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  • 三極管BJT特性曲線,原理介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2021-08-30 17:03:03
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    三極管BJT特性曲線,原理介紹
    三極管特性曲線
    晶體管三個(gè)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(gè)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(shù)
    **含義:**IB的大小受輸入信號UBE的控制。
    IB和UBE之間的關(guān)系就是二極管的伏安特性曲線,因?yàn)榘l(fā)射結(jié)是正向偏置的。所以如下圖
    三極管特性曲線
    看了上面曲線,關(guān)于UBE和IB之間的關(guān)系很容易明白,但也還有兩個(gè)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(shí),集電極與射極短路,就是PN結(jié)的伏安特性曲線。
    當(dāng)集電極電壓逐漸增大的時(shí)候,集電結(jié)的正偏慢慢的變成了反偏,漂移運(yùn)動逐漸增強(qiáng),集電結(jié)收集電子的能力逐漸增強(qiáng),所以當(dāng)相同UBE的情況下面,UCE變大流向基極的電流IB變小。而當(dāng)UCE=1v的時(shí)候,集電結(jié)已經(jīng)將發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)的電子全部收集走,所以當(dāng)UCE>1v的時(shí)候,曲線幾乎不再左移。這樣以來,上面的兩個(gè)問題相信解釋的很清楚了。
    輸出特性曲線
    IC與UCE之間的關(guān)系,但是還收到IB的影響。
    IC=f(UCE)|IB=常數(shù)
    三極管特性曲線
    分析:這是一個(gè)曲線組,取其中一條分析當(dāng)IB=0的時(shí)候這個(gè)電流是穿透電流ICEO,當(dāng)IB=IB1的時(shí)候,剛開始UCE從零逐漸增大的過程,集電結(jié)由正偏慢慢到反偏,集電極收集電子的能力逐漸增強(qiáng),所以曲線慢慢上升,但是當(dāng)集電極將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子基本全部收集走的時(shí)候,此時(shí)再增大UCE,IC就趨于不變了。所以整個(gè)曲線的走向是先上升,然后趨于平緩。
    截止區(qū):IB=0,發(fā)射結(jié)沒有正偏,此時(shí)的電流是穿透電流ICEO。
    放大區(qū):此時(shí)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(gè)定值。
    飽和區(qū):此時(shí)從圖中可以看出來IC不受IB的控制,整個(gè)三極管就類似于一個(gè)大導(dǎo)體,雙結(jié)正偏。這時(shí)又一個(gè)UCES飽和壓降。
    比較難以理解的就是飽和區(qū),當(dāng)βIB>ICmax的時(shí)候就進(jìn)入飽和區(qū)了。雙結(jié)正偏UCE很小,集電結(jié)也正偏,此時(shí)的IC<βIB。
    飽和區(qū)理解很重要的兩點(diǎn):
    對于一個(gè)IB不變的電路來說,IB放大得到的IC是大于IB飽和時(shí)的IC的,因?yàn)閁CE是變化的。
    對于一個(gè)UCE不變的電路來說,飽和時(shí)的IC就是ICmax,此時(shí)的UCE不足以支持IC到達(dá)此時(shí)的βIB,所以此時(shí)的βIB>ICmax。
    所以想讓一個(gè)工作再放大區(qū)的三極管工作在飽和區(qū),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(jié)正偏。
    主要參數(shù)
    共射電流放大系數(shù)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(shí)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(shù)。
    當(dāng)共射極放大電路有交流信號輸入時(shí),因交流信號的作用,必然會引起IB的變化,相應(yīng)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(shù)β,即
    交流放大系數(shù)
    上述兩個(gè)電流放大系數(shù)β⑧和β的含義雖然不同,但工作在輸出特性曲線放大區(qū)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(yīng)用時(shí),通常不加區(qū)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(wěn)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(jié)反向飽和電流ICBO是指發(fā)射極開路,集電結(jié)加反向電壓時(shí)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(fā)射極反向電流ICEO是指基極開路時(shí),集電極與發(fā)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(wěn)定性好。
    極限參數(shù)
    (1)集電極最大允許電流ICM
    晶體管的集電極電流IC在相當(dāng)大的范圍內(nèi)β值基本保持不變,但當(dāng)IC的數(shù)值大到一定程度時(shí),電流放大系數(shù)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(yīng)超過ICM。
    極限參數(shù)圖
    (2)集電極最大允許功耗PCM
    晶體管工作時(shí)、集電極電流在集電結(jié)上將產(chǎn)生熱量,產(chǎn)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(jié)溫有關(guān),結(jié)溫又與環(huán)境溫度、管子是否有散熱器等條件相關(guān)。根據(jù)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(qū),右上方為過損耗區(qū)。
    手冊上給出的PCM值是在常溫下25℃時(shí)測得的。硅管集電結(jié)的上限溫度為150℃左右,鍺管為70℃左右,使用時(shí)應(yīng)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(shí),加在集電極與發(fā)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(xiàn)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(shí),有可能會出現(xiàn),當(dāng)管子截止時(shí),UCE>UBR(CEO)導(dǎo)致三極管擊穿而損壞的現(xiàn)象。一般情況下,三極管電路的電源電壓EC應(yīng)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(jié)反偏,有反向飽和電流ICEO,ICEO是由少數(shù)載流子漂移運(yùn)動形成的,它與環(huán)境溫度關(guān)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(jié)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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