《电子电路》课件：三极管特性曲线.ppt

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。2E 输入特性是指三极管输入回路中，加在基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和发射极的电压U UBEBE与由它所产生的基极电与由它所产生的基极电流流I IB B之间的关系。之间的关系。E（1 1）U UCE CE = 0= 0时相当于集电极与发射极短路，时相当于集电

3、极与发射极短路，此时，此时，I IB B和和U UBEBE的关系就是发射结和集电结两个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。正向二极管并联的伏安特性。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 B是发射区和集电是发射区和集电区分别向基区扩散的电子电流之和。区分别向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3输入特性输入特性曲线簇曲线簇4E（2 2）U UCECE1V 1V 即：给集电结加上固定的反向即：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部分流向集电

4、极形成基区的电子绝大部分流向集电极形成I Ic c。E 同时，在相同的同时，在相同的U UBEBE值条件下，流向基极的值条件下，流向基极的电流电流I IB B减小，即特性曲线右移，减小，即特性曲线右移， E 总之，晶体管的输入特性曲线与二极管的正总之，晶体管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似，因为向特性相似，因为b b、e e间是正向偏置的间是正向偏置的PNPN结结（放大模式下）（放大模式下）51.3.4 特性曲线特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路6一、一、输入特性输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：

5、 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗锗管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。7二、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控制控制下，三极管的集电极与发射极之间的电压下，三极管的集电极与发射极之间的电压U UCECE同同集电极电流集电极电流I Ic c的关系。的关系。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为参变量时，为参变量时，I Ic c和和U UCECE间的关系：间的关系：E 即即 I Ic

6、 c= f(U= f(UCECE)| )|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：压的不同，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8二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(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UCE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 )1234UCE(V

7、)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。10IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 131 1、截止区：、截止区： 晶体管工作在截止模式下，有：晶体管工作在截止模式下，有： U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC0 0.7V, U 0.7V

8、, UBC BC 0IIB B； 随着随着U UCECE的增加，曲线有些上翘。的增加，曲线有些上翘。 此时此时 : : IIc cIIB B，管子在放大区具有很强的，管子在放大区具有很强的电流放大作用。电流放大作用。 15 结论：结论： 在放大区，在放大区，U UBEBE 0.7V 0.7V，U UBCBC 0IIcIB B，具有很强的电流放大作用！，具有很强的电流放大作用！163 3、饱和区：、饱和区：E 晶体管工作在饱和模式下：晶体管工作在饱和模式下：E U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC00，即：，即：Je Je、Jc Jc均正偏。均正偏。E 特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲

9、线的上升特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线的上升部分十分密集，几乎重叠在一起，可以看出：部分十分密集，几乎重叠在一起，可以看出： 当当 I IB B 改变时，改变时，Ic Ic 基本上不会随之而改变。基本上不会随之而改变。E 晶体管饱和的程度将因晶体管饱和的程度将因I IB B和和Ic Ic的数值不同而改变，的数值不同而改变，17E一般规定：一般规定： 当当 U UCECE=U=UBE BE 时的状态为时的状态为临界饱和临界饱和（V VCBCB=0=0） 当当 U UCECEU UBE BE 时的状态为时的状态为过饱和过饱和；E 饱和时的饱和时的U UCECE用用U UCESCES表示，三极管

10、深度饱和时表示，三极管深度饱和时U UCESCES很小，一般小功率管的很小，一般小功率管的U UCESCES 0.3V0.3V，而锗管的，而锗管的U UCESCES 0.1V0.1V，比硅管还要小。，比硅管还要小。184 4、击穿区、击穿区E 随着随着U UCECE增大，加在增大，加在J JE E上的反向偏置电压上的反向偏置电压U UCBCB相应增大。相应增大。E 当当U UCECE增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电流流Ic Ic剧增，这一特性表现在输出特性图上则为击穿区域。剧增，这一特性表现在输出特性图上则为击穿区域。E

11、造成击穿的原因：造成击穿的原因：E 由于集电结是轻掺杂的，产生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿由于集电结是轻掺杂的，产生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压较大。除此之外，在基区宽度很小的三极管中，还会发生特有电压较大。除此之外，在基区宽度很小的三极管中，还会发生特有的穿通击穿，即：当的穿通击穿，即：当U UCECE增大时，增大时，U UCBCB相应增大，导致集电结相应增大，导致集电结Jc Jc的阻的阻挡层宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失，这时发射区挡层宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失，这时发射区的多子电子将直接受集电结电场的作用，引起集电极电流迅速增大，的多子电子将直接受集电

