度將因晶體管飽和的程度將因I IB B和和Ic Ic的數(shù)值不同而改變，的數(shù)值不同而改變，17E一般規(guī)定：一般規(guī)定： 當當 U UCECE=U=UBE BE 時的狀態(tài)為時的狀態(tài)為臨界飽和臨界飽和（V VCBCB=0=0） 當當 U UCECEU UBE BE 時的狀態(tài)為時的狀態(tài)為過飽和過飽和；E 飽和時的飽和時的U UCECE用用U UCESCES表示，三極管深度飽和時表示，三極管深度飽

10、和時U UCESCES很小，一般小功率管的很小，一般小功率管的U UCESCES 0.3V0.3V，而鍺管的，而鍺管的U UCESCES 0.1V0.1V，比硅管還要小。，比硅管還要小。184 4、擊穿區(qū)、擊穿區(qū)E 隨著隨著U UCECE增大，加在增大，加在J JE E上的反向偏置電壓上的反向偏置電壓U UCBCB相應(yīng)增大。相應(yīng)增大。E 當當U UCECE增大到一定值時，集電結(jié)就會發(fā)生反向擊穿，造成集電極電增大到一定值時，集電結(jié)就會發(fā)生反向擊穿，造成集電極電流流Ic Ic劇增，這一特性表現(xiàn)在輸出特性圖上則為擊穿區(qū)域。劇增，這一特性表現(xiàn)在輸出特性圖上則為擊穿區(qū)域。E 造成擊穿的原因：造成擊穿的原

11、因：E 由于集電結(jié)是輕摻雜的，產(chǎn)生的反向擊穿主要是雪崩擊穿，擊穿由于集電結(jié)是輕摻雜的，產(chǎn)生的反向擊穿主要是雪崩擊穿，擊穿電壓較大。除此之外，在基區(qū)寬度很小的三極管中，還會發(fā)生特有電壓較大。除此之外，在基區(qū)寬度很小的三極管中，還會發(fā)生特有的穿通擊穿，即：當?shù)拇┩〒舸矗寒擴 UCECE增大時，增大時，U UCBCB相應(yīng)增大，導致集電結(jié)相應(yīng)增大，導致集電結(jié)Jc Jc的阻的阻擋層寬度增寬，直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇，基區(qū)消失，這時發(fā)射區(qū)擋層寬度增寬，直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇，基區(qū)消失，這時發(fā)射區(qū)的多子電子將直接受集電結(jié)電場的作用，引起集電極電流迅速增大，的多子電子將直接受集電結(jié)電場的作用，引起集電極電流

12、迅速增大，呈現(xiàn)類似擊穿的現(xiàn)象。呈現(xiàn)類似擊穿的現(xiàn)象。E 三極管的反向擊穿主要表現(xiàn)為集電結(jié)的雪崩擊穿。三極管的反向擊穿主要表現(xiàn)為集電結(jié)的雪崩擊穿。19三極管三極管PNPN結(jié)三種偏置方式組合結(jié)三種偏置方式組合205 5、晶體管三極管的工作特點如下：、晶體管三極管的工作特點如下：E（1 1）為了在放大模式信號時不產(chǎn)生明顯的失真，）為了在放大模式信號時不產(chǎn)生明顯的失真，三極管應(yīng)該工作在輸入特性的線性部分，而且始三極管應(yīng)該工作在輸入特性的線性部分，而且始終工作在輸出特性的放大區(qū)，任何時候都不能工終工作在輸出特性的放大區(qū)，任何時候都不能工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。作在截止區(qū)和飽和區(qū)。E（2 2）為了保證三極管工作

13、在放大區(qū)，在組成放）為了保證三極管工作在放大區(qū)，在組成放大電路時，外加的電源的極性應(yīng)使三有管的發(fā)射大電路時，外加的電源的極性應(yīng)使三有管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)則處于反向偏置狀結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)則處于反向偏置狀態(tài)。態(tài)。21E（3 3）即使三極管工作在放大區(qū)，由于其輸入，）即使三極管工作在放大區(qū)，由于其輸入，輸出特性并不完全理想（表現(xiàn)為曲線而非直線），輸出特性并不完全理想（表現(xiàn)為曲線而非直線），因此放大后的波形仍有一定程度的非線性失真。因此放大后的波形仍有一定程度的非線性失真。E（4 4）由于三極管是一個非線性元件，其各項參）由于三極管是一個非線性元件，其各項參數(shù)（如數(shù)（如 、r

