晶體三極管特性指導(dǎo)教程

1、晶體三極管特性指導(dǎo)教程飽和區(qū)飽和區(qū)iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的 數(shù)值較小，一般vCE0.7 V(硅管)。此時(shí) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)iCvCE軸的區(qū)域， 曲線基本平行等距。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集 電結(jié)反偏電結(jié)反偏，電壓大于 0.7 V(硅管) 。1、三極管的三種工作區(qū)域/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)/CImA0123452468/C

2、EVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)三極管工作在放大區(qū)。三極管放大條件：三極管放大條件：EBBEVVV , 0發(fā)射結(jié)正偏：CBBCVVV , 0集電結(jié)反偏：放大特點(diǎn)：放大特點(diǎn)： 基極電流IB對集電極電流IC有很強(qiáng)的控制作用,IC=IB。從特性曲線上可以看出，在相同的VCE條件下，IB有很小的變化量IB，IC就有很大的變化量IC。2、三極管的三種工作狀態(tài)三極管有放大能力，i c i b三極管工作在飽和區(qū)。 飽和區(qū)VCE比較小，也就是IC受VCE顯著控制區(qū)。即將輸出曲線直線上升和彎曲部分劃為飽和區(qū)。三極管飽和條件：三極管飽和條件：EBBEVVV , 0發(fā)射

3、結(jié)正偏：CBBCVVV , 0偏：集電結(jié)正基極電位高于發(fā)射級、集電極電位。2、三極管的三種工作狀態(tài)i b IBS/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)三極管飽和特點(diǎn)：三極管飽和特點(diǎn)： 當(dāng)VCE減少到一定程度后，集電結(jié)收集載流子的能力減弱，造成發(fā)射結(jié)“發(fā)射有余，集電發(fā)射有余，集電結(jié)收集不足結(jié)收集不足”，集電極電流IC不再服從IC=IB的規(guī)律。三極管飽和時(shí)的等效電路：三極管飽和時(shí)的等效電路：2、三極管的三種工作狀態(tài)硅管 0.7V鍺管 0.3V硅管 0.3V鍺管 0.1V不考慮管壓降時(shí)的等效電路等效于開關(guān)閉合VCESbcVBE

4、S+-eecb/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū) 三極管工作在截止區(qū)，IB=0曲線以下。發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏。VBE0VBC0CCCCBVVII、00三極管相當(dāng)于開路三極管截止等效電路： 所以可以利用三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)作開關(guān)。所以可以利用三極管飽和、截止?fàn)顟B(tài)作開關(guān)。三極管截止條件：三極管截止條件：2、三極管的三種工作狀態(tài)等效于開關(guān)斷開ecb/CImA0123452468/CEVV0BI 140BIuA280BIuA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)三極管三極管PNPN結(jié)四種偏置方式組合結(jié)四種偏置方式組合發(fā)射結(jié)發(fā)射

5、結(jié)(be(be結(jié)結(jié)) ) 集電結(jié)集電結(jié)(bc(bc結(jié)結(jié)) )工作狀態(tài)工作狀態(tài)正偏正偏反偏反偏放大狀態(tài)放大狀態(tài)正偏正偏正偏正偏飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)反偏反偏反偏反偏截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)反偏反偏正偏正偏倒置狀態(tài)倒置狀態(tài)/cimA/CEVV20uA40uA60uA80uA100uA120uACCCVR 根據(jù)根據(jù)VCC和和RC值，值，在輸出特性曲線上畫在輸出特性曲線上畫一條負(fù)載線。一條負(fù)載線。當(dāng)Vi 60A時(shí)i C 幾乎不變。三極管進(jìn)入飽和區(qū)。臨界飽和時(shí)基極電流：CCCcsbsRVII飽和時(shí)集電極電流：CCCCSRVIRC2KVCC=6VRBv vi iv vo o=50i i bi i c-1V+3V首先求出

6、基極電流?bi然后求出臨界飽和時(shí)基極電流：?bsIbsbIi 三極管工作在飽和狀態(tài)，大的越大的越多，飽和的越深。多，飽和的越深。bsbIi 三極管工作在放大狀態(tài)0beV三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)IV2bV1bV0tCi0tCMAXi理想情況下：（飽和、截止動作瞬時(shí)完成） 三極管開關(guān)和二極管開關(guān)一樣，都存在開關(guān)惰性。三極管在作開關(guān)運(yùn)用時(shí)，三極管飽和及截止兩種狀態(tài)不是瞬時(shí)完成。因?yàn)槿龢O管內(nèi)部存在著電荷建立和消散過程。Vi = Vb2時(shí)：T 飽和CCCcRVimaxVi = Vb1時(shí)：T 截止0Ci2、三極管開關(guān)惰性RCVCCRBv vi iv vo oi i bi i c1bV0.9CMAXiIV2bV

