三极管的特性曲线与主要参数分析

1.三极管的特性曲线

三极管的特性曲线反映了通过三极管的各电极的电流和各电极间电压的关系。它可以用专用的三极管特性图示仪进行显示，也可通过实验测量数据描点的方法得到。三极管常用的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线两种，下面以NPN管为例分别介绍。

（1）输入特性曲线。在一定的集电极－发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UB　E之间的关系曲线称为三极管的输入特性曲线。由图1.60中所示的三极管输入特性曲线中可以看出：

①该输入特性是在UCE≥1V时的情况，三极管处于放大状态。当UCE≥1V时，对于每个不同的UCE值，三极管的输入特性基本保持不变。

②三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性类似，也有一段死区。只有发射结电压UBE达到导通电压时，三极管才完全进入放大状态。此时的三极管输入特性曲线很陡，UBE稍有变化，IB就变化很大。

（2）输出特性曲线。三极管的输出特性曲线是一组曲线。它是指在不同的基极电流IB下，三极管的集电极电流IC与集电极－发射极电压UCE之间的关系曲线，如图1.61所示。

由图1.61中可知，每一个不同的IB值都对应着一条IC－UCE曲线。在曲线的起始部分，IC随UCE的增大迅速上升；当UCE达到一定的值后，IC不再随UCE的变化而变化，基本维持恒定。由于此时曲线几乎与横坐标平行，表示三极管具有恒流的特性。在图1.61中可以把三极管的输出特性曲线分为三个工作区域，分别是截止区、放大区和饱和区。

图1.60　三极管的输入特性曲线

图1.61　三极管的输出特性曲线

①放大区。输出特性曲线后段平坦的区域称为放大区。此时三极管工作在放大状态，具有以下特点。

a.三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；

b.此时满足关系IC＝βIB；

c.对NPN型的三极管有电位关系UC＞UB＞UE，PNP型三极管与之相反；

d.对NPN型硅三极管有发射结电压UBE≈0.7V，锗三极管有UBE≈0.3V。

②截止区。在三极管的输出特性中，IB＝0的曲线下方与横坐标轴之间的区域称为截止区。此时的IC数值很小，几乎为0，有IC＝ICEO（穿透电流）。三极管工作在截止状态时，具有以下特点。

a.此时发射结和集电结均反向偏置；

b.IB和IC都近似为0；

c.三极管的集电极和发射极之间几乎没有电流通过，可看成是断开的状态。

③饱和区。输出特性曲线迅速上升的区域称为饱和区。三极管工作在饱和状态时具有如下特点。

a.三极管的发射结和集电结均正向偏置；

b.三极管的电流放大能力达到饱和而下降，通常有IC＜βIB；

c.UCE的值很小，称为三极管的饱和压降，用UCES表示，一般硅三极管的UCES约为0.3V，锗三极管的UCES约为0.1V；

d.三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。

三极管在电路中可作为放大器件或开关器件。前者需要工作在放大区，后者需要在截止和饱和状态之间不断切换。

例题1－7　一个工作在放大状态中的三极管，已经测得其3个引脚的电位分别为①3.5V、②6.6V和③2.8V。试问此三极管是什么类型？3个引脚分别对应管子的什么电极？

解　管子工作在放大区，有6.6V＞3.5V＞2.8V，由于3.5V－2.8V＝0.7V，可判断引脚①和③分别为硅管的基极和发射极，剩下的②端是三极管的集电极，又根据UC＞UB＞UE可推断出它是NPN型。

2.三极管的主要参数

（1）共发射极电流放大系数和β。它是指将发射极作为公共端，从基极输入信号，从集电极输出信号的此种接法下的电流放大系数。

在共发射极接法下，三极管集电极静态（无交流信号输入时）电流与基极静态电流的比值称为共发射极直流电流放大系数，即。(www.xing528.com)

在交流工作状态下，三极管集电极电流变化量与基极电流变化量的比值β称为共发射极交流电流放大系数，即。

一般有，对于不同的三极管，其值从几十倍到几百倍不等。

（2）极间反向电流和穿透电流参数。

①集电极基极间的反向饱和电流ICBO。它是集电结反偏时的反向电流，因此ICO对温度十分敏感。通常硅管的ICBO比较小，为纳安数量级；锗管的ICBO较大，为微安数量级。

②集电极发射极间的穿透电流ICEO。它是指基极开路（IB＝0）时，集电极到发射极间的穿透电流，有ICEO≈（1＋β）ICBO。

ICBO和ICEO都会随温度的升高而增大，它们都是衡量三极管温度特性的一个重要参数，其值越小，三极管的热稳定性越好。由于硅三极管的反向电流小，因此使用较多。

（3）极限参数。

①集电极最大允许电流ICM。三极管正常工作时，集电极电流IC应小于ICM，否则管子的性能下降，甚至会因过流而损坏，如图1.62所示。

图1.62　三极管的安全工作区

②反向击穿电压。三极管的反向击穿电压主要指U（BR）CEO，即基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压，它的数值较大，一般为几十伏到几百伏，如图1.62所示。

除此之外，三极管的反向击穿电压还有以下两种。

·U（BR）EBO：集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。

·U（BR）CBO：发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。

选择三极管时，要保证反向击穿电压大于工作电压的两倍以上。

③集电极最大允许功率损耗PCM。它表示集电结上允许功率损耗PC＝ICUCE的最大值，若功率过高，三极管有烧坏的危险。图1.62所示中的曲线PCM＝ICUCE是三极管的允许功率损耗线。

PCM与三极管的散热条件、最高允许结温密切相关。通常将PCM≤1 W的三极管称为小功率管；将1 W＜PCM＜5 W的三极管称为中功率管；将PCM≥5 W的三极管称为大功率管。

综上所述，在图1.62中，由过流线、过压线、过损线所围起来的区域表示三极管的安全工作区。

3.温度对三极管特性的影响

三极管是一种对温度十分敏感的器件，随温度的变化，三极管的性能参数会发生改变。

实验表明，随温度的升高，三极管的输入特性具有负的温度特性（约为－2mV/℃），即在相同的基极电流IB下，UBE的值会随温度的升高而减小，这一点与二极管的正向温度特性类似，如图1.63所示。

对于三极管的输出特性，由于温度升高会导致电流的增大，因此各条曲线之间的间隔会随温度的升高而拉宽，温度每升高1℃，β值约增大1%，如图1.64所示。

图1.63　温度对三极管输入特性的影响

图1.64　温度对三极管输出特性的影响

另外，三极管的反向电流也会随温度的升高而增大，温度每升高1℃，反向饱和电流将增加一倍。

例题1－8　某三极管的PCM＝100mW，ICM＝20mA，U（BR）CEO＝15V。试问在下列几种情况下，哪种是正常工作？①UCE＝3V，IC＝10mA；②UCE＝2V，IC＝40mA；③UCE＝6V，IC＝20mA。

解　①因为UCE＜0.5U（BR）CEO，IC＜ICM，PC＝ICUCE＝30mW＜PCM，所以是正常工作。

②因为IC＞ICM，因此不是正常工作。

③虽然UCE＜0.5U（BR）CEO，IC＜ICM，但PC＝ICUCE＝120mW＞PCM，因此不是正常工作。