晶體三極管的伏安特性曲線

晶體三極管的伏安特性曲線演示文稿1目前一頁\總數(shù)四十三頁\編于九點優(yōu)選晶體三極管的伏安特性曲線2目前二頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

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的關系就是發(fā)射結和集電結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3目前三頁\總數(shù)四十三頁\編于九點輸入特性曲線簇4目前四頁\總數(shù)四十三頁\編于九點（2）UCE≥1V即：給集電結加上固定的反向電壓，集電結的吸引力加強！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（放大模式下）5目前五頁\總數(shù)四十三頁\編于九點1.3.4

特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

實驗線路6目前六頁\總數(shù)四十三頁\編于九點一、輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。7目前七頁\總數(shù)四十三頁\編于九點二、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)8目前八頁\總數(shù)四十三頁\編于九點二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關，IC=IB。9目前九頁\總數(shù)四十三頁\編于九點IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。10目前十頁\總數(shù)四十三頁\編于九點IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。11目前十一頁\總數(shù)四十三頁\編于九點輸出特性曲線簇12目前十二頁\總數(shù)四十三頁\編于九點輸出特性三個區(qū)域的特點:放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

13目前十三頁\總數(shù)四十三頁\編于九點1、截止區(qū)：晶體管工作在截止模式下，有：

UBE<0.7V，UBC<0

所以：IB≤0，IE=IC=0

結論：發(fā)射結Je反向偏置時，晶體管是截止的。14目前十四頁\總數(shù)四十三頁\編于九點2、放大區(qū)晶體管工作在放大模式下:UBE>0.7V,UBC<0，此時特性曲線表現(xiàn)為近似水平的部分，而且變化均勻，它有兩個特點：①Ic的大小受IB的控制；ΔIc>>ΔIB；②隨著UCE的增加，曲線有些上翹。此時:ΔIc>>ΔIB，管子在放大區(qū)具有很強的電流放大作用。15目前十五頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

結論：在放大區(qū)，UBE>0.7V，UBC<0，Je正偏，Jc反偏，Ic隨IB變化而變化，但與UCE的大小基本無關。

ΔIc>>ΔIB，具有很強的電流放大作用！16目前十六頁\總數(shù)四十三頁\編于九點3、飽和區(qū)：晶體管工作在飽和模式下：

UBE>0.7V，UBC>0，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，17目前十七頁\總數(shù)四十三頁\編于九點一般規(guī)定：當UCE=UBE時的狀態(tài)為臨界飽和（VCB=0）當UCE＜UBE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。18目前十八頁\總數(shù)四十三頁\編于九點4、擊穿區(qū)隨著UCE增大，加在JE上的反向偏置電壓UCB相應增大。當UCE增大到一定值時，集電結就會發(fā)生反向擊穿，造成集電極電流Ic劇增，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相應增大，導致集電結Jc的阻擋層寬度增寬，直到集電結與發(fā)射結相遇，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)為集電結的雪崩擊穿。19目前十九頁\總數(shù)四十三頁\編于九點三極管PN結三種偏置方式組合發(fā)射結(be結)集電結(bc結)工作狀態(tài)正偏反偏放大狀態(tài)正偏正偏飽和狀態(tài)反偏反偏截止狀態(tài)20目前二十頁\總數(shù)四十三頁\編于九點5、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使三有管的發(fā)射結處于正向偏置狀態(tài)，集電結則處于反向偏置狀態(tài)。21目前二十一頁\總數(shù)四十三頁\編于九點（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β、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。22目前二十二頁\總數(shù)四十三頁\編于九點三、溫度對晶體管特性的影響

由于三極管也是由半導體材料構成，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)律與二極管正向導通電壓一樣，即：溫度每升高1℃，UBE減小2～2.5mV。

2、溫度對ICBO的影響：ICBO是集電結的反向飽和電流，它隨溫度變化的規(guī)律是：溫度每升高10℃，ICBO約增大一倍。23目前二十三頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

