三極管特性曲線

三極管特性曲線第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月2

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(guān)系。（1）UCE=0時(shí)相當(dāng)于集電極與發(fā)射極短路，此時(shí)，IB和UBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)正向二極管并聯(lián)的伏安特性。

因?yàn)榇藭r(shí)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(kuò)散的電子電流之和。一、輸入特性曲線第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月3輸入特性曲線簇第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月4（2）UCE≥1V即：給集電結(jié)加上固定的反向電壓，集電結(jié)的吸引力加強(qiáng)！使得從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成Ic。

同時(shí)，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?yàn)閎、e間是正向偏置的PN結(jié)（放大模式下）第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月51.3.4

特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

實(shí)驗(yàn)線路第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6一、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。第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月7二、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(guān)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(shí)，Ic和UCE間的關(guān)系：

即Ic=f(UCE)|IB=常數(shù)

實(shí)測的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電壓的不同，整個(gè)曲線可劃分為四個(gè)區(qū)：

放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月8二、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(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月9IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月10IC(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)。第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月11輸出特性曲線簇第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月12輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月131、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(jié)論：

發(fā)射結(jié)Je反向偏置時(shí)，晶體管是截止的。第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月142、放大區(qū)晶體管工作在放大模式下:UBE>0.7V,UBC<0，此時(shí)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(gè)特點(diǎn)：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(shí):ΔIc>>ΔIB，管子在放大區(qū)具有很強(qiáng)的電流放大作用。第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月15

結(jié)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(guān)。

ΔIc>>ΔIB，具有很強(qiáng)的電流放大作用！第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月163、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(diǎn)：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(dāng)IB改變時(shí)，Ic基本上不會(huì)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，第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月17一般規(guī)定：

當(dāng)UCE=UBE時(shí)的狀態(tài)為臨界飽和（VCB=0）

當(dāng)UCE＜UBE時(shí)的狀態(tài)為過飽和；飽和時(shí)的UCE用UCES表示，三極管深度飽和時(shí)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。第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月184、擊穿區(qū)

隨著UCE增大，加在JE上的反向偏置電壓UCB相應(yīng)增大。

當(dāng)UCE增大到一定值時(shí)，集電結(jié)就會(huì)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(jié)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(huì)發(fā)生特有的穿通擊穿，即：當(dāng)UCE增大時(shí)，UCB相應(yīng)增大，導(dǎo)致集電結(jié)Jc的阻擋層寬度增寬，直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇，基區(qū)消失，這時(shí)發(fā)射區(qū)的多子電子將直接受集電結(jié)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(jié)的雪崩擊穿。第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月195、晶體管三極管的工作特點(diǎn)如下：（1）為了在放大模式信號(hào)時(shí)不產(chǎn)生明顯的失真，三極管應(yīng)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(shí)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(shí)，外加的電源的極性應(yīng)使三有管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)則處于反向偏置狀態(tài)。第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月20（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(gè)非線性元件，其各項(xiàng)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(shí)，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(hào)電路分析）法。第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月21三、溫度對(duì)晶體管特性的影響

由于三極管也是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，和二極管一樣，溫度對(duì)晶體管的特性有著不容忽視的影響。表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1、溫度對(duì)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(shí)，UBE將減小。UBE隨溫度變化的規(guī)律與二極管正向?qū)妷阂粯樱矗簻囟让可?℃，UBE減小2～2.5mV。2、溫度對(duì)ICBO的影響：ICBO是集電結(jié)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。第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月223、溫度對(duì)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。

總之：溫度對(duì)UBE、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(xì)討論。第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月23

四、三極管的開關(guān)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(guān)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(guān)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(duì)開關(guān)管，我們要特別注意其開關(guān)條件和它在開關(guān)狀態(tài)下的工作特點(diǎn)。（重點(diǎn)在結(jié)論）第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月24

如右圖電路中：

當(dāng)UI=0時(shí)，晶體管截止

當(dāng)UI=3V時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通。IBIC第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月25

①飽和導(dǎo)通條件及飽和時(shí)的特點(diǎn)：

條件：三極管臨界飽和時(shí)

UCE=UCES,Ic=ICS,IB=IBS

由上面電路知：

其中UCES很??！第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月26

在工作中，若三極管的基極電流IB大于臨界飽和時(shí)的IBS，則晶體管T導(dǎo)通，即

當(dāng):時(shí)，T導(dǎo)通

特點(diǎn)：由輸入和輸出特性知：對(duì)硅管來說，飽和導(dǎo)通后，UBE=UBES=0.7V，UCE=UCES≤0.3V，如同閉合的開關(guān)。第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月27

②截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn)：

條件：UBE<UON=0.5V，VON為硅管發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓。

由三極管的輸入特性知道，當(dāng)UBE<0.5V時(shí)，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(diǎn)：三極管截止時(shí)，IB≈0,Ic≈0，如同斷開的開關(guān)。第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月28③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(guān)特性，那么，它工作在這兩種模式的轉(zhuǎn)換之下就可實(shí)現(xiàn)開關(guān)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：第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月29UBES=0.7VUCES0.3V第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月30五、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(yùn)用范圍的指標(biāo)，可以做為電路設(shè)計(jì)，調(diào)整和使用時(shí)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(hào)變化或涉及直流量時(shí)使用）第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月31交流放大系數(shù)：

（以上系數(shù)在討論小信號(hào)的變化量時(shí)使用）當(dāng)基本不變（或在IE的一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)）時(shí)，有：第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月322、極間反向電流：

ICEO=(1+β)ICBO其中:ICBO

指發(fā)射極開路時(shí)，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(shí)，集電極與發(fā)射極間的穿透電流。第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月333、特征頻率fT

fT是反映晶體管中兩個(gè)PN結(jié)電容的影響的參數(shù)

當(dāng)輸入信號(hào)的頻率增高到一定值后，結(jié)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(shí)輸入信號(hào)的頻率。第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月34BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBO集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月354、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM：

在Ic的一個(gè)很大范圍內(nèi)，β值基本不變，但當(dāng)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(shí)，射一基極間的反向擊穿電壓，這是發(fā)射結(jié)允許的最高反向電壓，一般為1V～幾伏。

第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月36U(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)，集-基極間的反向擊穿電壓，即集電結(jié)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(shí)，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(shí)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。第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月37

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(dǎo)致結(jié)溫

上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月38六、晶體三極管的應(yīng)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，工作在放大區(qū)時(shí)具有正向受控作用，等效為一個(gè)受控電流源，而工作在飽和區(qū)和截止區(qū)時(shí)具有可控開關(guān)特性。這種非線性和可控性（正向受控和可控開關(guān)）是實(shí)現(xiàn)眾多功能電路的基礎(chǔ)，或者說，眾多的應(yīng)用電路都是以三極管為核心，配以合適的管外電路組成的。

利用三極管組成的電路可以有：

放大電路、電流源、跨導(dǎo)線性電路、有源電阻、可控開關(guān)等。第38頁，課件共4