为了较为全面地反映晶体管的特性,可以用它的外部各电极电流和极间电压之间的关系曲线来表示。这种曲线称为晶体管的伏安特性曲线。从使用者的角度来看,了解晶体管的外部特性比了解它的内部载流子分配规律显得更为重要,因为在分析晶体管电路时,只需知道其外部特性而不涉及其内部结构。
晶体管有3个电极,可以组成两个回路,如图5-38所示为共射极电路。晶体管的特性曲线可通过晶体管图示仪测得,或通过实验测绘。
图5-38 NPN 和PNP晶体管两端口电路
1.输入伏安特性曲线
当集电极与发射极间的电压uCE为某一常数值时,晶体管的基极电流iB 与基极-发射极间电压uBE的关系特性曲线,称为输入特性曲线。
不同型号的晶体管或同型号晶体管参数有分散性,输入特性曲线不同,但基本形状相似。如图5-39所示为NPN 型三极管3DG6的输入特性曲线。
图5-39 NPN 型晶体管3DG6的输入特性曲线
从输入特性曲线上可以看到:
(1)晶体管的输入特性与二极管的正向特性相似。但由于存在集电极与发射极间电压的影响,输入特性曲线往往不是一条。当uCE=0V 时,相当于C、E极短路,此时发射结与集电结并联,因此uCE=0V 的输入特性与二极管伏安特性相似。随着uCE的增大,曲线逐渐右移,uCE≥1V 后的输入特性曲线基本上是重合的。所以,通常只画出uCE=1V 的一条输入特性曲线。
(2)由图5-39可见,和二极管的伏安特性一样,晶体管输入特性也有一段死区。只有在发射结外加电压大于死区电压时,晶体管才会出现基极电流iB。硅管的死区电压约为0.5V,锗管的死区电压约为0.1V。
晶体管工作在线性区时,uBE的变化范围很小,NPN 型硅管的发射结电压uBE=0.6~0.7V,PNP型锗管的uBE=0.2~0.3V。为便于应用,本书规定,计算时硅管取uBE=0.7V,锗管取uBE=0.3V。(www.daowen.com)
2.输出特性曲线
输出特性曲线是指当基极电流iB 为常数时,晶体管的集电极电流iC 与集-射极电压uCE之间的关系曲线,即
在不同的iB 下,可得出不同的曲线,所以晶体管的输出特性曲线是一簇曲线,如图5-40所示。
图5-40 3DG6的输出特性曲线
当iB 增大时,相应的iC 也按比例增大,曲线上移。
通常将晶体管的输出特性曲线分为三个工作区(见图5-40):
(1)放大区。输出特性曲线的接近于水平的部分是放大区。晶体管工作于放大状态的外部偏置条件是发射结正偏,集电结反偏,对NPN 型晶体管而言,应使uBE>0,uBC<0。在放大区,iC=βiB,与uCE的关系不大,具有恒流特性。由于iC 和iB 成正比的关系,故放大区也称为线性区。晶体管工作于放大区的外部特征为:电流放大——iC=βiB;电流控制——iB 控制iC;恒流特性——曲线平坦。
可见,晶体管是电流控制型器件(基极电流控制集电极电流)。
(2)截止区。iB=0的曲线以下的区域称为截止区。晶体管工作于截止状态的外部偏置条件是发射结零偏或反偏,集电结反偏。对NPN 型硅管而言,当uBE<0.5V时,即已开始截止,但是为了截止可靠,常使uBE≤0V。晶体管截止时的外部特征为:iB=0,iC=ICEO≈0,uCE≈VCC,此时C、E极之间的电流极小,相当于开关的断开状态。
(3)饱和区。当uCE<uBE时,集电结处于正向偏置,晶体管工作于饱和状态,即晶体管工作于饱和状态的外部偏置条件是发射结和集电结均正偏。对于NPN型晶体管来说,uBE>0,uBC>0。在饱和区,不同iB 值的各条特性曲线几乎重叠在一起,iC 随uCE的增加几乎是直线上升的。也就是说,三极管的集电极电流iC基本上不随基极电流iB 线性变化。此时三极管失去了放大作用,不能再用放大区的iC=βiB 来描述两者间的关系。晶体管饱和时的外部特征为:uCE=UCES(饱和管压降),对于硅管UCES=0.3V,锗管UCES=0.1V;iB>iC/β。此时C、E 极之间的电阻很小,相当于开关的导通状态。
三极管用做开关时,工作在截止与饱和两个状态。一般是通过控制三极管的基极电压UB 来控制三极管的导通与断开。
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