模拟142三极管

1、11-5-3 1-5-3 晶体三极管的伏安特性曲线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晶体管的伏安特性曲线是描述三极管的各端电流与两个两个PNPN结外加电压之间的关系的一种形式，其特点是能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。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。（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，晶体三极管为三端器件，在电路中要构成四端网络，它

2、的每对端子均有两个变量（它的每对端子均有两个变量（端口电压和电流端口电压和电流），因此），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，我们最常采用的是用两组曲线簇，我们最常采用的是输入特性曲线簇输入特性曲线簇和和输输出特性曲线簇。出特性曲线簇。2ICmA AVVVCEVBERBIBECEB 实验线路实验线路3VCE 1VIB( A)VBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管VBE 0.60.7V,锗管锗管VBE 0.20.3V。VCE=0VVCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，

3、锗，锗管管0.2V。CE)(BEBUufi 一、输入特性曲线一、输入特性曲线4E 输入特性是指三极管输入回路中，加在基极和发射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极的电压V VBEBE与由它所产生的基极电流与由它所产生的基极电流I IB B之间的关系。之间的关系。E（1 1）V VCE CE = 0= 0时相当于集电极与发射极短路，此时，时相当于集电极与发射极短路，此时，I IB B和和V VBEBE的关系就是发射结和集电结两个正向二极管并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。联的伏安特性。E 因为此时因为此时J JE E和和J JC C均正偏，均正偏，I IB

4、 B是发射区和集电区分别向是发射区和集电区分别向基区扩散的电子电流之和。基区扩散的电子电流之和。 一、输入特性曲线一、输入特性曲线5（2 2）V VCECE1V 1V 即：给集电结加上固定的反向电压，集即：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部分流向集电极形成I Ic c。 同时，在相同的同时，在相同的V VBEBE值条件下，流向基极的电流值条件下，流向基极的电流I IB B减小，减小，即特性曲线右移，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，总之，晶体管的输入

5、特性曲线与二极管的正向特性相似，因为因为b b、e e间是正向偏置的间是正向偏置的PNPN结（放大模式下）结（放大模式下）6二、输出特性曲线二、输出特性曲线E 输出特性通常是指在一定的基极电流输出特性通常是指在一定的基极电流I IB B控制下，三控制下，三极管的集电极与发射极之间的电压极管的集电极与发射极之间的电压V VCECE同集电极电流同集电极电流I Ic c的的关系。关系。E 现在我们所见的是共射输出特性曲线表示以现在我们所见的是共射输出特性曲线表示以I IB B为参变为参变量时，量时，I Ic c和和V VCECE间的关系：间的关系：E 即即 I Ic c= f(V= f(VCECE)

6、| )|IB = IB = 常数常数E 实测的输出特性曲线如图所示：根据外加电压的不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：同，整个曲线可划分为四个区： 放大区、截止区、饱和区、击穿区放大区、截止区、饱和区、击穿区7输出特性B)(CECIufi 对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi常量CEBCUii8二、输出特性二、输出特性IC(

7、mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。 当当VCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。9IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中VCE VBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，VCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。10IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICE

8、O,VBE 死区电死区电压，称为截压，称为截止区。止区。11晶体管的三个工作区域状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 Uon iB uBE临界饱和：临界饱和： Uce = Ube , ic =ib过饱和（深度饱和）：过饱和（深度饱和）： Uce Ube , ic ib12击穿区击穿区E 随着随着V VCECE增大，加在增大，加在J Jc c上的反向偏置电压上的反向偏置电压V VCBCB相相应增大。应增大。E 当当V VCECE增大到一定值时，集电结就会发生反向击增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电流穿，造成集电极电流Ic Ic

9、剧增，这一特性表现在输剧增，这一特性表现在输出特性图上则为击穿区域。出特性图上则为击穿区域。13晶体管三极管的工作特点如下：晶体管三极管的工作特点如下：（1 1）为了在放大模式信号时不产生明显的失真，三极管应）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。放大区，任何时候都不能工作在截止区和饱和区。（2 2）为了保证三极管工作在放大区，在组成放大电路时，）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

10、态，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。集电结则处于反向偏置状态。14（3 3）即使三极管工作在放大区，由于其输入，输出特性并）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。有一定程度的非线性失真。（4 4）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如 、r rbebe等）都不是常数，因此在分析三极管组成的放大电路时，不等）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