7、0t0tCMAXi0.1CMAXidtrtstftCiRCVCCRBv vi iv vo oi i bi i cVi i = - = - V Vb1 b1 時(shí)：時(shí)：T T 截止截止 i i b b 0 i i c c 0 實(shí)際情況下實(shí)際情況下：輸入由Vb2上跳到Vb1,T由止放大飽和。輸入由Vb2下跳到-Vb1,由飽和放大止。需要經(jīng)歷四個(gè)時(shí)間：需要經(jīng)歷四個(gè)時(shí)間：延遲時(shí)間: i c 由0上升到0.1 i c max上升時(shí)間: i c 由0.1 i c max上升到0.9 i c max存儲時(shí)間: i c 由 I c max下降到0.9 i c max下降時(shí)間:i c 由0.9 i c max下降

8、到0.1 i c maxT由截止由截止導(dǎo)通需要的時(shí)間：導(dǎo)通需要的時(shí)間：t tON ON =t=td d+t+tr rT T由導(dǎo)通由導(dǎo)通截止需要的時(shí)間：截止需要的時(shí)間：t tOffOff=t=ts s+t+tf fontofft用基區(qū)電荷分布圖說明用基區(qū)電荷分布圖說明當(dāng)輸入發(fā)射結(jié)由：反偏正偏所需時(shí)間 td正向偏壓基極驅(qū)動電流發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子數(shù)集電極收集的電子數(shù)由小到大變化由小到大變化當(dāng)基區(qū)的電子濃度增加到當(dāng)基區(qū)的電子濃度增加到 4 4 時(shí)時(shí)：發(fā)射結(jié)正偏后：發(fā)射結(jié)正偏后：集電極電流達(dá)到臨界飽和：ICS基區(qū)中電子積累所需時(shí)間：t r01三極管由截止進(jìn)入飽和過程：NNP電子濃度電子濃度1234臨飽

9、放大正偏 I IB BIIBS BS 時(shí)，發(fā)射結(jié)發(fā)射有余，集時(shí)，發(fā)射結(jié)發(fā)射有余，集電極收集不足。過剩電子在基區(qū)積累，電極收集不足。過剩電子在基區(qū)積累，如如 4545。這段時(shí)間就是存儲時(shí)間。這段時(shí)間就是存儲時(shí)間 t s 當(dāng)當(dāng)i i b b繼續(xù)增加：繼續(xù)增加：電子濃度電子濃度NPN1234501分析輸入信號由：分析輸入信號由： 希望基極驅(qū)動電流i b 1很大，加速三極管由截止向飽和轉(zhuǎn)變，縮短上升時(shí)間t r ，減少延遲時(shí)間，提高工作速度。 雖然i b1增加帶來td、 t r 減小。同時(shí)也會使 t s 增加。要求驅(qū)動電流不是常數(shù)，而是前大后小，前大加速建前大加速建立，后小不過分飽和。立，后小不過分飽和

10、。正偏放大臨飽深飽1bi電子濃度NPN12345當(dāng)輸入當(dāng)輸入01三極管由飽和進(jìn)入截止過程：三極管由飽和進(jìn)入截止過程： 由于基區(qū)電子不能立即消失，T 仍然飽和，其轉(zhuǎn)變過程是：隨正偏壓的減小，基區(qū)存儲的電子逐漸減小。54區(qū)間中電子積累從深飽和深飽和淺飽和淺飽和臨界飽和臨界飽和放大放大截止。截止。分析輸入信號由：分析輸入信號由：01 希望基極驅(qū)散電流i b 2很大,加速三極管由飽和向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變。 同樣同樣i i b2b2增加帶來增加帶來t f 減小。同時(shí)也會使減小。同時(shí)也會使 t d 增加。即：三極管截止增加。即：三極管截止時(shí)，反偏電壓越大，轉(zhuǎn)向正偏時(shí)間越長。因此，要求驅(qū)動電流也不是時(shí)，反偏電壓越

