三极管特性曲线省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

11-5-3 1-5-3 晶体三极管伏安特征曲线晶体三极管伏安特征曲线E 晶体管伏安特征曲线是描述三极管各端电流与两个晶体管伏安特征曲线是描述三极管各端电流与两个PNPN结外加电压之间关系一个形式，其特点是能直观，全结外加电压之间关系一个形式，其特点是能直观，全方面地反应晶体管电气性能外部特征。方面地反应晶体管电气性能外部特征。E 晶体管特征曲线普通用试验方法描绘或专用仪器（如晶体管特征曲线普通用试验方法描绘或专用仪器（如晶体管图示仪）测量得到。晶体管图示仪）测量得到。E 晶体三极管为三端器件，在电路中要组成四端网络，晶体三极管为三端器件，在电路中要组成四端网络，它每对端子都有两个变量（它每对端子都有两个变量（端口电压和电流端口电压和电流），所以要），所以要在平面坐标上表示晶体三极管伏安特征，就必须采取两在平面坐标上表示晶体三极管伏安特征，就必须采取两组曲线簇，我们最常采取是组曲线簇，我们最常采取是输入特征曲线簇输入特征曲线簇和和输出特征输出特征曲线簇。曲线簇。第1页2E 输入特征是指三极管输入回路中，加在基极输入特征是指三极管输入回路中，加在基极和发射极电压和发射极电压U UBEBE与由它所产生基极电流与由它所产生基极电流I IB B之间之间关系。关系。E（1 1）U UCE CE=0=0时相当于集电极与发射极短路，时相当于集电极与发射极短路，此时，此时，I IB B和和U UBEBE关系就是发射结和集电结两个正关系就是发射结和集电结两个正向二极管并联伏安特征。向二极管并联伏安特征。E 因为此时因为此时J JE E和和J JC C均正偏，均正偏，I IB B是发射区和集电是发射区和集电区分别向基区扩散电子电流之和。区分别向基区扩散电子电流之和。一、输入特征曲线一、输入特征曲线第2页3输入特征输入特征曲线簇曲线簇第3页4E（2 2）U UCECE1V 1V 即：给集电结加上固定反向电即：给集电结加上固定反向电压，集电结吸引力加强！使得从发射区进入基区压，集电结吸引力加强！使得从发射区进入基区电子绝大部分流向集电极形成电子绝大部分流向集电极形成I Ic c。E 同时，在相同同时，在相同U UBEBE值条件下，流向基极电流值条件下，流向基极电流I IB B减小，即特征曲线右移，减小，即特征曲线右移，E 总之，晶体管输入特征曲线与二极管正向特总之，晶体管输入特征曲线与二极管正向特征相同，因为征相同，因为b b、e e间是正向偏置间是正向偏置PNPN结（放大模结（放大模式下）式下）第4页51.3.4 特征曲线特征曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 试验线路试验线路第5页6一、一、输入特征输入特征UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗锗管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。第6页7二、输出特征曲线二、输出特征曲线E 输出特征通常是指在一定基极电流输出特征通常是指在一定基极电流I IB B控制下，控制下，三极管集电极与发射极之间电压三极管集电极与发射极之间电压U UCECE同集电极电同集电极电流流I Ic c关系。关系。E 现在我们所见是共射输出特征曲线表示以现在我们所见是共射输出特征曲线表示以I IB B为参变量时，为参变量时，I Ic c和和U UCECE间关系：间关系：E 即即 I Ic c=f(U=f(UCECE)|)|IB=IB=常数常数E 实测输出特征曲线如图所表示：依据外加电实测输出特征曲线如图所表示：依据外加电压不一样，整个曲线可划分为四个区：压不一样，整个曲线可划分为四个区：放大区、截止区、饱和区、击穿区放大区、截止区、饱和区、击穿区第7页8二、二、输出特征输出特征IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定数值时，定数值时，IC只只与与IB相关，相关，IC=IB。第8页9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结集电结正偏，正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱称为饱和区。和区。第9页10IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 第12页131 1、截止区：、截止区：晶体管工作在截止模式下，有：晶体管工作在截止模式下，有：U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC0 0.7V,U 0.7V,UBC BC 0IIB B；伴随伴随U UCECE增加，曲线有些上翘。增加，曲线有些上翘。此时此时:IIc cIIB B，管子在放大区含有很强电，管子在放大区含有很强电流放大作用。流放大作用。第14页15 结论：结论：在放大区，在放大区，U UBEBE 0.7V 0.7V，U UBCBC 0IIcIB B，含有很强电流放大作用！，含有很强电流放大作用！第15页163 3、饱和区：、饱和区：E 晶体管工作在饱和模式下：晶体管工作在饱和模式下：E U UBEBE0.7V0.7V，U UBCBC00，即：，即：Je Je、Jc Jc均正偏。均正偏。