极管伏安特性曲线与参数.ppt

上页下页返回 模拟电子技术基础 1 1-5-3 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 两个PN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。 E 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。 E 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（端口电压和电流），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 用两组曲线簇，我们最常采用的是输入特性曲线簇和输 出特性曲线簇。 上页下页返回 模拟电子技术基础 2 E 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UBE与由它所产生 的基极电流IB之间的关系。 E（1）UCE = 0时相当于集电极与发射极 短路，此时，IB和UBE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。 E 因为此时JE和JC均正偏，IB是发射区和 集电区分别向基区扩散的电子电流之和 。 一、输入特性曲线 上页下页返回 模拟电子技术基础 3 输入特性 曲线簇 上页下页返回 模拟电子技术基础 4 E（2）UCE1V 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部分流向集 电极形成Ic。 E 同时，在相同的UBE值条件下，流向基 极的电流IB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 的正向特性相似，因为b、e间是正向偏置 的PN结（放大模式下） 上页下页返回 模拟电子技术基础 5 1.3.4 特性曲线 IC mA A VVUCE UBE RB IB EC EB 实验线路 上页下页返回 模拟电子技术基础 6 一、输入特性 UCE 1V IB(A) UBE(V) 20 40 60 80 0.40.8 工作压降： 硅管 UBE0.60.7V,锗 管UBE0.20.3V。 UCE=0V UCE =0.5V 死区电 压，硅管 0.5V，锗 管0.2V。 上页下页返回 模拟电子技术基础 7 二、输出特性曲线 E 输出特性通常是指在一定的基极电流IB 控制下，三极管的集电极与发射极之间的 电压UCE同集电极电流Ic的关系。 E 现在我们所见的是共射输出特性曲线 表示以IB为参变量时，Ic和UCE间的关系： E 即 Ic= f(UCE)|IB = 常数 E 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： 放大区、截止区、饱和区、击穿区 上页下页返回 模拟电子技术基础 8 二、输出特性 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域满 足IC=IB 称为线性 区（放大 区）。 当UCE大于一 定的数值时，IC 只与IB有关， IC=IB。 上页下页返回 模拟电子技术基础 9 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中UCEUBE, 集电结正偏， IBIC，UCE0.3V 称为饱和区。 上页下页返回 模拟电子技术基础 10 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A此区域中 : IB=0,IC=ICEO, UBEIC，UCE0.3V (3) 截止区： UBE 0.7V, UBC IB； 随着UCE的增加，曲线有些上翘。 此时 : IcIB，管子在放大区具有很强的 电流放大作用。 上页下页返回 模拟电子技术基础 15 结论： 在放大区，UBE 0.7V，UBCIB，具有很强的电流放大作用！ 上页下页返回 模拟电子技术基础 16 3、饱和区： E 晶体管工作在饱和模式下： E UBE0.7V，UBC0，即：Je、Jc均正偏。 E 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： 当 IB 改变时，Ic 基本上不会随之而改变。 E 晶体管饱和的程度将因IB和Ic的数值不同 而改变， 上页下页返回 模拟电子技术基础 17 E一般规定： 当 UCE=UBE 时的状态为临界饱和（VCB=0 ） 当 UCEUBE 时的状态为过饱和； E 饱和时的UCE用UCES表示，三极管深度饱 和时UCES很小，一般小功率管的UCES 0.3V ，而锗管的UCES 0.1V，比硅管还要小。 上页下页返回 模拟电子技术基础 18 4、击穿区 E 随着UCE增大，加在JE上的反向偏置电压UCB相应增大。 E 当UCE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Ic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： 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 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UCE增大时，UCB相应增大，导致集电结Jc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 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。 E 三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击穿。 上页下页返回 模拟电子技术基础 19 5、晶体管三极管的工作特点如下： E（1）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放大区 ，任何时候都不能工作在截止区和饱和区 。 E（2）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态，集电结 则处于反向偏置状态。 上页下页返回 模拟电子技术基础 20 E（3）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有一定 程度的非线性失真。 E（4）由于三极管是一个非线性元件，其各 项参数（如、rbe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。 上页下页返回 模拟电子技术基础 21 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： E 1、温度对UBE的影响：输入特性曲线随温度升高向左 移，这样在IB不变时，UBE将减小。UBE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1， UBE减小22.5mV。 E 2、温度对ICBO的影响：ICBO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10，ICBO约增大 一倍。 上页下页返回 模拟电子技术基础 22 E 3、温度对的影响：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1，值增大0.51%。 E 在输出特性曲线上，曲线间的距离随温 度升高而增大。 E 总之： 温度对UBE、ICBO和 的影响反映 在管子上的集电极电流 Ic上，它们都是使 Ic随温度升高而增大，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。 上页下页返回 模拟电子技术基础 23 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 ） E 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 关条件和它在开关状态下的工作特点。 （重点在结论） 上页下页返回 模拟电子技术基础 24 如右图电路中 ： 当UI=0时， 晶 体管截止 当UI=3V时，晶 体管饱和导通。 IB IC 上页下页返回 模拟电子技术基础 25 饱和导通条件及饱和时的特点： 条件：三极管临界饱和时 UCE=UCES , Ic=ICS , IB=IBS 由上面电路知 ： 其中UCES很小 ！ 上页下页返回 模拟电子技术基础 26 在工作中，若三极管的基极电流IB大于临界 饱和时的IBS，则晶体管T导通，即 当 : 时，T 导通 特点：由输入和输出特性知：对硅管来说 ，饱和导通后，UBE=UBES= 0.7V，UCE= UCES0.3V，如同闭合的开关。 上页下页返回 模拟电子技术基础 27 截止条件及截止时的特点： 条件：UBEU(BR)CEO （3）集电极最大允许功率损耗PCM：PCM = IcUCE PCM决定于管子允许的温升，管子在使用时 的功耗不能超过PCM，而且要注意散热，Si管 为150，Ge管为70即为上限温度。 上页下页返回 模拟电子技术基础 37 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为： PC =ICUCE 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。 PCPCM IC UCE ICUCE=PCM ICM U(BR)CEO 安全工作区 上页下页返回 模拟电子技术基础 38 六、晶体三极管的应用 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。 利用三极管组成的电路可以有： 放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开 关等。 上页下页返回 模拟电子技术基础 39 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时 ， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ 当USB =-2V时： IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE IB=0 ， IC=0 IC最大饱和电流： Q位于截止区 上页下页返回 模拟电子技术基础 40 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时 ， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。 IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE USB =2V时： 上页下页