14、rbebe等）都不是常數(shù)，因此在分析三極管等）都不是常數(shù)，因此在分析三極管組成的放大電路時，不能簡單地采用線性電路的組成的放大電路時，不能簡單地采用線性電路的分析方法。而放大電路的基本分析方法是圖解法分析方法。而放大電路的基本分析方法是圖解法和微變等效電路（小信號電路分析）法。和微變等效電路（小信號電路分析）法。22三、溫度對晶體管特性的影響三、溫度對晶體管特性的影響E 由于三極管也是由半導體材料構(gòu)成，和二極管一樣，由于三極管也是由半導體材料構(gòu)成，和二極管一樣，溫度對晶體管的特性有著不容忽視的影響。表現(xiàn)在以下溫度對晶體管的特性有著不容忽視的影響。表現(xiàn)在以下三個方面：三個方面：E 1 1、溫度對

15、、溫度對U UBEBE的影響：輸入特性曲線隨溫度升高向的影響：輸入特性曲線隨溫度升高向左左移，這樣在移，這樣在I IB B不變時，不變時，U UBEBE將減小。將減小。U UBEBE隨溫度變化的規(guī)隨溫度變化的規(guī)律與二極管正向?qū)妷阂粯?，即：溫度每升高律與二極管正向?qū)妷阂粯?，即：溫度每升?1，U UBEBE減小減小2 22.5mV2.5mV。E 2 2、溫度對、溫度對I ICBOCBO的影響：的影響：I ICBOCBO是集電結(jié)的反向飽和電流，是集電結(jié)的反向飽和電流，它隨溫度變化的規(guī)律是：溫度每升高它隨溫度變化的規(guī)律是：溫度每升高1010，I ICBOCBO約增大約增大一倍。一倍。23E

16、3 3、溫度對、溫度對 的影響：晶體管的電流放大系數(shù)的影響：晶體管的電流放大系數(shù) 隨溫度升高而增大，變化規(guī)律是：每升高隨溫度升高而增大，變化規(guī)律是：每升高11， 值增大值增大0.50.51%1%。E 在輸出特性曲線上，曲線間的距離隨溫度升在輸出特性曲線上，曲線間的距離隨溫度升高而增大。高而增大。E 總之：總之： 溫度對溫度對U UBEBE、I ICBOCBO和和 的影響反映在管的影響反映在管子上的集電極電流子上的集電極電流 Ic Ic上，它們都是使上，它們都是使 Ic Ic隨溫度升隨溫度升高而增大，這樣造成的后果將在后面的放大電路高而增大，這樣造成的后果將在后面的放大電路的穩(wěn)定及反饋中詳細討論

17、。的穩(wěn)定及反饋中詳細討論。24 四、三極管的開關(guān)工作特性：四、三極管的開關(guān)工作特性：E （輪流工作在飽和模式和截止模式下）（輪流工作在飽和模式和截止模式下）E 三極管的開關(guān)特性在數(shù)字電路中用得非常廣三極管的開關(guān)特性在數(shù)字電路中用得非常廣泛，是數(shù)電路中最基本的開關(guān)元件，通常不是泛，是數(shù)電路中最基本的開關(guān)元件，通常不是工作在飽和區(qū)就是工作在截止區(qū)，而放大區(qū)只工作在飽和區(qū)就是工作在截止區(qū)，而放大區(qū)只是出現(xiàn)在三極管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂够蛴山刂棺兪浅霈F(xiàn)在三極管由飽和區(qū)變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)轱柡偷倪^渡過程中，是瞬間即逝的，為飽和的過渡過程中，是瞬間即逝的，E 因此對開關(guān)管，我們要特別注意其開關(guān)條件因此對開關(guān)管，

