三極管特性曲線
晶體管三個極,與二極管不同,所以不是簡單的二極管的伏安特性曲線能解決的,要分析三極管,這里只說共射電路,就分為兩個端口輸入和輸出,分別是輸入特性曲線和輸出特性曲線。
輸入特性曲線
輸入端,基極與射極之間的電壓UBE和電流IB。輸入信號是UBE,UBE控制電流IB,IB再控制IC,所以輸入特性曲線研究的是UBE對IB的控制。如下
IB=f(UBE)|UCE=常數
**含義:**IB的大小受輸入信號UBE的控制。
IB和UBE之間的關系就是二極管的伏安特性曲線,因為發射結是正向偏置的。所以如下圖
看了上面曲線,關于UBE和IB之間的關系很容易明白,但也還有兩個非常明顯的問題:
1.為什么UCE變大曲線右移
2.為什么UCE大于1v之后,曲線基本不移動了
分析:UCE=0v時,集電極與射極短路,就是PN結的伏安特性曲線。
當集電極電壓逐漸增大的時候,集電結的正偏慢慢的變成了反偏,漂移運動逐漸增強,集電結收集電子的能力逐漸增強,所以當相同UBE的情況下面,UCE變大流向基極的電流IB變小。而當UCE=1v的時候,集電結已經將發射結擴散到基區的電子全部收集走,所以當UCE>1v的時候,曲線幾乎不再左移。這樣以來,上面的兩個問題相信解釋的很清楚了。
輸出特性曲線
IC與UCE之間的關系,但是還收到IB的影響。
IC=f(UCE)|IB=常數
分析:這是一個曲線組,取其中一條分析當IB=0的時候這個電流是穿透電流ICEO,當IB=IB1的時候,剛開始UCE從零逐漸增大的過程,集電結由正偏慢慢到反偏,集電極收集電子的能力逐漸增強,所以曲線慢慢上升,但是當集電極將發射區擴散過來的電子基本全部收集走的時候,此時再增大UCE,IC就趨于不變了。所以整個曲線的走向是先上升,然后趨于平緩。
截止區:IB=0,發射結沒有正偏,此時的電流是穿透電流ICEO。
放大區:此時從圖中可以看出,IC的變化不受UCE的控制,完全受IB的控制,而且IC/IB約等于一個定值。
飽和區:此時從圖中可以看出來IC不受IB的控制,整個三極管就類似于一個大導體,雙結正偏。這時又一個UCES飽和壓降。
比較難以理解的就是飽和區,當βIB>ICmax的時候就進入飽和區了。雙結正偏UCE很小,集電結也正偏,此時的IC<βIB。
飽和區理解很重要的兩點:
對于一個IB不變的電路來說,IB放大得到的IC是大于IB飽和時的IC的,因為UCE是變化的。
對于一個UCE不變的電路來說,飽和時的IC就是ICmax,此時的UCE不足以支持IC到達此時的βIB,所以此時的βIB>ICmax。
所以想讓一個工作再放大區的三極管工作在飽和區,也就是從βIB=ICmax到βIB>ICmax有兩種辦法:
1.增加UBE也就是增大IB
2.減小UCE也就是減小ICmax
兩種方法的趨勢都是使集電結正偏。
主要參數
共射電流放大系數β⑧和β
在共射極放大電路中,若交流輸入信號為零,則管子各極間的電壓和電流都是直流量,此時的集電極電流IC和基極電流IB的比就是β⑧,β⑧稱為共射直流電流放大系數。
當共射極放大電路有交流信號輸入時,因交流信號的作用,必然會引起IB的變化,相應的也會引起IC的變化,兩電流變化量的比稱為共射交流電流放大系數β,即
交流放大系數
上述兩個電流放大系數β⑧和β的含義雖然不同,但工作在輸出特性曲線放大區平坦部分的三極管,兩者的差異極小,可做近似相等處理,故在今后應用時,通常不加區分,直接互相替代使用。
由于制造工藝的分散性,同一型號三極管的β值差異較大。常用的小功率三極管,β值一般為20~100。β過小,管子的電流放大作用小,β過大,管子工作的穩定性差,一般選用β在40~80之間的管子較為合適。
極間反向飽和電流ICBO和ICEO
(1)集電結反向飽和電流ICBO是指發射極開路,集電結加反向電壓時測得的集電極電流。常溫下,硅管的ICBO在nA(10-9)的量級,通常可忽略。
(2)集電極-發射極反向電流ICEO是指基極開路時,集電極與發射極之間的反向電流,即穿透電流,穿透電流的大小受溫度的影響較大,穿透電流小的管子熱穩定性好。
極限參數
(1)集電極最大允許電流ICM
晶體管的集電極電流IC在相當大的范圍內β值基本保持不變,但當IC的數值大到一定程度時,電流放大系數β值將下降。使β明顯減少的IC即為ICM。為了使三極管在放大電路中能正常工作,IC不應超過ICM。
極限參數圖
(2)集電極最大允許功耗PCM
晶體管工作時、集電極電流在集電結上將產生熱量,產生熱量所消耗的功率就是集電極的功耗PCM,即
PCM=ICUCE (5-7)
功耗與三極管的結溫有關,結溫又與環境溫度、管子是否有散熱器等條件相關。根據5-7式可在輸出特性曲線上作出三極管的允許功耗線,如圖5-8所示。功耗線的左下方為安全工作區,右上方為過損耗區。
手冊上給出的PCM值是在常溫下25℃時測得的。硅管集電結的上限溫度為150℃左右,鍺管為70℃左右,使用時應注意不要超過此值,否則管子將損壞。
(3)反向擊穿電壓UBR(CEO)
反向擊穿電壓UBR(CEO)是指基極開路時,加在集電極與發射極之間的最大允許電壓。使用中如果管子兩端的電壓UCE>UBR(CEO),集電極電流IC將急劇增大,這種現象稱為擊穿。管子擊穿將造成三極管永久性的損壞。三極管電路在電源EC的值選得過大時,有可能會出現,當管子截止時,UCE>UBR(CEO)導致三極管擊穿而損壞的現象。一般情況下,三極管電路的電源電壓EC應小于1/2 UBR(CEO)。
溫度的影響
1.溫度對輸入特性的影響
對于輸入來說,和二極管的正向特性一樣,UBE正向偏置,二極管正偏,溫度每升高一度,UBE下降2mv左右。
2.對于輸出的影響
對于輸出來說,集電結反偏,有反向飽和電流ICEO,ICEO是由少數載流子漂移運動形成的,它與環境溫度關系很大,ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃,ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小,所以,溫度對硅管ICEO的影響不大。
3.對于β的影響
三極管的β隨溫度的升高將增大,溫度每上升1℃,β值約增大0.5~1%,其結果是在相同的IB情況下,集電極電流IC隨溫度上升而增大。
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