三極管特性曲線ppt課件.ppt

1、1,1-5-3 晶體三極管的伏安特性曲線,晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與兩個PN結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點是能直觀，全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。 晶體管的特性曲線一般用實驗方法描繪或?qū)Ｓ脙x器（如晶體管圖示儀）測量得到。 晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，它的每對端子均有兩個變量（端口電壓和電流），因此要在平面坐標(biāo)上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采用兩組曲線簇，我們最常采用的是輸入特性曲線簇和輸出特性曲線簇。,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時相當(dāng)于集電極與

2、發(fā)射極短路，此時，IB和UBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)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,輸入特性曲線簇,4,（2）UCE1V 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！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(jié)（放大模式下）,5,1.3.4 特性曲線,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,實驗線路,6,一、輸入特

3、性,工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。,死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。,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，Ic和UCE間的關(guān)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),8,二、輸出特性,IC(mA ),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，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。

4、,9,此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。,10,此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。,11,輸出特性曲線簇,12,輸出特性三個區(qū)域的特點:,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 ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0,13,1、截止區(qū)：,晶體管工作在截止模式下，有： UBE0.7V，UBC0 所以： IB 0，IE = IC = 0 結(jié)論： 發(fā)射結(jié)Je反向偏置時，晶體

5、管是截止的。,14,2、放大區(qū),晶體管工作在放大模式下 : UBE 0.7V, UBC IB； 隨著UCE的增加，曲線有些上翹。 此時 : IcIB，管子在放大區(qū)具有很強的電流放大作用。,15,結(jié)論： 在放大區(qū)，UBE 0.7V，UBCIB，具有很強的電流放大作用！,16,3、飽和區(qū)：,晶體管工作在飽和模式下： UBE0.7V，UBC0，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(dāng) 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，,17,一般規(guī)定： 當(dāng) UCE=UBE 時的狀態(tài)為臨界飽和

6、（VCB=0） 當(dāng) UCEUBE 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。,18,4、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，集電結(jié)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(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，還會發(fā)生特有的穿通擊穿，即：當(dāng)UCE增大時，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

7、電結(jié)與發(fā)射結(jié)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(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。,19,5、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(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(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)。,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

8、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、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。,21,三、溫度對晶體管特性的影響,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?qū)妷阂粯樱矗簻囟让可?，UBE減小22.5mV。 2、溫度對ICBO的影響：ICBO是集電結(jié)的反向

9、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。,22,3、溫度對的影響：晶體管的電流放大系數(shù)隨溫度升高而增大，變化規(guī)律是：每升高1，值增大0.51%。 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UBE、ICBO和 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。,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)

10、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(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。（重點在結(jié)論）,24,如右圖電路中： 當(dāng)UI=0時， 晶體管截止 當(dāng)UI=3V時，晶體管飽和導(dǎo)通。,IB,IC,25, 飽和導(dǎo)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很小 ！,26,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(dǎo)通，即 當(dāng) : 時，T 導(dǎo)通 特點：由輸入和輸出特性知：對硅管來說，飽和導(dǎo)通后，UBE=UBES= 0.7V，UCE= UCES0.3V，

11、如同閉合的開關(guān)。,27, 截止條件及截止時的特點：,條件：UBEUON= 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，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(guān)。,28, 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：,29,UBES=0.7V,UCES 0.3V,30,五、三極管的主要參數(shù),三極管

12、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(biāo)，可以做為電路設(shè)計，調(diào)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）,31,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(dāng) 基本不變（或在IE的一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)）時，有：,32,2、極間反向電流： ICEO = (1+) 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。,33,3、特征頻率fT fT是反映晶體管中兩個PN結(jié)電容的影響的參數(shù) 當(dāng)輸入信號的頻率增高到

13、一定值后，結(jié)電容將起到明顯的作用，使下降，因此， fT是指使下降到1時輸入信號的頻率。,34,B,E,C,N,N,P,ICBO進入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ICEO,ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,35,4、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)，值基本不變，但當(dāng)Ic超過一定數(shù)值后，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

14、開路時，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。,36,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(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，集-射極間的反向擊穿電壓。 一般地：U(BR)CBOU(BR)CEO （3）集電極最大允許功率損耗PCM：PCM = IcUCE 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。,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

15、，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作區(qū),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)時具有正向受控作用，等效為一個受控電流源，而工作在飽和區(qū)和截止區(qū)時具有可控開關(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。,39,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時， 晶體管的靜態(tài)工作點Q位 于哪個區(qū)？,當(dāng)USB =-2V時：,IB=0 ， IC=0,IC最大飽和電流：,Q位于截止區(qū),40,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V