三极管特性曲线
它的每对端子均有两个变量(端口电压和电流),因此 要在平面坐标上表示晶体三极管的伏安特性,就必须采 用两组曲线簇,我们最常采用的是输入特性曲线簇和输 出特性曲线簇。
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一、输入特性曲线
输入特性是指三极管输入回路中,加在基
极和发射极的电压UBE与由它所产生的基极电 流IB之间的关系。
(1)UCE = 0时相当于集电极与发射极短路,
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③ 简化电路模型:
前面我们讲到三极管在饱和模式和截止模式下 呈现受控开关特性,那么,它工作在这两种模式 的转换之下就可实现开关电路,现在我们分别来 看一下其饱和模式和截止模式下的等效电路。
以共发射极接法为例:
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UCES 0.3V
UBES= 0.7V
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五、三极管的主要参数
三极管的参数是用来表征管子各方面性能及其运 用范围的指标,可以做为电路设计,调整和使用 时的参考。其主要参数有: 1、电流放大系数:
此时,IB和UBE的关系就是发射结和集电结两个 正向二极管并联的伏安特性。
因为此时JE和JC均正偏,IB是发射区和集电
区分别向基区扩散的电子电流之和。
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输入特性 曲线簇
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(2)UCE≥1V 即:给集电结加上固定的反向
电压,集电结的吸引力加强!使得从发射区进入 基区的电子绝大部分流向集电极形成Ic。
现在我们所见的是共射输出特性曲线表示以
IB为参变量时,Ic和UCE间的关系:
即 Ic= f(UCE)|IB = 常数 实测的输出特性曲线如图所示:根据外加电
压的不同,整个曲线可划分为四个区: 放大区、截止区、饱和区、击穿区
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二、输出特性 IC(mA ) 此区域满 4 足IC=IB 3 称为线性 区(放大 区)。 2
2、温度对ICBO的影响:ICBO是集电结的反向饱和电流,
它随温度变化的规律是:温度每升高10℃,ICBO约增大 一倍。
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3、温度对β的影响:晶体管的电流放大系数β
随温度升高而增大,变化规律是:每升高1℃,β 值增大0.5~1%。
在输出特性曲线上,曲线间的距离随温度升
高而增大。
总之: 温度对UBE、ICBO和 β的影响反映在管
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2、极间反向电流:
ICEO = (1+β) ICBO
其中:
ICBO 指发射极开路时,集电极与基极
间的反向饱和电流;ICEO 又叫ICEO(pt),指基极 开路时,集电极与发射极间的穿透电流。
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3、特征频率fT
fT是反映晶体管中两个PN结电容的影响的
参数
当输入信号的频率增高到一定值后,结电
直流放大系数: I C , I C
IE
IB
(以上系数在讨论大幅度信号变化或涉及直流量时使用)
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交流放大系数:
I C I C , I E I B
(以上系数在讨论小信号的变化量时使用) 当 , 基本不变(或在IE的一个相当大的范围内) 时,有:
IB(A)
80
UCE 1V
工作压降: 硅管 UBE0.6~0.7V,锗 管UBE0.2~0.3V。
60 死区电 压,硅管 0.5V,锗 管0.2V。
40 20
0.4
0.8
UBE(V)
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二、输出特性曲线
输出特性通常是指在一定的基极电流IB控制
下,三极管的集电极与发射极之间的电压UCE同 集电极电流Ic的关系。
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1、截止区:
晶体管工作在截止模式下,有: UBE<0.7V,UBC<0 所以: IB ≤ 0,IE = IC = 0 结论: 发射结Je反向偏置时,晶体管是截止的。
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2、放大区
晶体管工作在放大模式下 : UBE > 0.7V, UBC < 0,此时特性曲线表现为 近似水平的部分,而且变化均匀,它有两个 特点: ① Ic的大小受IB的控制;ΔIc>>ΔIB; ② 随着UCE的增加,曲线有些上翘。 此时 : ΔIc>>ΔIB,管子在放大区具有很强的 电流放大作用。
同时,在相同的UBE值条件下,流向基极的
电流IB减小,即特性曲线右移,
总之,晶体管的输入特性曲线与二极管的正
向特性相似,因为b、e间是正向偏置的PN结 (放大模式下)
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1.3.4 特性曲线
IB
IC mA
A
RB V UBE V
EC
UCE
EB
实验线路
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一、输入特性
UCE =0.5V
UCE=0V
当UCE大于一 定的数值时,IC 100A 只与IB有关, IC=IB。 80A
60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
8
1 3
6 9