18、我們要特別注意其開關(guān)條件和它在開關(guān)狀態(tài)下的工作特點。（重點在結(jié)論）和它在開關(guān)狀態(tài)下的工作特點。（重點在結(jié)論）25p 如右圖電路中：如右圖電路中：p 當當U UI I=0=0時，時， 晶體晶體管截止管截止p 當當U UI I=3V=3V時，晶時，晶體管飽和導通。體管飽和導通。Rb20kRc1k3v000VoViVCCIBIC26 飽和導通條件及飽和時的特點：飽和導通條件及飽和時的特點： 條件：三極管臨界飽和時條件：三極管臨界飽和時 U UCECE=U=UCES CES , Ic=I, Ic=ICS CS , I, IB B=I=IBSBS 由上面電路知由上面電路知 ： 其中其中U UCESCES

19、很小很小 ！CCCSBSCCCCESCCSRELIRERUEI. 27 在工作中，若三極管的基極電流在工作中，若三極管的基極電流I IB B大于臨界飽和時大于臨界飽和時的的I IBSBS，則晶體管，則晶體管T T導通，即導通，即 當當 : : 時，時，T T 導通導通 特點：由輸入和輸出特性知：對硅管來說，飽和特點：由輸入和輸出特性知：對硅管來說，飽和導通后，導通后，U UBEBE=U=UBESBES= 0.7V= 0.7V，U UCECE= U= UCESCES0.3V0.3V，如同閉如同閉合的開關(guān)。合的開關(guān)。CCBSBREII 28 截止條件及截止時的特點：截止條件及截止時的特點：p 條件

20、：條件：U UBEBEUUONON= 0.5V= 0.5V，V VONON為硅管發(fā)射結(jié)的死為硅管發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓。區(qū)電壓。p 由三極管的輸入特性知道，當由三極管的輸入特性知道，當U UBE BE 0.5V 0.5V時，管時，管子基本上截止的，所以，在數(shù)字電路的分析估算子基本上截止的，所以，在數(shù)字電路的分析估算中，常把中，常把U UBEBE 0.5VUU(BR)CEO(BR)CEO（3 3）集電極最大允許功率損耗）集電極最大允許功率損耗P PCMCM：P PCM CM = I= Ic cUUCECE P PCMCM決定于管子允許的溫升，管子在使用時的功決定于管子允許的溫升，管子在使用時的功耗不能

21、超過耗不能超過P PCMCM，而且要注意散熱，而且要注意散熱，Si Si管為管為150150，GeGe管為管為7070即為上限溫度。即為上限溫度。38 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：PC =ICUCE 必定導致結(jié)溫必定導致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)39六、晶體三極管的應(yīng)用六、晶體三極管的應(yīng)用p 作為三端器件的晶體三極管是伏安特性為非線性的有作為三端器件的晶體三極管是伏安特性為非線性的有源器

22、件，工作在放大區(qū)時具有正向受控作用，等效為一個源器件，工作在放大區(qū)時具有正向受控作用，等效為一個受控電流源，而工作在飽和區(qū)和截止區(qū)時具有可控開關(guān)特受控電流源，而工作在飽和區(qū)和截止區(qū)時具有可控開關(guān)特性。這種非線性和可控性（正向受控和可控開關(guān)）是實現(xiàn)性。這種非線性和可控性（正向受控和可控開關(guān)）是實現(xiàn)眾多功能電路的基礎(chǔ)，或者說，眾多的應(yīng)用電路都是以三眾多功能電路的基礎(chǔ)，或者說，眾多的應(yīng)用電路都是以三極管為核心，配以合適的管外電路組成的。極管為核心，配以合適的管外電路組成的。p 利用三極管組成的電路可以有：利用三極管組成的電路可以有：p 放大電路、電流源、跨導線性電路、有源電阻、可控開放大電路、電流源、跨導線性電路、有源電阻、可控開關(guān)等。關(guān)等。40首先求出基極電流?bi然后求出臨界飽和時基極電流：?bsIbsbIi 三極管工作在飽和狀態(tài)，大的越多，飽和的大的越多，飽和的越深。越深。bsbIi 三極管工作在放大狀態(tài)0beV三極管工作在截止狀態(tài)41例：例： =50， USC =