三极管特性曲线ppt课件

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1、1 1 5 3晶体三极管的伏安特性曲线 晶体管的伏安特性曲线是描述三极管的各端电流与两个PN结外加电压之间的关系的一种形式 其特点是能直观 全面地反映晶体管的电气性能的外部特性 晶体管的特性曲线一般用实验方法描绘或专用仪器 如晶体管图示仪 测量得到 晶体三极管为三端器件 在电路中要构成四端网络 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 2 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 此时

2、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 一 输入特性曲线 3 输入特性曲线簇 4 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 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 5 1 3 4特性曲线 IC V UCE UBE RB IB EC EB 实验线路 6 一 输入特性 工作压降 硅管UBE 0 6

3、 0 7V 锗管UBE 0 2 0 3V 死区电压 硅管0 5V 锗管0 2V 7 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 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 8 二 输出特性 IC mA 此区域满足IC IB称为线性区 放大区 当UCE大于一定的数值时 IC只与IB有关 IC IB 9 此区域中UCE UBE 集电结正偏 IB IC UC

4、E 0 3V称为饱和区 10 此区域中 IB 0 IC ICEO UBE 死区电压 称为截止区 11 输出特性曲线簇 12 输出特性三个区域的特点 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 UCE UBE IB IC UCE 0 3V 3 截止区 UBE 死区电压 IB 0 IC ICEO 0 13 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 14 2 放大区 晶体管工作在放大模式下 UBE 0 7V UBC IB 随着UCE的增加 曲

5、线有些上翘 此时 Ic IB 管子在放大区具有很强的电流放大作用 15 结论 在放大区 UBE 0 7V UBC IB 具有很强的电流放大作用 16 3 饱和区 晶体管工作在饱和模式下 UBE 0 7V UBC 0 即 Je Jc均正偏 特点 曲线簇靠近纵轴附近 各条曲线的上升部分十分密集 几乎重叠在一起 可以看出 当IB改变时 Ic基本上不会随之而改变 晶体管饱和的程度将因IB和Ic的数值不同而改变 17 一般规定 当UCE UBE时的状态为临界饱和 VCB 0 当UCE UBE时的状态为过饱和 饱和时的UCE用UCES表示 三极管深度饱和时UCES很小 一般小功率管的UCES 0 3V 而

6、锗管的UCES 0 1V 比硅管还要小 18 4 击穿区 随着UCE增大 加在JE上的反向偏置电压UCB相应增大 当UCE增大到一定值时 集电结就会发生反向击穿 造成集电极电流Ic剧增 这一特性表现在输出特性图上则为击穿区域 造成击穿的原因 由于集电结是轻掺杂的 产生的反向击穿主要是雪崩击穿 击穿电压较大 除此之外 在基区宽度很小的三极管中 还会发生特有的穿通击穿 即 当UCE增大时 UCB相应增大 导致集电结Jc的阻挡层宽度增宽 直到集电结与发射结相遇 基区消失 这时发射区的多子电子将直接受集电结电场的作用 引起集电极电流迅速增大 呈现类似击穿的现象 三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击

7、穿 19 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 20 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 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

8、分析方法是图解法和微变等效电路 小信号电路分析 法 21 三 温度对晶体管特性的影响 由于三极管也是由半导体材料构成 和二极管一样 温度对晶体管的特性有着不容忽视的影响 表现在以下三个方面 1 温度对UBE的影响 输入特性曲线随温度升高向左移 这样在IB不变时 UBE将减小 UBE随温度变化的规律与二极管正向导通电压一样 即 温度每升高1 UBE减小2 2 5mV 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 22 3 温度对 的影响 晶体管的电流放大系数 随温度升高而增大 变化规律是 每升高1 值增大0 5 1 在输出特性

9、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 的影响反映在管子上的集电极电流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 23 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 24 如右图电路中 当UI 0时 晶体管截止当UI 3V时 晶体管饱和

10、导通 IB IC 25 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 IB IBS由上面电路知 其中UCES很小 26 在工作中 若三极管的基极电流IB大于临界饱和时的IBS 则晶体管T导通 即当 时 T导通特点 由输入和输出特性知 对硅管来说 饱和导通后 UBE UBES 0 7V UCE UCES 0 3V 如同闭合的开关 27 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

11、止时 IB 0 Ic 0 如同断开的开关 28 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 29 UBES 0 7V UCES0 3V 30 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 直流放大系数 以上系数在讨论大幅度信号变化或涉及直流量时使用 31 交流放大系数 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

12、内 时 有 32 2 极间反向电流 ICEO 1 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 33 3 特征频率fTfT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 结电容将起到明显的作用 使 下降 因此 fT是指使 下降到1时输入信号的频率 34 B E C N N P ICBO进入N区 形成IBE 根据放大关系 由于IBE的存在 必有电流 IBE 集电结反偏有ICBO 集 射极反向截止电流ICEO 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

13、 三极管的温度特性较差 35 4 极限参数 1 集电极最大允许电流ICM 在Ic的一个很大范围内 值基本不变 但当Ic超过一定数值后 值将明显下降 此值就是ICM 2 集电极反向击穿电压U BR EBO U BR CBO U BR CEOU BR EBO 集电极开路时 射一基极间的反向击穿电压 这是发射结允许的最高反向电压 一般为1V 几伏 36 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

14、Ic UCEPCM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 37 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC流过三极管 所发出的焦耳热为 PC ICUCE 必定导致结温上升 所以PC有限制 PC PCM ICUCE PCM 安全工作区 38 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

15、适的管外电路组成的 利用三极管组成的电路可以有 放大电路 电流源 跨导线性电路 有源电阻 可控开关等 39 例 50 USC 12V RB 70k RC 6k 当USB 2V 2V 5V时 晶体管的静态工作点Q位于哪个区 当USB 2V时 IB 0 IC 0 IC最大饱和电流 Q位于截止区 40 例 50 USC 12V RB 70k RC 6k 当USB 2V 2V 5V时 晶体管的静态工作点Q位于哪个区 IC ICmax 2mA Q位于放大区 USB 2V时 41 USB 5V时 例 50 USC 12V RB 70k RC 6k 当USB 2V 2V 5V时 晶体管的静态工作点Q位于哪个区 Q位于饱和区 此时IC和IB已不是 倍的关系 42 七 三极管的等效电路模型 我们将在放大电路分析中再讲 以免重复