晶体管共射特性曲线优化

晶体管的特性曲线是描述晶体管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是晶体管内部载流子运动规律在管子外部的表现。晶体管的特性曲线反映了管子的技术性能，是分析放大电路技术指标的重要依据。晶体管特性曲线可在晶体管图示仪上直观地显示出来，也可以从手册上查到某一个型号晶体管的典型曲线。

晶体管共发射极放大电路的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线，下面以NPN型晶体管为例，来讨论晶体管共射电路的特性曲线。

1.输入特性曲线

输入特性曲线是描述晶体管在管压降U_ce保持不变的前提下，基极电流i_b和发射结电压u_be之间的函数关系，即

晶体管的输入特性曲线如图6-6所示。由图6-6可见，NPN型晶体管共发射极输入特性曲线的特点是：

1）在输入特性曲线上也有一个开启电压，在开启电压内，u_be虽已大于零，但i_b几乎仍为零，只有当u_be的值大于开启电压后，i_b的值与二极管一样随u_be的增加按指数规律增大。硅晶体管的开启电压约为0.5V，发射结导通电压U_on约为0.6～0.7V；锗晶体管的开启电压约为0.2V，发射结导通电压约为0.2～0.3V。

2）三条曲线分别为U_ce=0V，U_ce=0.5V和U_ce=1V的情况。当U_ce=0V时，相当于集电极和发射极短路，即集电结和发射结并联，输入特性曲线和PN结的正向特性曲线相类似。当U_ce=1V时，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大状态，集电极收集基区扩散过来的电子，使在相同u_be值的情况下，流向基极的电流i_b减小，输入特性随着U_ce的增大而右移。当U_ce＞1V以后，输入特性几乎与U_ce=1V时的特性曲线重合，这是因为U_ce＞1V后，集电极已将发射区发射过来的电子几乎全部收集走，对基区电子与空穴的复合影响不大，所以i_b的改变也不明显。

图6-6 晶体管输入特性曲线

因晶体管工作在放大状态下，集电结要反偏，U_ce必须大于1V，所以只要给出U_ce=1V时的输入特性就可以了。

图6-7 晶体管的输出特性曲线

2.输出特性曲线

输出特性曲线是描述晶体管在输入电流i_b保持不变的前提下，集电极电流i_c和管压降u_ce之间的函数关系，即(www.xing528.com)

晶体管的输出特性曲线如图6-7所示。图6-7曲线显示出，当I_b改变时，i_c和u_ce的关系是一组平行的曲线族，并有截止、放大、饱和三个工作区。

（1）截止区

i_b=0特性曲线以下的区域称为截止区。此时晶体管的集电结处于反偏，发射结电压u_be＜0，也处于反偏。由于i_b=0，在反向饱和电流可忽略的前提下，i_c=βi_b也等于0，晶体管无电流的放大作用，处于截止的状态下。处于截止状态下的晶体管、发射极和集电结都是反偏，在电路中犹如一个断开的开关，不导电。

实际的情况是：处于截止状态下的晶体管集电极有很小的电流I_ceo，该电流称为晶体管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-发射极间的电流，不受i_b的控制，但受温度变化的影响。

（2）饱和区

在图6-4的晶体管放大电路中，集电极接有电阻R_c，如果电源电压U_cc一定，当集电极电流i_c增大时，u_ce=U_cc-i_cR_c将下降，对于硅管而言，当u_ce的值降低到小于0.7V时，集电结也进入正向偏置的状态，集电极吸引电子的能力将下降，此时i_b再增大，i_c几乎就不再增大了，晶体管失去了电流的放大作用，处于这种工作状态下的晶体管称为饱和。

规定U_ce=U_be时的状态为晶体管的临界饱和态，图6-7中的虚线为临界饱和线，在临界饱和状态下工作的晶体管集电极电流和基极电流的关系为

式中，I_cs、I_bs、U_ces分别为晶体管处于临界饱和态下的集电极电流、基极电流和管子两端的电压（饱和管压降）。当管子两端的电压U_ce＜U_ces时，晶体管将进入深度饱和的状态，在深度饱和的状态下，i_c=βi_b的关系不成立，晶体管的发射结和集电结都处于正向偏置会导电的状态，在电路中犹如一个闭合的开关。

晶体管截止和饱和的状态与开关断、通的特性很相似，数字电路中的各种开关电路就是利用晶体管的这种特性来制作的。

（3）放大区

晶体管输出特性曲线饱和区和截止区之间的部分就是放大区。工作在放大区的晶体管才具有电流放大作用。此时晶体管的发射结处于正偏，集电结处于反偏。由放大区的特性曲线可见，特性曲线非常平坦，当i_b等量变化时，i_c几乎也按一定的比例等距离地平行变化。由于i_c只受i_b的控制，几乎与u_ce的大小无关，说明处于放大状态下的晶体管相当于一个输出电流受i_b控制的受控电流源。

上述讨论的是NPN型晶体管的特性曲线，PNP型晶体管的特性曲线是一组与NPN型晶体管特性曲线关于原点对称的图像。