晶体三极管伏安特性.ppt

§1-5-3 §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1E 输入特性是指三极管输入回路中，加在基极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和发射极的电压U UBEBE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））U UCE CE = 0= 0时相当于集电极与发射极短路，时相当于集电极与发射极短路，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2输入特性曲线输入特性曲线簇簇3E（（2 2））U UCECE≥1V ≥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极形成基区的电子绝大部分流向集电极形成I Ic cE 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（放结（放大模式下）大模式下）41.3.4 特性曲线特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路5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： 硅管硅管UBE 0.6~0.7V,锗锗管管UBE 0.2~0.3V。

UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V6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 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7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= IB8IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结集电结正偏，正偏， IB>IC，，UCE 0.3V称为饱称为饱和区9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE< 死区死区电压，称为电压，称为截止区10输出特性曲线簇输出特性曲线簇11输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1)放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏2) 即：即： IC= IB , 且且  IC =     IB(2) 饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏 即：即：UCE UBE ，，  IB>IC，，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE< 死区电压，死区电压， IB=0 ，， IC=ICEO  0 121 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 UBEBE<0.7V<0.7V，，U UBCBC<0<0 所以：所以： I IB B ≤ 0≤ 0，，I IE E = I= IC C = 0= 0 结论：结论： 发射结发射结JeJe反向偏置时，晶体管是截止的。

反向偏置时，晶体管是截止的132 2、放大区、放大区晶体管工作在放大模式下晶体管工作在放大模式下 : : U UBE BE > 0.7V, U> 0.7V, UBC BC < 0< 0，此时特性曲线表现，此时特性曲线表现为近似水平的部分，而且变化均匀，它有两为近似水平的部分，而且变化均匀，它有两个特点：个特点： ① I ① Ic c的大小受的大小受I IB B的控制；的控制；ΔIΔIc c>>ΔI>>ΔIB B；； ② ② 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 : : ΔIΔIc c>>ΔI>>ΔIB B，管子在放大区具有很，管子在放大区具有很强的电流放大作用强的电流放大作用 14 结论：结论： 在放大区，在放大区，U UBEBE> 0.7V> 0.7V，，U UBCBC< 0< 0，，JeJe正偏，正偏，J Jc c反偏，反偏，I Ic c随随I IB B变化而变化，但与变化而变化，但与U UCECE的大小基的大小基本无关 ΔIc>>ΔIΔIc>>ΔIB B，具有很强的电流放大作用！，具有很强的电流放大作用！153 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 UBEBE>0.7V>0.7V，，U UBCBC>0>0，，即：即：JeJe、、JcJc均正偏。

均正偏E 特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线的上升特点：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，IcIc 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IcIc的数值不同而改的数值不同而改变，变，16E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 UCECE＜＜U 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174 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IcIc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 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，还会发生特有的穿通击穿，即：当有的穿通击穿，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JcJc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185 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，在组成放大）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态处于正向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态19E（（3 3）即使三极管工作在放大区，由于其输入，输）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），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，其各项参数）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如（如ββ、、r rbebe等）都不是常数，因此在分析三极管等）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20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U UBEBE随温度变化的规律随温度变化的规律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高1℃1℃，，U UBEBE减小减小2 2～～2.5mV2.5mVE 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10℃10℃，，I ICBOCBO约增大一约增大一倍。

倍21E 3 3、温度对、温度对ββ的影响：晶体管的电流放大系数的影响：晶体管的电流放大系数ββ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1℃1℃，，ββ值增大值增大0.50.5～～1%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 ββ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 IcIc上，它们都是使上，它们都是使 IcIc随温度随温度升高而增大，这样造成的后果将在后面的放大电升高而增大，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路的稳定及反馈中详细讨论22 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就是工作在截止区，而放大区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和区变为截止或由截止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，是瞬间即逝的，变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因此对开关管，我们要特别注意其开关条件和它在开关状态下的工作特点。

重点在结件和它在开关状态下的工作特点重点在结论）论）23p 如右图电路中：如右图电路中：p 当当U UI I=0=0时，时， 晶晶体管截止体管截止p 当当U UI I=3V=3V时，晶时，晶体管饱和导通体管饱和导通IBIC24 ① ① 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 ！！25 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大于临界饱和大于临界饱和时的时的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= UCESCES≤0.3V≤0.3V，，如同闭如同闭合的开关。

