了解三极管的共射特性曲线

EDN电子技术设计 2020-03-13 00:00

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三极管的特性曲线是描述三极管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。三极管的特性曲线反映了管子的技术性能，是分析放大电路技术指标的重要依据。三极管特性曲线可在晶体管图示仪上直观地显示出来，也可从手册上查到某一型号三极管的典型曲线。

三极管共发射极放大电路的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线，下面以NPN型三极管为例，来讨论三极管共射电路的特性曲线。

1、输入特性曲线

输入特性曲线是描述三极管在管压降UCE保持不变的前提下，基极电流iB和发射结压降uBE之间的函数关系，即

（5-3）三极管的输入特性曲线如图5-6所示。由图5-6可见NPN型三极管共射极输入持性曲线的特点是：BE虽己大于零，但iB几乎仍为零，只有当uBE的值大于开启电压后，iB的值与二极管一样随uBE的增加按指数规律增大。硅晶体管的开启电压约为0.5V，发射结导通电压Von约为0.6～0.7v；锗晶体管的开启电压约为0.2v，发射结导通电压约为0.2~0.3v。

CE=0V，UCE=0.5V和UCE=1V的情况。当UCE=0V时，相当于集电极和发射极短路，即集电结和发射结并联，输入特性曲线和PN结的正向特性曲线相类似。当UCE=1V，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大区，集电极收集基区扩散过来的电子，使在相同uBE值的情况下，流向基极的电流iB减小，输入特性随着UCE的增大而右移。当UCE>1V以后，输入特性几乎与UCE=1V时的特性曲线重合，这是因为Vcc＞lV后，集电极已将发射区发射过来的电子几乎全部收集走，对基区电子与空穴的复合影响不大，iB的改变也不明显。CE必须大于l伏，所以，只要给出UCE=1V时的输入特性就可以了。

2、输出特性曲线

输出特性曲线是描述三极管在输入电流iB保持不变的前提下，集电极电流iC和管压降uCE之间的函数关系，即

（5-4）三极管的输出特性曲线如图5-7所示。由图5-7可见，当IB改变时，iC和uCE的关系是一组平行的曲线族，并有截止、放大、饱和三个工作区。

（1）截止区

IB=0持性曲线以下的区域称为截止区。此时晶体管的集电结处于反偏，发射结电压uBE＜0，也是处于反偏的状态。由于iB＝0，在反向饱和电流可忽略的前提下，iC=βiB也等于0，晶体管无电流的放大作用。处在截止状态下的三极管，发射极和集电结都是反偏，在电路中犹如一个断开的开关。实际的情况是：处在截止状态下的三极管集电极有很小的电流ICE0，该电流称为三极管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-发射极间的电流，不受iB的控制，但受温度的影响。

（2）饱和区

在图5-4的三极管放大电路中，集电极接有电阻RC，如果电源电压VCC一定，当集电极电流iC增大时，uCE=VCC-iCRC将下降，对于硅管，当uCE降低到小于0.7V时，集电结也进入正向偏置的状态，集电极吸引电子的能力将下降，此时iB再增大，iC几乎就不再增大了，三极管失去了电流放大作用，处于这种状态下工作的三极管称为饱和。规定UCE＝UBE时的状态为临界饱和态，图5-7中的虚线为临界饱和线，在临界饱和态下工作的三极管集电极电流和基极电流的关系为：

（5-1-4）式中的ICS，IBS，UCES分别为三极管处在临界饱和态下的集电极电流、基极电流和管子两端的电压（饱和管压降）。当管子两端的电压UCE＜UCES时，三极管将进入深度饱和的状态，在深度饱和的状态下，iC=βiB的关系不成立，三极管的发射结和集电结都处于正向偏置会导电的状态下，在电路中犹如一个闭合的开关。三极管截止和饱和的状态与开关断、通的特性很相似，数字电路中的各种开关电路就是利用三极管的这种特性来制作的。

（3）放大区

三极管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的三极管才具有电流的放大作用。此时三极管的发射结处在正偏，集电结处在反偏。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当iB等量变化时，iC几乎也按一定比例等距离平行变化。由于iC只受iB控制，几乎与uCE的大小无关，说明处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受IB控制的受控电流源。上述讨论的是NPN型三极管的特性曲线，PNP型三极管特性曲线是一组与NPN型三极管特性曲线关于原点对称的图像。

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