11、性电路的分析方法。而放大电路的基本分析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。方法是图解法和微变等效电路（小信号电路分析）法。15三、温度对晶体管特性的影响三、温度对晶体管特性的影响BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时16三、温度对晶体管特性的影响三、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：方面： 1 1、温度对、温度对V VBEBE

12、的影响：输入特性曲线随温度升高向的影响：输入特性曲线随温度升高向左左移，移，这样在这样在I IB B不变时，不变时，V VBEBE将减小。将减小。V VBEBE随温度变化的规律与二随温度变化的规律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高极管正向导通电压一样，即：温度每升高11，V VBEBE减小减小2 22.5mV2.5mV。 2 2、温度对、温度对I ICBOCBO的影响：的影响：I ICBOCBO是集电结的反向饱和电流，它是集电结的反向饱和电流，它随温度变化的规律是：温度每升高随温度变化的规律是：温度每升高1010，I ICBOCBO约增大一倍。约增大一倍。17 3 3、温度对、温度对 的

13、影响：晶体管的电流放大系数的影响：晶体管的电流放大系数 随随温度升高而增大，变化规律是：每升高温度升高而增大，变化规律是：每升高11， 值值增大增大0.50.51%1%。 在输出特性曲线上，曲线间的距离随温度升在输出特性曲线上，曲线间的距离随温度升高而增大。高而增大。E 总之：总之： 温度对温度对V VBEBE、I ICBOCBO和和 的影响反映在管的影响反映在管子上的集电极电流子上的集电极电流 Ic Ic上，它们都是使上，它们都是使 Ic Ic随温度升随温度升高而增大，这样造成的后果将在后面的放大电路高而增大，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。的稳定及反馈中详细讨论。1

14、8 四、三极管的开关工作特性：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）（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因此对开关管，我们要特别注意其开关

15、条件和它在开关状态下的工作特点。（重点在结论开关状态下的工作特点。（重点在结论）19p 如右图电路中：如右图电路中：p 当当V VI I=0=0时，时， 晶体晶体管截止管截止p 当当V VI I=3V=3V时，晶时，晶体管饱和导通。体管饱和导通。Rb20kRc1k3v000VoViVCCIBIC20 饱和导通条件及饱和时的特点：饱和导通条件及饱和时的特点： 条件：三极管临界饱和时条件：三极管临界饱和时 V VCECE=V=VCES CES , Ic=I, Ic=ICS CS , I, IB B=I=IBSBS 由上面电路知由上面电路知 ： 其中其中V VCESCES很小很小 ！CCCSBSCC

16、CCESCCSREIIRERVEI. 21 在工作中，若三极管的基极电流在工作中，若三极管的基极电流I IB B大于临界饱和时大于临界饱和时的的I IBSBS，则晶体管，则晶体管T T饱和导通，即饱和导通，即 当当 : : 时，时，T T 导通导通 特点：由输入和输出特性知：对硅管来说，饱和特点：由输入和输出特性知：对硅管来说，饱和导通后，导通后，V VBEBE=V=VBESBES= 0.7V= 0.7V，V VCECE= V= VCESCES0.3V0.3V，如同闭如同闭合的开关。合的开关。CCBSBREII 22 截止条件及截止时的特点：截止条件及截止时的特点：p 条件：条件：V VBEB

17、EVVONON= 0.5V= 0.5V，V VONON为硅管发射结的死区电压。为硅管发射结的死区电压。p 由三极管的输入特性知道，当由三极管的输入特性知道，当V VBE BE 0.5V 0.5V时，管子基本时，管子基本上截止的，所以，在数字电路的分析估算中，常把上截止的，所以，在数字电路的分析估算中，常把V VBEBE VV(BR)CEO(BR)CEO（3 3）集电极最大允许功率损耗）集电极最大允许功率损耗P PCMCM：P PCM CM = I= Ic cVVCECE P PCMCM决定于管子允许的温升，管子在使用时的功耗不能超决定于管子允许的温升，管子在使用时的功耗不能超过过P PCMCM

18、，而且要注意散热，而且要注意散热，S Si i管为管为150150，GeGe管为管为7070即为上即为上限温度。限温度。32 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICVCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区安全工作区33六、晶体三极管的应用六、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