晶体管特性曲线简介

晶体管的特性曲线是描述晶体管各电极间电压与电流之间关系的曲线，包括输入特性曲线和输出特性曲线。下面以晶体管共射放大电路为例，讨论NPN型管的特性曲线，其测试电路如图1-24所示，通过调节电阻R_b、R_c可测得特性曲线。

1.输入特性曲线

晶体管输入特性是指集电极和发射极之间电压u_CE一定的情况下，输入回路的基极与发射极之间的电压u_BE与基极电流i_B的关系。其函数式为

i_B=f（u_BE）|u_CE=常数

图1-24 晶体管特性曲线测试电路

图1-25 晶体管的特性曲线

u_CE的值不同，对应的输入特性曲线不相同。图1-25a是u_CE=0V和u_CE=1V时的输入特性曲线。由图1-25a可知，输入特性曲线是非线性的，所以晶体管是非线性器件。只有在输入特性曲线的陡峭上升部分近似于直线，在这一段可认为i_B与u_BE成正比关系，是输入特性曲线的线性区。当电压u_BE小于阈值电压U_BE（th）时，晶体管处于截止状态，硅管的U_BE（th）约为0.5V，锗管约为0.1V；当u_BE＞U_BE（th）时，随着u_BE的增加，i_B按照指数规律增加，然后近似直线上升。发射结导通后，其电压u_BE基本保持不变，硅管的导通电压u_BE约为0.7V，锗管导通电压u_BE约为0.2V。

1）当u_CE=0V时，晶体管的c和e两极短路，发射结和集电结均正向偏置，相当于正向接法的两个二极管并联，晶体管的输入特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。

2）当u_CE≥1V时，从图1-25a中可见，u_CE≥1V的曲线比u_CE=0时的曲线稍向右移，这是因为u_CE≥1V时，集电结加反偏电压，使耗尽层加宽，基区变薄，基区复合电流减小，即i_B减小，故特性曲线右移。由于u_CE=1V时，反向偏置的集电结已经把大多数来自发射区的自由电子吸引到集电区。u_CE继续增大时，i_B减小已不显著。所以u_CE≥1V后，不同u_CE对应的输入特性曲线基本重合，因此常用u_CE≥1V的一条曲线来表示晶体管的输入特性曲线。

2.输出特性曲线

输出特性曲线是指当i_B一定时，输出回路的集电极电流i_C与u_CE之间的关系曲线，用函数表示为

输出特性曲线如图1-25b所示，集电极电流i_C受基极i_B的控制，不同的i_B值对应一条不同的输出特性曲线，因而是一簇输出特性曲线。每条曲线的起始段都是由原点线性陡斜上升，然后弯曲变平；即u_CE较小时（约1V以下），i_C随u_CE的增加明显增加；而u_CE超过某一数值（约1V）后，再增加时，i_C保持不变，表现出恒流性质。根据晶体管的工作情况，可把输出特性曲线分为3个区域，即截止区、放大区和饱和区。

（1）截止区

一般将i_B=0以下的区域称为截止区。此时，发射结和集电结均反偏，即u_BE＜0，u_CE＞0。i_B=0，i_C≤I_CEO，由于一般都很小，小功率硅管的在1μA以下，锗管的小于几十微安，所以i_C≈0。三极管的c-e之间处于开路状态，相当于断开的开关。(www.xing528.com)

（2）放大区

晶体管工作在放大区的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。此时i_C与i_B的关系是：i_C=βi_B，即i_C的大小受i_B的控制，且i_C＞＞i_B，这就体现了晶体管的电流放大作用。当u_CE＞1V时，i_C基本上不随u_CE的变化而变化，而主要取决于i_B，表现出恒流特性。根据放大区每条输出特性曲线对应的I_C和I_B值，可估算出共射直流电流放大系数β=I_C/I_B；根据两条输出特性曲线对应的I_C和I_B的差值，可估算出共射交流电流放大系数β=ΔI_C/ΔI_B。

在放大区，由于发射结正偏且集电结反偏，所以晶体管的各极电位之间的关系如下：

NPN型：U_C＞U_B＞U_E

PNP型：U_C＜U_B＜U_E

（3）饱和区

晶体管处于饱和区时，发射结和集电结均处于正向偏置。在该区域，i_B＞0，u_CE≤u_BE，i_C＜βi_B，晶体管没有电流放大作用。在u_CE=u_BE时，晶体管处于临界饱和状态，图1-25b所示的虚线为临界饱和线，即放大区和饱和区的分界线。在饱和区，i_C不仅与i_B与有关，而且随着u_CE的增大而迅速增大。晶体管处于饱和状态时的u_CE值称为饱和压降，用U_CES表示。一般情况下，小功率硅管的U_CES为0.3V，锗管为0.1V。

由以上分析可知，晶体管有三种工作状态：放大、饱和和截止状态。在模拟电路中，晶体管一般处于放大状态。

3.温度对晶体管特性曲线的影响

（1）温度对输入特性曲线的影响

当温度升高时，输入特性曲线将左移；反之，将右移，如图1-26a所示。温度每升高1℃，发射结正向压降u_BE的值将下降约2～2.5mV。

（2）温度对输出特性曲线的影响

如图1-26b所示，当温度从20℃升高到70℃时，集电极电流增大，输出特性曲线上移（实线所示为20℃时的特性曲线，虚线所示为70℃时的特性曲线），且特性曲线之间的间隔增大，说明温度升高时电流放大系数β增大。

图1-26 温度对晶体管特性曲线的影响