三極管外部各極電壓和電流的關系曲線,稱為三極管的特性曲線,又稱伏安特性曲線。它不僅能反映三極管的質量與特性,還能用來定量地估算出三極管的某些參數,是分析和設計三極管電路的重要依據。
對于三極管的不同連接方式,有着不同的特性曲線。應用最廣泛的是共發射極電路,其基本測試電路如圖Z0118所示,共發射極特性曲線可以用描點法繪出,也可以由晶體管特性圖示儀直接顯示出來。
一、輸入特性曲線
在三極管共射極連接的情況下,當集電極與發射極之間的電壓UBE 維持不同的定值時,
UBE和IB之間的一簇關系曲線,稱為共射極輸入特性曲線,如圖Z0119所示。輸入特性曲線的數學表達式為:
IB=f(UBE)| UBE = 常數 GS0120
由圖Z0119 可以看出這簇曲線,有下面幾個特點:
(1)UBE = 0的一條曲線與二極管的正向特性相似。這是因為UCE = 0時,集電極與發射極短路,相當于兩個二極管并聯,這樣IB與UCE 的關系就成了兩個并聯二極管的伏安特性。
(2)UCE由零開始逐漸增大時輸入特性曲線右移,而且當UCE的數值增至較大時(如UCE>1V),各曲線幾乎重合。這是因為UCE由零逐漸增大時,使集電結寬度逐漸增大,基區寬度相應地減小,使存貯于基區的注入載流子的數量減小,複合減小,因而IB減小。如保持IB為定值,就必須加大UBE ,故使曲線右移。當UCE 較大時(如UCE >1V),集電結所加反向電壓,已足能把注入基區的非平衡載流子絕大部分都拉向集電極去,以緻UCE再增加,IB 也不再明顯地減小,這樣,就形成了各曲線幾乎重合的現象。
(3)和二極管一樣,三極管也有一個門限電壓Vγ,通常矽管約為0.5~0.6V,鍺管約為0.1~0.2V。
二、輸出特性曲線
輸出特性曲線如圖Z0120所示。測試電路如圖Z0117。
輸出特性曲線的數學表達式為:
由圖還可以看出,輸出特性曲線可分為三個區域:
(1)截止區:指IB=0的那條特性曲線以下的區域。在此區域裡,三極管的發射結和集電結都處于反向偏置狀态,三極管失去了放大作用,集電極隻有微小的穿透電流IcEO。
(2)飽和區:指綠色區域。在此區域内,對應不同IB值的輸出特性曲線簇幾乎重合在一起。也就是說,UCE較小時,Ic雖然增加,但Ic增加不大,即IB失去了對Ic的控制能力。這種情況,稱為三極管的飽和。飽和時,三極管的發射給和集電結都處于正向偏置狀态。三極管集電極與發射極間的電壓稱為集一射飽和壓降,用UCES表示。UCES很小,通常中小功率矽管UCES<0.5V;三極管基極與發射極之間的電壓稱為基一射飽和壓降,以UCES表示,矽管的UCES在0.8V左右。
OA線稱為臨界飽和線(綠色區域右邊緣線),在此曲線上的每一點應有
|UCE| = |UBE|。它是各特性曲線急劇拐彎點的連線。在臨界飽和狀态下的三極管,其集電極電流稱為臨界集電極電流,以Ics表示;其基極電流稱為臨界基極電流,以IBS表示。這時Ics與IBS 的關系仍然成立。
(3)放大區:在截止區以上,介于飽和區與擊穿區之間的區域為放大區。在此區域内,特性曲線近似于一簇平行等距的水平線,Ic的變化量與IB的變量基本保持線性關系,即ΔIc=βΔIB,且ΔIc >>ΔIB ,就是說在此區域内,三極管具有電流放大作用。此外集電極電壓對集電極電流的控制作用也很弱,當UCE>1 V後,即使再增加UCE,Ic 幾乎不再增加,此時,若IB 不變,則三極管可以看成是一個恒流源。
在放大區,三極管的發射結處于正向偏置,集電結處于反向偏置狀态。
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