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1、1-5-3 晶体三极管的伏安特性曲线E 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。 E 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。 E 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。1E 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。 E(1)UC
2、E = 0时相当于集电极与发射极短路 ,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。 E 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2输入特性 曲线簇3E(2)UCE1V 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。 E 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, E 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)41.3.4 特性曲线ICmAAVVUCEUBERB
3、IBECEB实验线路5一、输入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降: 硅管 UBE0.60.7V,锗 管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V死区电 压,硅管 0.5V,锗 管0.2V。6二、输出特性曲线E 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。 E 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: E 即 Ic= f(UCE)|IB = 常数 E 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
4、区、击穿区7二、输出特性 IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A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。8IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE, 集电结正偏, IBIC,UCE0.3V 称为饱和区。9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中 : IB=0,IC=ICEO, UBEIC,UCE0.3V (3) 截止区: UBE 0.7V, UBC IB; 随着U
5、CE的增加,曲线有些上翘。此时 : IcIB,管子在放大区具有很强的 电流放大作用。 14结论:在放大区,UBE 0.7V,UBCIB,具有很强的电流放大作用!153、饱和区:E 晶体管工作在饱和模式下: E UBE0.7V,UBC0,即:Je、Jc均正偏。 E 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。 E 晶体管饱和的程度将因IB和Ic的数值不同而改变 ,16E一般规定:当 UCE=UBE 时的状态为临界饱和(VCB=0)当 UCEUBE 时的状态为过饱和; E 饱和时的UCE用UCES表示,三极管深度饱
6、和时UCES很小,一般小功率管的UCES 0.3V,而锗管的UCES 0.1V,比硅管还要小。174、击穿区E 随着UCE增大,加在JE上的反向偏置电压UCB相应增大。 E 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。 E 造成击穿的原因: E 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
7、起集电极电流迅速增大,呈现类似击穿的 现象。 E 三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击穿。185、晶体管三极管的工作特点如下:E(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。 E(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。19E(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。 E(4)由于三极管是一个非线性元件,
8、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。而放大电路的基本分析方法是图解法和微变等 效电路(小信号电路分析)法。20三、温度对晶体管特性的影响E 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: E 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22.5mV。 E 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:
9、温度每升高10,ICBO约增大一 倍。21E 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0.51%。 E 在输出特性曲线上,曲线间的距离随温度升 高而增大。 E 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。22四、三极管的开关工作特性:E (轮流工作在饱和模式和截止模式下) E 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
10、为截止或由截止变为饱和 的过渡过程中,是瞬间即逝的, E 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)23p 如右图电路中:p 当UI=0时, 晶体 管截止p 当UI=3V时,晶 体管饱和导通。IBIC24 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 !25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= UCES0.3V,如同闭 合
11、的开关。26 截止条件及截止时的特点:p 条件:UBEU(BR)CEO(3)集电极最大允许功率损耗PCM:PCM = IcUCEPCM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。36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。 PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区37六、晶体三极管的应用p 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
12、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。p 利用三极管组成的电路可以有:p 放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开 关等。38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:ICUCEIBUSCRBUSBC BERCUBEIB=0 , IC=0 IC最大饱和电流: Q位于截止区 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?IC ICmax (=2mA) , Q位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBC BERCUBEUSB =2V时:40USB =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?ICUCEIBUSCRBUSBC BERCUBEQ 位于饱和区,此时IC 和IB 已不是 倍的关系 。41七、三极管的等效电路模型p 我们将在放大电路分析中再讲,以免重复。42