三極管特性曲線

1、三極管特性曲線第1頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日2 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UBE與由它所產(chǎn)生的基極電流IB之間的關(guān)系。（1）UCE = 0時相當于集電極與發(fā)射極短路，此時，IB和UBE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。 因為此時JE和JC均正偏，IB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。 一、輸入特性曲線第2頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日3輸入特性曲線簇第3頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日4（2）UCE1V 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)

2、射區(qū)進入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成Ic。 同時，在相同的UBE值條件下，流向基極的電流IB減小，即特性曲線右移， 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b、e間是正向偏置的PN結(jié)（放大模式下）第4頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日5 特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB 實驗線路第5頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日6一、輸入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2

3、V。第6頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日7二、輸出特性曲線 輸出特性通常是指在一定的基極電流IB控制下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE同集電極電流Ic的關(guān)系。 現(xiàn)在我們所見的是共射輸出特性曲線表示以IB為參變量時，Ic和UCE間的關(guān)系： 即 Ic= f(UCE)|IB = 常數(shù) 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)： 放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)第7頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日8二、輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)

4、（放大區(qū)）。 當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。第8頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。第9頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日10IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 第12頁，共42頁，2022年

5、，5月20日，0點6分，星期日131、截止區(qū)： 晶體管工作在截止模式下，有： UBE0.7V，UBC 0.7V, UBC IB； 隨著UCE的增加，曲線有些上翹。 此時 : IcIB，管子在放大區(qū)具有很強的電流放大作用。 第14頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日15 結(jié)論： 在放大區(qū)，UBE 0.7V，UBCIB，具有很強的電流放大作用！第15頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日163、飽和區(qū)： 晶體管工作在飽和模式下： UBE0.7V，UBC0，即：Je、Jc均正偏。 特點：曲線簇靠近縱軸附近，各條曲線的上升部分十分密集，幾乎重疊在一起，可以看出： 當

6、IB 改變時，Ic 基本上不會隨之而改變。 晶體管飽和的程度將因IB和Ic的數(shù)值不同而改變，第16頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日17一般規(guī)定： 當 UCE=UBE 時的狀態(tài)為臨界飽和（VCB=0） 當 UCEUBE 時的狀態(tài)為過飽和； 飽和時的UCE用UCES表示，三極管深度飽和時UCES很小，一般小功率管的UCES 0.3V，而鍺管的UCES 0.1V，比硅管還要小。第17頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日184、擊穿區(qū) 隨著UCE增大，加在JE上的反向偏置電壓UCB相應(yīng)增大。 當UCE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Ic劇增

7、，這一特性表現(xiàn)在輸出特性圖上則為擊穿區(qū)域。 造成擊穿的原因： 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)生特有的穿通擊穿，即：當UCE增大時，UCB相應(yīng)增大，導(dǎo)致集電結(jié)Jc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)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，呈現(xiàn)類似擊穿的現(xiàn)象。 三極管的反向擊穿主要表現(xiàn)為集電結(jié)的雪崩擊穿。第18頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日195、晶體管三極管的工作特點如下：（1）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

8、，而且始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)。（2）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)。第19頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日20（3）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），因此放大后的波形仍有一定程度的非線性失真。（4）由于三極管是一個非線性元件，其各項參數(shù)（如、rbe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。

9、第20頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日21三、溫度對晶體管特性的影響 由于三極管也是由半導(dǎo)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)在以下三個方面： 1、溫度對UBE的影響：輸入特性曲線隨溫度升高向左移，這樣在IB不變時，UBE將減小。UBE隨溫度變化的規(guī)律與二極管正向?qū)妷阂粯?，即：溫度每升?，UBE減小22.5mV。 2、溫度對ICBO的影響：ICBO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10，ICBO約增大一倍。第21頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日22 3、溫度對的影響：晶體管的電流放大系數(shù)隨溫

10、度升高而增大，變化規(guī)律是：每升高1，值增大0.51%。 在輸出特性曲線上，曲線間的距離隨溫度升高而增大。 總之： 溫度對UBE、ICBO和 的影響反映在管子上的集電極電流 Ic上，它們都是使 Ic隨溫度升高而增大，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。第22頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日23 四、三極管的開關(guān)工作特性： （輪流工作在飽和模式和截止模式下） 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)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)轱柡偷倪^渡過程中，是瞬間即逝的， 因此對

11、開關(guān)管，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）第23頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日24 如右圖電路中： 當UI=0時， 晶體管截止 當UI=3V時，晶體管飽和導(dǎo)通。IBIC第24頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日25 飽和導(dǎo)通條件及飽和時的特點： 條件：三極管臨界飽和時 UCE=UCES , Ic=ICS , IB=IBS 由上面電路知 ： 其中UCES很小 ！第25頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日26 在工作中，若三極管的基極電流IB大于臨界飽和時的IBS，則晶體管T導(dǎo)通，即 當 : 時，T 導(dǎo)通

12、特點：由輸入和輸出特性知：對硅管來說，飽和導(dǎo)通后，UBE=UBES= 0.7V，UCE= UCES0.3V，如同閉合的開關(guān)。第26頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日27 截止條件及截止時的特點： 條件：UBEUON= 0.5V，VON為硅管發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓。 由三極管的輸入特性知道，當UBE 0.5V時，管子基本上截止的，所以，在數(shù)字電路的分析估算中，常把UBEU(BR)CEO（3）集電極最大允許功率損耗PCM：PCM = IcUCE PCM決定于管子允許的溫升，管子在使用時的功耗不能超過PCM，而且要注意散熱，Si管為150，Ge管為70即為上限溫度。第36頁，共42頁，

13、2022年，5月20日，0點6分，星期日37 集電極最大允許功耗PCM 集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以PC 有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)第37頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日38六、晶體三極管的應(yīng)用 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)用電路都是以三極管為核心，配以合

14、適的管外電路組成的。 利用三極管組成的電路可以有： 放大電路、電流源、跨導(dǎo)線性電路、有源電阻、可控開關(guān)等。第38頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日39例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？當USB =-2V時：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū) 第39頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日40例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V時：第40頁，共42頁，2022年，5月20日，0點6分