BJT共射极I-U特性曲线优化

BJT的I-U特性曲线能直观地描述各极电流与各极间电压之间的关系。由图2.1.4可见，不管是哪种连接方式，都可以把BJT视为一个二端口网络，其中一个端口是输入端口（端口变量是输入电流和输入电压），另一个端口是输出端口（端口变量是输出电流和输出电压）。因此要完整地描述BJT的I-U特性，必须选用两组特性曲线。工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线，一般都采用实验方法逐点描绘出来或用专用的晶体管I-U特性图示仪直接在荧屏上显示出来。

由于BJT在不同组态时具有不同的端电压和电流，因此，它们的I-U特性曲线也就各不相同。这里着重讨论共射极连接时的I-U特性曲线。

BJT连接成共射极形式时，输入电压为uBE，输入电流为iB，输出电压为uCE，输出电流为iC，如图2.1.6所示。

图2.1.6　共射极连接

2.1.3.1　输入特性曲线

输入特性曲线描述管压降uCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的函数关系，即

因为发射结正偏，所以BJT的输入特性曲线与半导体二极管的正向I-U特性曲线相似。但随着uCE的增加，特性曲线向右移动。也就是说，当保持uBE不变时，随着uCE的增加，iB将减小。或者说，当保持iB不变时，随着uCE的增加，uBE将增大。

当uCE=0 V时，相当于集电极与发射极短路，即发射结与集电结并联。因此，输入特性曲线与PN结的伏安特性相类似，呈指数关系，见图2.1.7中标注uCE= 0V的那条曲线。当uCE增大时，曲线将右移，见图2.1.7中标注1 V和10 V的曲线。这是因为，由发射区注入基区的非平衡少子有一部分越过基区和集电结形成集电极电流iC，使得在基区参与复合运动的非平衡少子随uCE的增大（即集电结反向电压的增大）而减小；因此，要获得同样的iB就必须加大uBE，使发射区向基区注入更多的电子。

实际上，对于确定的uBE当uCE增大到一定值以后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入基区的绝大部分非平衡少子都收集到集电区，因而再增大uCE，iC也不可能明显增大了，也就是说iB已基本不变。因此，uCE超过一定数值后，曲线不再明显右移而基本重合。对于小功率管，可以用uCE大于1 V的任何一条曲线来近似uCE大于1 V的所有曲线。

图2.1.7　共射极输入特性曲线

2.1.3.2　输出特性曲线

输出特性曲线描述基极电流iB为常量时，集电极电流IC与管压降uCE之间的函数关系，即

图2.1.8是NPN型硅BJT共射极连接时的输出特性曲线。由图可以看到BJT的三个工作区域：放大区、饱和区和截止区（图中的截止区范围有所夸大，实际上对硅管而言，iB= 0的那条曲线几乎与横轴重合）。(www.xing528.com)

图2.1.8　共射极输出特性曲线

1.放大区

BJT工作在放大区时，发射结正偏电压大于开启电压，而集电结反偏。在放大区域内，BJT输出特性曲线的特点是各条曲线几乎与横坐标轴平行，但随着uCE的增加，各条曲线略向上倾斜。在理想情况下，当iB按等差变化时，输出特性是一簇横轴的等距离平行线，iC几乎仅仅取决于iB，而与uCE无关，表现出iB对iC的控制作用：IC=IB，ΔiC= βΔiB。

2.饱和区

一般称BJT的发射结和集电结均处于正向偏置的区域为饱和区。在该区域内，有uCE≤uBE，因而集电结内电场被削弱，集电结收集载流子的能力减弱，这时即使iB增加，iC也增加不多，或者基本不变，说明iC不再服从βiB的电流分配关系了。但iC随uCE的增加而迅速上升。该区域内的uCE很小，称为BJT的饱和压降uCES，其大小与iB及iC有关。图2.1.8中的虚线是饱和区与放大区的分界线，称为临界饱和线。对于小功率管，认为当uCE= uBE（即uBC= 0）时，BJT处于临界饱和（或临界放大）状态。但在实际应用中，当集电结上所加的正向偏置电压较小（硅管小于4 V，锗管小于0.1 V）时，集电结收集载流子的能力仍然较强，结电压对电流的控制作用和放大状态接近。

3.截止区

截止区是指集电结反向偏置，发射结上偏置电压小于PN结的开启电压，发射极电流iE= 0时所对应的区域，此时iB= -ICBO。但对于小功率管而言，工程上常把iB= 0的那条输出特性曲线以下的区域称为截止区。因为iB= 0时，虽有iC= ICEO，但小功率管的ICEO通常很小，可以忽略它的影响。

2.1.3.3　举例

例2.1.1　现已测得某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位如表2.1.1所示，各晶体管b-e间开启电压Uon均为0.5 V。试分别说明各管子的工作状态。

解：在电子电路中，可以通过测试晶体管各极的直流电位来判断晶体管的工作状态。对于NPN型管，当b-e间电压uBE＜Uon时，管子截止；当uBE＞Uon且管压降uCE≥uBE（或VC≥VB）时，管子处于放大状态；当uCE≥uBE且管压降uCE＜uBE（或VC＜VB）时，管子处于饱和状态。

硅管的Uon约为0.5 V，锗管的Uon约为0.1 V。对于PNP型管，读者可类比NPN型管总结规律。

表2.1.1　例2.1.1中各晶体管电极直流电位

根据上述规律可知，T1处于放大状态，因为UBE= 0.7 V且UCE= 5 V，UCE＞UBE。T2处于饱和状态，因为UBE= 0.7 V，且UCE= UC-UE= 0.4 V，UCE＜UBE。T3处于放大状态，因为UBE= UB-UE= 0.7 V，且UCE= UC-UE= 1.7 V，UCE＞UBE。T4处于截止状态，因为UBE= 0 V ＜Uon。将分析结果填入表2.1.2。

表2.1.2　例2.1.1 中各晶体管的工作状态