11、大，轉(zhuǎn)向正偏時(shí)間越長。因此，要求驅(qū)動電流也不是常數(shù)，而是前大后小，前大快速驅(qū)散，后小不過分截止。常數(shù)，而是前大后小，前大快速驅(qū)散，后小不過分截止。深飽臨飽放大正偏2bi結(jié)論：結(jié)論： 把三極管由截止飽和的基極電流i b1叫做正向驅(qū)動電流。 把三極管由飽和截止的基極電流i b2叫做反向驅(qū)散電流。 這樣一個(gè)前大后小的基極驅(qū)動電流很難選取。但可以利用電容C上的電壓不能突變的特性，近似實(shí)現(xiàn)。這個(gè)電容叫做加速電容加速電容。iVbitt00RCVCCR1v vi iv vo oRSC1 R1、R2、外加負(fù)偏壓、外加負(fù)偏壓VBB及及Vi i 共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極共同決定三極管工作狀態(tài)，保證三極管在

12、開關(guān)方波的作用下可靠工作于飽管在開關(guān)方波的作用下可靠工作于飽和、截止兩種狀態(tài)。和、截止兩種狀態(tài)。 那么如何保證三極管可靠工作？就依靠合理選擇基極偏置電阻來保證。（設(shè)計(jì)問題）當(dāng)當(dāng)Vi i = 0 = 0 時(shí)：時(shí)： 希望希望T截止截止先假設(shè)先假設(shè)T止再看止再看是否止是否止畫截止等效電路畫截止等效電路121RRRVVBBbe - 1V三極管截止條件：V be0令：V be1V T 可靠截止當(dāng)當(dāng)V i i = = E 時(shí)：時(shí)： 希望希望T飽和，飽和，先假設(shè)先假設(shè)T飽和再飽和再判是否飽和判是否飽和畫飽和等效電路畫飽和等效電路2121RVREiiiBBb三極管截止條件：i b IBS0ERCVCCR1v

13、vi iv vo oR2-VBBC1R1R2VBBbe+R1R2VBBbe+Ei bi 1i 2CCCCSbSRVIICCCBBRVRVRE21即：三極管一定飽和。元件選擇：元件選擇：T: 先選擇開關(guān)管，再根據(jù)手冊給出ICM確定RC。VCC、VBB 根據(jù)工作條件確定。C1根據(jù)開關(guān)管截至頻率確定。反相器的優(yōu)點(diǎn)：反相器的優(yōu)點(diǎn)： 輸出振幅比較大，飽和時(shí) VO 0 。 截止時(shí)，VO VCC 。三極管飽和時(shí)，V c e s = 0.3V 所以功耗小。對的一致性要求底，只要滿足CSbIi CO 反相器的基本功能是將輸入信號反相輸出，輸出信號應(yīng)保反相器的基本功能是將輸入信號反相輸出，輸出信號應(yīng)保持與輸入信號

14、形狀一致，但由于三極管本身存在：開關(guān)時(shí)間、分持與輸入信號形狀一致，但由于三極管本身存在：開關(guān)時(shí)間、分布電容及寄生電容的影響，使輸出波形產(chǎn)生一定畸變，只能采取布電容及寄生電容的影響，使輸出波形產(chǎn)生一定畸變，只能采取措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內(nèi)。措施，使這種畸變盡可能減小至容許范圍之內(nèi)。常用方法：常用方法： 采用加速電容，增加鉗位二極管。采用加速電容，增加鉗位二極管。VCL:鉗位電壓，鉗位電壓， VCL0,RC2KR1R24.3K16KVCC=12V-VBB=8V0.3V5.5VC1TVI IVO OR1R2VBBVI Ibe+解（1）：時(shí)當(dāng)VVVILi3 . 0先假定T截止，。0是否看BEV畫出畫出T T截止等效電路：截止等效電路：BBILILEBBEVVRRRVVVV211046. 1V滿足截止條件T截止目的是判斷T能否截止：VVBE0截止：VVBE0導(dǎo)通：VVIL3 . 0RC2KR1R24.3K16KVCC=12V-VBB=8V0.3V5.5VC1TVI IVO O2、在輸入為高電平時(shí)，保證T可靠飽 和，值最小等于多少？ 假設(shè)：VI=5.5V時(shí)，T處于臨界飽和狀態(tài)，IB=IBS,求出臨界飽和時(shí)值。mAIRVVIIBCCESCCCSBS46. 0