3、溫度對β的影響：晶體管的電流放大系數(shù)β隨溫度升高而增大，變化規(guī)律是：每升高1℃，β值增大0.5～1%。在輸出特性曲線上，曲線間的距離隨溫度升高而增大?？傊簻囟葘BE、ICBO和β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。24目前二十四頁\總數(shù)四十三頁\編于九點四、三極管的開關工作特性：（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，因此對開關管，我們要特別注意其開關條件和它在開關狀態(tài)下的工作特點。（重點在結論）25目前二十五頁\總數(shù)四十三頁\編于九點如右圖電路中：當UI=0時，晶體管截止當UI=3V時，晶體管飽和導通。IBIC26目前二十六頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

①飽和導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??！27目前二十七頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

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導通，即當:時，T導通

特點：由輸入和輸出特性知：對硅管來說，飽和導通后，UBE=UBES=0.7V，UCE=UCES≤0.3V，如同閉合的開關。28目前二十八頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

②截止條件及截止時的特點：

條件：UBE<UON=0.5V，VON為硅管發(fā)射結的死區(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UBE<0.5V作為截止條件。

特點：三極管截止時，IB≈0,Ic≈0，如同斷開的開關。29目前二十九頁\總數(shù)四十三頁\編于九點③簡化電路模型：前面我們講到三極管在飽和模式和截止模式下呈現(xiàn)受控開關特性，那么，它工作在這兩種模式的轉換之下就可實現(xiàn)開關電路，現(xiàn)在我們分別來看一下其飽和模式和截止模式下的等效電路。以共發(fā)射極接法為例：30目前三十頁\總數(shù)四十三頁\編于九點UBES=0.7VUCES0.3V31目前三十一頁\總數(shù)四十三頁\編于九點五、三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)是用來表征管子各方面性能及其運用范圍的指標，可以做為電路設計，調整和使用時的參考。其主要參數(shù)有：

1、電流放大系數(shù)：

直流放大系數(shù)：（以上系數(shù)在討論大幅度信號變化或涉及直流量時使用）32目前三十二頁\總數(shù)四十三頁\編于九點交流放大系數(shù)：（以上系數(shù)在討論小信號的變化量時使用）當基本不變（或在IE的一個相當大的范圍內(nèi)）時，有：33目前三十三頁\總數(shù)四十三頁\編于九點2、極間反向電流：

ICEO=(1+β)ICBO其中:ICBO

指發(fā)射極開路時，集電極與基極間的反向飽和電流;ICEO

又叫ICEO(pt)，指基極開路時，集電極與發(fā)射極間的穿透電流。34目前三十四頁\總數(shù)四十三頁\編于九點3、特征頻率fT

fT是反映晶體管中兩個PN結電容的影響的參數(shù)當輸入信號的頻率增高到一定值后，結電容將起到明顯的作用，使β下降，因此，fT是指使β下降到1時輸入信號的頻率。35目前三十五頁\總數(shù)四十三頁\編于九點BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結反偏有ICBO集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。36目前三十六頁\總數(shù)四十三頁\編于九點4、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM：在Ic的一個很大范圍內(nèi)，β值基本不變，但當Ic超過一定數(shù)值后，β值將明顯下降，此值就是ICM。（2）集電極反向擊穿電壓U(BR)EBO、U(BR)CBO、U(BR)CEO

U(BR)EBO：集電極開路時，射一基極間的反向擊穿電壓，這是發(fā)射結允許的最高反向電壓，一般為1V～幾伏。

37目前三十七頁\總數(shù)四十三頁\編于九點

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集-基極間的反向擊穿電壓，即集電結所允許的最高反向電壓，一般為幾十～幾千伏。

U(BR)CEO：基極開路時，集-射極間的反向擊穿電壓。一般地：U(BR)CBO>U(BR)CEO（3）集電極最大允許功率損耗PCM：PCM=Ic·UCE

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。38目前三十八頁\總數(shù)四十三頁\編于九點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必定導致結溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)39目前三十九頁\總數(shù)四十三頁\編于九點六、晶體三極管的應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，