E 特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线上升部分特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线上升部分十分密集，几乎重合在一起，能够看出：十分密集，几乎重合在一起，能够看出：当当 I IB B 改变时，改变时，Ic Ic 基本上不会随之而改变。基本上不会随之而改变。E 晶体管饱和程度将因晶体管饱和程度将因I IB B和和Ic Ic数值不一样而改变，数值不一样而改变，第16页17E普通要求：普通要求：当当 U UCECE=U=UBE BE 时状态为时状态为临界饱和临界饱和（V VCBCB=0=0）当当 U UCECEU UBE BE 时状态为时状态为过饱和过饱和；E 饱和时饱和时U UCECE用用U UCESCES表示，三极管深度饱和时表示，三极管深度饱和时U UCESCES很小，普通小功率管很小，普通小功率管U UCESCES 0.3V0.3V，而锗管，而锗管U UCESCES 0.1V0.1V，比硅管还要小。，比硅管还要小。第17页184 4、击穿区、击穿区E 伴随伴随U UCECE增大，加在增大，加在J JE E上反向偏置电压上反向偏置电压U UCBCB对应增大。对应增大。E 当当U UCECE增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电流流Ic Ic剧增，这一特征表现在输出特征图上则为击穿区域。剧增，这一特征表现在输出特征图上则为击穿区域。E 造成击穿原因：造成击穿原因：E 因为集电结是轻掺杂，产生反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压因为集电结是轻掺杂，产生反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压较大。除此之外，在基区宽度很小三极管中，还会发生特有穿通击较大。除此之外，在基区宽度很小三极管中，还会发生特有穿通击穿，即：当穿，即：当U UCECE增大时，增大时，U UCBCB对应增大，造成集电结对应增大，造成集电结Jc Jc阻挡层宽度增阻挡层宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失，这时发射区多子电子将宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失，这时发射区多子电子将直接收集电结电场作用，引发集电极电流快速增大，展现类似击穿直接收集电结电场作用，引发集电极电流快速增大，展现类似击穿现象。现象。E 三极管反向击穿主要表现为集电结雪崩击穿。三极管反向击穿主要表现为集电结雪崩击穿。第18页195 5、晶体管三极管工作特点以下：、晶体管三极管工作特点以下：E（1 1）为了在放大模式信号时不产生显著失真，三）为了在放大模式信号时不产生显著失真，三极管应该工作在输入特征线性部分，而且一直工极管应该工作在输入特征线性部分，而且一直工作在输出特征放大区，任何时候都不能工作在截作在输出特征放大区，任何时候都不能工作在截止区和饱和区。止区和饱和区。E（2 2）为了确保三极管工作在放大区，在组成放大）为了确保三极管工作在放大区，在组成放大电路时，外加电源极性应使三有管发射结处于正电路时，外加电源极性应使三有管发射结处于正向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态。向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态。第19页20E（3 3）即使三极管工作在放大区，因为其输入，输）即使三极管工作在放大区，因为其输入，输出特征并不完全理想（表现为曲线而非直线），出特征并不完全理想（表现为曲线而非直线），所以放大后波形仍有一定程度非线性失真。所以放大后波形仍有一定程度非线性失真。E（4 4）因为三极管是一个非线性元件，其各项参数）因为三极管是一个非线性元件，其各项参数（如（如、r rbebe等）都不是常数，所以在分析三极管组等）都不是常数，所以在分析三极管组成放大电路时，不能简单地采取线性电路分析方成放大电路时，不能简单地采取线性电路分析方法。而放大电路基本分析方法是图解法和微变等法。而放大电路基本分析方法是图解法和微变等效电路（小信号电路分析）法。效电路（小信号电路分析）法。第20页21三、温度对晶体管特征影响三、温度对晶体管特征影响E 因为三极管也是由半导体材料组成，和二极管一样，因为三极管也是由半导体材料组成，和二极管一样，温度对晶体管特征有着不容忽略影响。表现在以下三个温度对晶体管特征有着不容忽略影响。表现在以下三个方面：方面：E 1 1、温度对、温度对U UBEBE影响：输入特征曲线随温度升高向影响：输入特征曲线随温度升高向左左移，移，这么在这么在I IB B不变时，不变时，U UBEBE将减小。将减小。U UBEBE随温度改变规律与二随温度改变规律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高极管正向导通电压一样，即：温度每升高11，U UBEBE减小减小2 22.5mV2.5mV。E 2 2、温度对、温度对I ICBOCBO影响：影响：I ICBOCBO是集电结反向饱和电流，它随是集电结反向饱和电流，它随温度改变规律是：温度每升高温度改变规律是：温度每升高1010，I ICBOCBO约增大一倍。约增大一倍。第21页22E 3 3、温度对、温度对 影响：晶体管电流放大系数影响：晶体管电流放大系数 随温随温度升高而增大，改变规律是：每升高度升高而增大，改变规律是：每升高11，值增值增大大0.50.51%1%。E 在输出特征曲线上，曲线间距离随温度升高而在输出特征曲线上，曲线间距离随温度升高而增大。