12、结电场的作用，引起集电极电流迅速增大，呈现类似击穿的现象。呈现类似击穿的现象。E 三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击穿。三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击穿。195 5、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：E（1 1）为了在放大模式信号时不产生明显的失真，）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放大区，任何时候都不能工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。作在截止区和饱和区。E（2 2）为了保证三极管工作在放大区，在组成放）为了保证三极

13、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态，集电结则处于反向偏置状结处于正向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态。态。20E（3 3）即使三极管工作在放大区，由于其输入，）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），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有一定程度的非线性失真。因此放大后的波形仍有一定程度的非线性失真。E（4 4）由于三极管是一个非线性元件，其各项参）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如数（如 、r rbebe等）都不是常数，因此在

14、分析三极管等）都不是常数，因此在分析三极管组成的放大电路时，不能简单地采用线性电路的组成的放大电路时，不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。和微变等效电路（小信号电路分析）法。21三、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，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。表现在以下三个方面：三个方面：E 1 1、温度对、温度对U UBEBE的影响：输

15、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，这样在移，这样在I IB B不变时，不变时，U UBEBE将减小。将减小。U UBEBE随温度变化的规随温度变化的规律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高11，U UBEBE减小减小2 22.5mV2.5mV。E 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，是集电结的反向饱和电流，它随温度变化的规律是：温度每升高它随温度变化的规律是：温度每升高1010，I ICBOCBO约增大约增大一倍。一倍。22E 3 3、温度对、温度对 的影响：

16、晶体管的电流放大系数的影响：晶体管的电流放大系数 随温度升高而增大，变化规律是：每升高随温度升高而增大，变化规律是：每升高11， 值增大值增大0.50.51%1%。E 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U UBEBE、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。23

17、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，通常不是泛，是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和区变为截止或由截止变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，是瞬间即逝的，为饱和的过渡过程中，是瞬间即逝的，E 因此对开关管，我们要特别注意其开关条件因此对开关管，我们要特别注意其开关条件和它在开

18、关状态下的工作特点。（重点在结论）和它在开关状态下的工作特点。（重点在结论）24p 如右图电路中：如右图电路中：p 当当U UI I=0=0时，时， 晶体晶体管截止管截止p 当当U UI I=3V=3V时，晶时，晶体管饱和导通。体管饱和导通。Rb20kRc1k3v000VoViVCCIBIC25 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 U UCECE=U=UCES 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U UCESCES很小很小 ！CCCSBSCCCC

19、ESCCSRELIRERUEI. 26 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导通，即导通，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，U UBEBE=U=UBESBES= 0.7V= 0.7V，U UCECE= U= UCESCES0.3V0.3V，如同闭如同闭合的开关。合的开关。CCBSBREII 27 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：U UBEBEUUONO

20、N= 0.5V= 0.5V，V VONON为硅管发射结的死为硅管发射结的死区电压。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U UBE BE 0.5V 0.5V时，管时，管子基本上截止的，所以，在数字电路的分析估算子基本上截止的，所以，在数字电路的分析估算中，常把中，常把U UBEBE 0.5VUU(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 cUUCECE P PCMCM决定于管子允许的温升，管子在使用时的功决定于管子允许的温升，管子在使用时的功耗不能超过耗不能超过P PCMCM，而

21、且要注意散热，而且要注意散热，Si Si管为管为150150，GeGe管为管为7070即为上限温度。即为上限温度。37 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 =ICUCE 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。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区38六、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

22、用，等效为一个源器件，工作在放大区时具有正向受控作用，等效为一个受控电流源，而工作在饱和区和截止区时具有可控开关特受控电流源，而工作在饱和区和截止区时具有可控开关特性。这种非线性和可控性（正向受控和可控开关）是实现性。这种非线性和可控性（正向受控和可控开关）是实现众多功能电路的基础，或者说，众多的应用电路都是以三众多功能电路的基础，或者说，众多的应用电路都是以三极管为核心，配以合适的管外电路组成的。极管为核心，配以合适的管外电路组成的。p 利用三极管组成的电路可以有：利用三极管组成的电路可以有：p 放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开

23、关等。关等。39例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 40例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC ICmax (=2mA) ， Q位

24、于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC41USB =5V时时:例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.RUUIBBESBBcmaxBI.I5m03mA061050mA2cmaxcII42七、三极管的等效电路模型七、三极管的等效电路模型p 我们将在放大电路分析中再讲，以免重复。我们将在放大电路分析中再讲，以免重复。