4
3
2
IC(mA ) 此区域中UCEUBE, 100A 集电结正偏, IB>IC,UCE0.3V 80A 称为饱和区。 60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
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5、晶体管三极管的工作特点如下:
(1)为了在放大模式信号时不产生明显的失真,
三极管应该工作在输入特性的线性部分,而且始 终工作在输出特性的放大区,任何时候都不能工 作在截止区和饱和区。
(2)为了保证三极管工作在放大区,在组成放大
电路时,外加的电源的极性应使三有管的发射结 处于正向偏置状态,集电结则处于反向偏置状态。
容将起到明显的作用,使β下降,因此, fT是
指使β下降到1时输入信号的频率。
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集-射极反向截止电流ICEO
集电结反 偏有ICBO C
ICEO= IBE+ICBO ICEO受温度影响
很大,当温度上 升时,ICEO增加 很快,所以IC也 相应增加。三极 管的温度特性较 差。 根据放大关系, 由于IBE的存 在,必有电流 IBE。
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U(BR)CBO:发射极开路时,集-基极间的反向击穿电 压,即集电结所允许的最高反向电压,一般为几 十~几千伏。
U(BR)CEO:基极开路时,集-射极间的反向击穿电
压。 一般地:U(BR)CBO>U(BR)CEO (3)集电极最大允许功率损耗PCM:PCM = Ic〃UCE PCM决定于管子允许的温升,管子在使用时的功 耗不能超过PCM,而且要注意散热,Si管为150℃, Ge管为70℃即为上限温度。
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集电极最大允许功耗PCM
• 集电极电流IC
IC ICM
安全工作区
流过三极管,
所发出的焦耳 热为:
ICUCE=PCM
PC =ICUCE
• 必定导致结温
上升,所以PC
有限制。
PCPCM
U(BR)CEO
UCE
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六、晶体三极管的应用
作为三端器件的晶体三极管是伏安特性为非线性的有源 器件,工作在放大区时具有正向受控作用,等效为一个受 控电流源,而工作在饱和区和截止区时具有可控开关特性。 这种非线性和可控性(正向受控和可控开关)是实现众多 功能电路的基础,或者说,众多的应用电路都是以三极管 为核心,配以合适的管外电路组成的。 利用三极管组成的电路可以有:
子上的集电极电流 Ic上,它们都是使 Ic随温度升 高而增大,这样造成的后果将在后面的放大电路 的稳定及反馈中详细讨论。
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四、三极管的开关工作特性:
(轮流工作在饱和模式和截止模式下) 三极管的开关特性在数字电路中用得非常广
泛,是数电路中最基本的开关元件,通常不是 工作在饱和区就是工作在截止区,而放大区只 是出现在三极管由饱和区变为截止或由截止变 为饱和的过渡过程中,是瞬间即逝的, 因此对开关管,我们要特别注意其开关条件 和它在开关状态下的工作特点。(重点在结论)
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(3)即使三极管工作在放大区,由于其输入,输
出特性并不完全理想(表现为曲线而非直线), 因此放大后的波形仍有一定程度的非线性失真。
(4)由于三极管是一个非线性元件,其各项参数
(如β、rbe等)都不是常数,因此在分析三极管组 成的放大电路时,不能简单地采用线性电路的分 析方法。而放大电路的基本分析方法是图解法和 微变等效电路(小信号电路分析)法。
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VCC
如右图电路中:
Rc 1k
当UI=0时, 晶体 管截止 当UI=3V时,晶 体管饱和导通。
Vi 3v
0 0
Rb 20k
IB
IC
Vo
0
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① 饱和导通条件及饱和时的特点: 条件:三极管临界饱和时 UCE=UCES , Ic=ICS , 由上面电路知 : IB=IBS
I CS I BS
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② 截止条件及截止时的特点:
条件:UBE<UON= 0.5V,VON为硅管发射结的死 区电压。 由三极管的输入特性知道,当UBE < 0.5V时,管 子基本上截止的,所以,在数字电路的分析估算 中,常把UBE< 0.5V作为截止条件。
特点:三极管截止时,IB ≈ 0 , Ic ≈ 0,如同断开 的开关。
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1 3
6 9
IC(mA )
4 3
2Hale Waihona Puke 1 3 6此区域中 : 100A IB=0,IC=ICEO 80A BE< 死区 ,U 电压,称为 60A 截止区。 40A 20A IB=0 12 UCE(V)
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输出特性曲线簇
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输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区:发射结正偏,集电结反偏。 即: IC=IB , 且 IC = IB (2) 饱和区:发射结正偏,集电结正偏。 即:UCEUBE , IB>IC,UCE0.3V (3) 截止区: UBE< 死区电压, IB=0 , IC=ICEO 0