合的开关26② ② 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 UBEBE

下的等效电路p 以共发射极接法为例：以共发射极接法为例：28UBES=0.7VUCES0.3V29五、三极管的主要参数五、三极管的主要参数 三极管的参数是用来表征管子各方面性能及其运三极管的参数是用来表征管子各方面性能及其运用范围的指标，可以做为电路设计，调整和使用用范围的指标，可以做为电路设计，调整和使用时的参考其主要参数有：时的参考其主要参数有： 1 1、电流放大系数：、电流放大系数： E 直流放大系数直流放大系数：： （以上系数在讨论大幅度信号变化或涉及直流量时使用）（以上系数在讨论大幅度信号变化或涉及直流量时使用）30p交流放大系数：交流放大系数：p （以上系数在讨论小信号的变化量时使用）（以上系数在讨论小信号的变化量时使用）p当当 基本不变（或在基本不变（或在I IE E的一个相当大的范的一个相当大的范围内）时，有：围内）时，有：31p2 2、极间反向电流：、极间反向电流： I ICEO CEO = (1+β) = (1+β)  I ICBOCBOp其中其中: I: ICBOCBO 指发射极开路时，集电极与基指发射极开路时，集电极与基极间的反向饱和电流极间的反向饱和电流;I;ICEOCEO 又叫又叫I ICEO(pt)CEO(pt)，指，指基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流。

基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流323 3、特征频率、特征频率f fT T f fT T是反映晶体管中两个是反映晶体管中两个PNPN结电容的影响结电容的影响的参数的参数 当输入信号的频率增高到一定值后，结当输入信号的频率增高到一定值后，结电容将起到明显的作用，使电容将起到明显的作用，使ββ下降，因此，下降，因此， f fT T是指使是指使ββ下降到下降到1 1时输入信号的频率时输入信号的频率33BECNNPICBOICEO=   IBE+ICBO IBE  IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE集电结反集电结反偏有偏有ICBO集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升大，当温度上升时，时，ICEO增加很快增加很快，所以，所以IC也相应也相应增加三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差344 4、极限参数、极限参数（（1 1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流I ICMCM：： 在在IcIc的一个很大范围内，的一个很大范围内，ββ值基本不变，但当值基本不变，但当IcIc超过一超过一定数值后，定数值后，ββ值将明显下降，此值就是值将明显下降，此值就是I ICMCM。

2 2）集电极反向击穿电压）集电极反向击穿电压U U(BR)EBO(BR)EBO、、U U(BR)CBO(BR)CBO、、U U(BR)CEO(BR)CEO U U(BR)EBO(BR)EBO：集电极开路时，射一基极间的反向击穿电压，这：集电极开路时，射一基极间的反向击穿电压，这是发射结允许的最高反向电压，一般为是发射结允许的最高反向电压，一般为1V1V～几伏 35 U U(BR)CBO(BR)CBO：发射极开路时，集：发射极开路时，集- -基极间的反向击穿基极间的反向击穿电压，即集电结所允许的最高反向电压，一般为几电压，即集电结所允许的最高反向电压，一般为几十～几千伏十～几千伏 U U(BR)CEO(BR)CEO：基极开路时，集：基极开路时，集- -射极间的反向击穿射极间的反向击穿电压 一般地：一般地：U U(BR)CBO(BR)CBO>U>U(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 c·U·UCECE P PCMCM决定于管子允许的温升，管子在使用时的决定于管子允许的温升，管子在使用时的功耗不能超过功耗不能超过P PCMCM，而且要注意散热，，而且要注意散热，SiSi管为管为150℃150℃，，GeGe管为管为70℃70℃即为上限温度。

即为上限温度36 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PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区37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，等效为一个受控电流源，而工作在饱和区和截止区时具有可控开关个受控电流源，而工作在饱和区和截止区时具有可控开关特性这种非线性和可控性（正向受控和可控开关）是实特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现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三极管为核心，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、可控放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开关等。

开关等38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：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=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 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？IC< ICmax (=2mA) ，， Q位于放大区位于放大区ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时：40USB =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41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。