三極體BJT特性曲線,原理

2021-10-07 08:52:14 字數 3290 閱讀 1962

電晶體三個極,與二極體不同,所以不是簡單的二極體的伏安特性曲線能解決的,要分析三極體,這裡只說共射電路,就分為兩個埠輸入和輸出,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。輸入訊號是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

**含義:**ib的大小受輸入訊號ube的控制。

ib和ube之間的關係就是二極體的伏安特性曲線,因為發射結是正向偏置的。所以如下圖

看了上面曲線,關於ube和ib之間的關係很容易明白,但也還有兩個非常明顯的問題:

1.為什麼uce變大曲線右移

2.為什麼uce大於1v之後,曲線基本不移動了

分析:uce=0v時,集電極與射極短路,就是pn結的伏安特性曲線。

當集電極電壓逐漸增大的時候,集電結的正偏慢慢的變成了反偏,漂移運動逐漸增強,集電結收集電子的能力逐漸增強,所以當相同ube的情況下面,uce變大流向基極的電流ib變小。而當uce=1v的時候,集電結已經將發射結擴散到基區的電子全部收集走,所以當uce>1v的時候,曲線幾乎不再左移。這樣以來,上面的兩個問題相信解釋的很清楚了。

輸出特性曲線

ic與uce之間的關係,但是還收到ib的影響。

ic=f(uce)|ib=常數

分析:這是乙個曲線組,取其中一條分析當ib=0的時候這個電流是穿透電流iceo,當ib=ib1的時候,剛開始uce從零逐漸增大的過程,集電結由正偏慢慢到反偏,集電極收集電子的能力逐漸增強,所以曲線慢慢上公升,但是當集電極將發射區擴散過來的電子基本全部收集走的時候,此時再增大uce,ic就趨於不變了。所以整個曲線的走向是先上公升,然後趨於平緩。

截止區:ib=0,發射結沒有正偏,此時的電流是穿透電流iceo。

放大區:此時從圖中可以看出,ic的變化不受uce的控制,完全受ib的控制,而且ic/ib約等於乙個定值。

飽和區:此時從圖中可以看出來ic不受ib的控制,整個三極體就類似於乙個大導體,雙結正偏。這時又乙個uces飽和壓降。

比較難以理解的就是飽和區,當βib>icmax的時候就進入飽和區了。雙結正偏uce很小,集電結也正偏,此時的ic

飽和區理解很重要的兩點:

對於乙個ib不變的電路來說,ib放大得到的ic是大於ib飽和時的ic的,因為uce是變化的。

對於乙個uce不變的電路來說,飽和時的ic就是icmax,此時的uce不足以支援ic到達此時的βib,所以此時的βib>icmax。

所以想讓乙個工作再放大區的三極體工作在飽和區,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正偏。

主要引數

共射電流放大係數β⑧和β

在共射極放大電路中,若交流輸入訊號為零,則管子各極間的電壓和電流都是直流量,此時的集電極電流ic和基極電流ib的比就是β⑧,β⑧稱為共射直流電流放大係數。

當共射極放大電路有交流訊號輸入時,因交流訊號的作用,必然會引起ib的變化,相應的也會引起ic的變化,兩電流變化量的比稱為共射交流電流放大係數β,即

上述兩個電流放大係數β⑧和β的含義雖然不同,但工作在輸出特性曲線放大區平坦部分的三極體,兩者的差異極小,可做近似相等處理,故在今後應用時,通常不加區分,直接互相替代使用。

由於製造工藝的分散性,同一型號三極體的β值差異較大。常用的小功率三極體,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)集電結反向飽和電流icbo是指發射極開路,集電結加反向電壓時測得的集電極電流。常溫下,矽管的icbo在na(10-9)的量級,通常可忽略。

(2)集電極-發射極反向電流iceo是指基極開路時,集電極與發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定性好。

極限引數

(1)集電極最大允許電流icm

電晶體的集電極電流ic在相當大的範圍內β值基本保持不變,但當ic的數值大到一定程度時,電流放大係數β值將下降。使β明顯減少的ic即為icm。為了使三極體在放大電路中能正常工作,ic不應超過icm。

(2)集電極最大允許功耗pcm

電晶體工作時、集電極電流在集電結上將產生熱量,產生熱量所消耗的功率就是集電極的功耗pcm,即

pcm=icuce (5-7)

功耗與三極體的結溫有關,結溫又與環境溫度、管子是否有散熱器等條件相關。根據5-7式可在輸出特性曲線上作出三極體的允許功耗線,如圖5-8所示。功耗線的左下方為安全工作區,右上方為過損耗區。

手冊上給出的pcm值是在常溫下25℃時測得的。矽管集電結的上限溫度為150℃左右,鍺管為70℃左右,使用時應注意不要超過此值,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,加在集電極與發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,這種現象稱為擊穿。管子擊穿將造成三極體永久性的損壞。三極體電路在電源ec的值選得過大時,有可能會出現,當管子截止時,uce>ubr(ceo)導致三極體擊穿而損壞的現象。一般情況下,三極體電路的電源電壓ec應小於1/2 ubr(ceo)。

溫度的影響

1.溫度對輸入特性的影響

對於輸入來說,和二極體的正向特性一樣,ube正向偏置,二極體正偏,溫度每公升高一度,ube下降2mv左右。

2.對於輸出的影響

對於輸出來說,集電結反偏,有反向飽和電流iceo,iceo是由少數載流子漂移運動形成的,它與環境溫度關係很大,iceo隨溫度上公升會急劇增加。溫度上公升10℃,iceo將增加一倍。由於矽管的iceo很小,所以,溫度對矽管iceo的影響不大。

3.對於β的影響

三極體的β隨溫度的公升高將增大,溫度每上公升1℃,β值約增大0.5~1%,其結果是在相同的ib情況下,集電極電流ic隨溫度上公升而增大。

三極體特性

輸入特性曲線 在三極體 共發射極連線的情況下,當集電極與發射極之間的電壓 uce維持不同的定值時,ube和 ib之間的一簇關係曲線,稱為共射極輸入特性曲線。一般情況下,當 uce 1v時,集電結就處於反向偏置,此時再增大 uce對 ib的影響很小,也即 uce 1v以後的輸入特性與 uce 1v的一...

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