增大。E 总之：总之：温度对温度对U UBEBE、I ICBOCBO和和 影响反应在管子影响反应在管子上集电极电流上集电极电流 Ic Ic上，它们都是使上，它们都是使 Ic Ic随温度升高而随温度升高而增大，这么造成后果将在后面放大电路稳定及反增大，这么造成后果将在后面放大电路稳定及反馈中详细讨论。馈中详细讨论。第22页23 四、三极管开关工作特征：四、三极管开关工作特征：E （轮番工作在饱和模式和截止模式下）（轮番工作在饱和模式和截止模式下）E 三极管开关特征在数字电路中用得非常广泛，三极管开关特征在数字电路中用得非常广泛，是数电路中最基本开关元件，通常不是工作在是数电路中最基本开关元件，通常不是工作在饱和区就是工作在截止区，而放大区只是出现饱和区就是工作在截止区，而放大区只是出现在三极管由饱和区变为截止或由截止变为饱和在三极管由饱和区变为截止或由截止变为饱和过渡过程中，是瞬间即逝，过渡过程中，是瞬间即逝，E 所以对开关管，我们要尤其注意其开关条件所以对开关管，我们要尤其注意其开关条件和它在开关状态下工作特点。（重点在结论）和它在开关状态下工作特点。（重点在结论）第23页24p 如右图电路中：如右图电路中：p 当当U UI I=0=0时，时，晶体晶体管截止管截止p 当当U UI I=3V=3V时，晶时，晶体管饱和导通。体管饱和导通。IBIC第24页25 饱和导通条件及饱和时特点：饱和导通条件及饱和时特点：条件：三极管临界饱和时条件：三极管临界饱和时 U UCECE=U=UCES CES ,Ic=I,Ic=ICS CS ,I,IB B=I=IBSBS 由上面电路知由上面电路知 ：其中其中U UCESCES很小很小 ！第25页26 在工作中，若三极管基极电流在工作中，若三极管基极电流I IB B大于临界饱和时大于临界饱和时I IBSBS，则晶体管，则晶体管T T导通，即导通，即 当当:时，时，T T 导通导通 特点：由输入和输出特征知：对硅管来说，饱和特点：由输入和输出特征知：对硅管来说，饱和导通后，导通后，U UBEBE=U=UBESBES=0.7V=0.7V，U UCECE=U=UCESCES0.3V0.3V，如同闭如同闭合开关。合开关。第26页27 截止条件及截止时特点：截止条件及截止时特点：p 条件：条件：U UBEBEUUONON=0.5V=0.5V，V VONON为硅管发射结死区为硅管发射结死区电压。电压。p 由三极管输入特征知道，当由三极管输入特征知道，当U UBE BE 0.5V 0.5V时，管子时，管子基本上截止，所以，在数字电路分析估算中，常基本上截止，所以，在数字电路分析估算中，常把把U UBEBE 0.5VUU(BR)CEO(BR)CEO（3 3）集电极最大允许功率损耗）集电极最大允许功率损耗P PCMCM：P PCM CM=I=Ic cUUCECE P PCMCM决定于管子允许温升，管子在使用时功耗不决定于管子允许温升，管子在使用时功耗不能超出能超出P PCMCM，而且要注意散热，而且要注意散热，Si Si管为管为150150，GeGe管管为为7070即为上限温度。即为上限温度。第36页37 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出焦耳所发出焦耳 热为：热为：PC=ICUCE 必定造成结温必定造成结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区第37页38六、晶体三极管应用六、晶体三极管应用p 作为三端器件晶体三极管是伏安特征为非线性有源器件，作为三端器件晶体三极管是伏安特征为非线性有源器件，工作在放大区时含有正向受控作用，等效为一个受控电流工作在放大区时含有正向受控作用，等效为一个受控电流源，而工作在饱和区和截止区时含有可控开关特征。这种源，而工作在饱和区和截止区时含有可控开关特征。这种非线性和可控性（正向受控和可控开关）是实现众多功效非线性和可控性（正向受控和可控开关）是实现众多功效电路基础，或者说，众多应用电路都是以三极管为关键，电路基础，或者说，众多应用电路都是以三极管为关键，配以适当管外电路组成。配以适当管外电路组成。p 利用三极管组成电路能够有：利用三极管组成电路能够有：p 放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开放大电路、电流源、跨导线性电路、有源电阻、可控开关等。关等。第38页39例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管静态工作点晶体管静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 第39页40例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管静态工作点晶体管静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC ICmax(=2mA)，Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：第40页41USB=5V时时:例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管静态工作点晶体管静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍关系。倍关系。第41页42七、三极管等效电路模型七、三极管等效电路模型p 我们将在放大电路分析中再讲，以免重复。我们将在放大电路分析中再讲，以免重复。第42页