分析三极管的特性及应用实例

知识储备

1.三极管的特性曲线

三极管的特性曲线是各电极电压与电流之间的关系曲线。它反映了三极管的外部性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线主要有输入特性曲线和输出特性曲线。这些特性曲线可用晶体管特性图示仪进行显示，也可以通过实验测试分析得到。图1.33是共发射极接法时的输入特性曲线和输出特性曲线测试的实验电路。

1）输入特性曲线

输入特性曲线是指当集射极电压uCE为一定值时，基极电流iB与基射极电压uBE之间的关系曲线，即

iB=f （uBE）|uCE=常数

三极管输入特性曲线如图1.34所示。其特点如下。

当uCE=0 V时，集电极与发射极短接，相当于两个二极管并联，输入特性类似于二极管的正向伏安特性。

当0≤uCE＜1 V时，集电结处于反向偏置，其吸引电子的能力加强，使得从发射区进入基区的电子更多地流向集电区，因此对应于相同的uBE流向基极的电流iB比原来uCE=0时减小了，特性曲线右移。

实际上，对一般的NPN型硅管，当uCE≥1 V时，只要UBE保持不变，则从发射区发射到基区的电子数目一定，而集电结所加的反向电压大到1 V后，已能把这些电子中的绝大部分吸引到集电极，所以即使uCE再增加，iB也不会有明显的变化，因此uCE≥1 V以后的特性曲线基本上重合。

图1.33　三极管特性曲线测试电路

图1.34　输入特性曲线

从图1.34可见，三极管的输入特性曲线和二极管的伏安特性曲线一样，也有一段死区。只有当发射结的外加电压大于死区电压时，三极管才会有基极电流iB。硅管的死区电压为0.5V，锗管为0.1～0.2V。在正常工作情况下，硅管的发射结电压UBE=0.6～0.7V，锗管的发射结电压UBE=0.2～0.3V。

2）输出特性曲线

输出特性曲线是指基极电流iB为一定值时，集电极电流iC与集射极电压uCE之间的关系曲线，即

图1.35　输出特性曲线

iC=f （uCE）|iB=常数

当iB为不同值时，可得到不同的特性曲线，所以三极管输出特性曲线是一簇曲线，如图1.35所示。

根据三极管的工作状态不同，输出的特性曲线可分为以下3个区域。

（1）截止区。

iB=0的曲线以下的区域称为截止区。这时集电结为反向偏置，发射结也为反向偏置，故iB≈0，iC≈0，此时集电极与发射极之间相当于一个开关的断开状态。

（2）饱和区。

输出特性曲线的近似垂直上升部分与iC轴之间的区域称为饱和区。这时，uCE＜uBE，集电结为正向偏置，发射结也为正向偏置，都呈现低电阻状态。uCE=uBE称为临界饱和状态，所有临界拐点的连线即为临界饱和线。饱和时集电极与发射极之间的电压UCES称为饱和压降。它的数值很小，特别是在深度饱和时，小功率管通常小于0.3V。在饱和区iC不受iB的控制，当iB变化时，iC基本不变，而由外电路参数所决定，三极管失去电流放大作用。

（3）放大区。

拐点的连线以右及iB=0曲线以上的区域为放大区。在此区域，特性曲线近似于水平线，iC几乎与uCE无关，iC与iB成β倍关系，故放大区也称为线性区。三极管工作在放大区时，发射结为正向偏置，集电结为反向偏置。

2.三极管的主要参数

1）电流放大系数

由于制造工艺的分散性，即使同一型号的三极管，β值也有很大的差别，常用的β值为20～100。在选择三极管时，如果值β太小，电流放大能力差；β值太大，对温度的稳定性又太差。

2）极间反向电流

（1）集-基极反向饱和电流ICBO：指发射极开路时，集电极与基极间的反向电流。

（2）集-射极反向饱和电流ICEO：指基极开路时，集电极与发射极间的反向电流，也称为穿透电流。

ICEO=(1+β)ICBO

反向电流受温度的影响大，对三极管的工作影响很大，要求反向电流越小越好。常温时，小功率锗管ICBO约为几μA，小功率硅管在1 μA以下，所以常选用硅管。

3）集电极最大允许电流

集电极电流IC超过一定值时，三极管的β值会下降。当β值下降到正常值的1/3时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。

4）集电极击穿电压U（BR）CEO(www.xing528.com)

基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压，称为集电极击穿电压U（BR）CEO。当三极管的集射极电压UCE大于该值时，IC会突然大幅上升，说明三极管已被击穿。

5）集电极最大允许耗散功率PCM

当集电极电流流过集电结时要消耗功率而使集电结温度升高，从而会引起三极管参数变化。当三极管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电结所消耗的最大功率称为集电极最大允许耗散功率PCM，即

PCM=ICUCE

根据此式，在输出特性曲线上可画出一条曲线，称为集电极功耗曲线，如图1.36所示。在曲线的右上方ICUCE＞PCM，这个范围称为过损耗区，在曲线的左下方ICUCE＜PCM，这个范围称为安全工作区。三极管应选在此区域内工作。

PCM值与环境温度和管子的散热条件有关，因此为了提高PCM值，常采用散热装置。

图1.36　三极管的安全工作区

自测习题

1.填空

（1）根据三极管的工作状态不同，输出特性曲线可分为3个区域，即饱和区、截止区、_________。

（2）通过共发射极电路的输入特性曲线可知，三极管输入特性曲线类似于二极管的_________特性曲线，硅管的导通压降大概是_________V，锗管的导通压降大概是_________V，所以三极管也是_________器件（线性/非线性）。

（3）从输出特性曲线可以看出，在放大区域，满足IC≈βIB ；在截止区域，IB___0（≤/≥）；深度饱和时，硅管的饱和压降是_________V，锗管的饱和压降是_________V。

2.判断

（1）三极管的特性曲线主要有输入特性曲线和输出特性曲线。（　　）

（2）三极管输出特性曲线可分为3个区域，即截止区、饱和区、放大区。（　　）

（3）要使三极管能起正常放大作用，发射结正偏，集电结反偏。（　　）

（4）三极管输出特性曲线可分为3个区域，即截止区、饱和区、截流区。（　　）

（5）三极管工作在截止区时，发射结反偏，集电结反偏。（　　）

（6）满足IC=βIB的关系时，三极管一定工作在放大区。（　　）

（7）三极管工作在饱和区时，发射结正偏，集电结正偏。（　　）

（8）三极管最主要的特性为最大反向工作电压。（　　）

3.选择

（1）如果在NPN型三极管放大电路中测得发射结为正向偏置，集电结也为正向偏置，则此管的工作状态为（　　）。

A. 放大状态　B. 截止状态　C. 饱和状态

（2）晶体三极管的两个PN结都反偏时，则晶体三极管所处的状态是（　　）。

A. 放大状态　B. 饱和状态　C. 截止状态

（3）满足IC=βIB的关系时，三极管一定工作在（　　）。

A. 截止区　B. 饱和区　C. 放大区

自测习题答案