半导体晶体管特性曲线解析

晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管的导电特性非常有用。

图7-18 晶体管的三种基本接法

a）共发射极 b）共集电极 c）共基极

晶体管有三个电极，通常用其中两个分别作输入、输出端，第三个作公共端，这样可以构成输入和输出两个回路。实际中，有图7-18所示的三种基本接法，分别称为共发射极、共集电极和共基极接法。其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线。这两组曲线可以在晶体管特性图示仪的屏幕上直接显示出来，也可以用图7-19电路逐点测出。

1.共发射极输入特性曲线

共射输入特性曲线是以u_CE为参变量时，i_B与u_BE间的关系曲线，即典型的共发射极输入特性曲线，如图7-20所示。

1）在U_CE≥1V的条件下，当u_BE<U_BE（on）时，i_B≈0。U_BE（on）为晶体管的导通电压或死区电压，硅管约为0.5～0.6V，锗管约为0.1V。当u_BE>U_BE（on）时，随着u_BE的增大，i_B开始按指数规律增加，而后近似按直线上升；

2）当U_CE=0时，晶体管相当于两个并联的二极管，所以b，e间加正向电压时，i_B很大。对应的曲线明显左移；

图7-19 共发射极特性曲线测量电路

图7-20 共发射极输入特性曲线

3）当U_CE在0～1V之间时，随着U_CE的增加，曲线右移。特别在0<U_CE≤U_CE（sat）的范围内，即工作在饱和区时，移动量会更大些；

4）当U_CE<0时，晶体管截止，i_B为反向电流。若反向电压超过某一值时，e结也会发生反向击穿。

2.共发射极输出特性曲线

共射输出特性曲线是以i_B为参变量时，i_C与u_CE间的关系曲线。典型的共射输出特性曲线如图7-21所示。由图可见，输出特性可以划分为三个区域，对应于三种工作状态。现分别讨论如下：

（1）截止区I_B=0发射结零偏或反偏，集电结也反向偏置。(www.xing528.com)

（2）放大区e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区。由图7-21可以看出，在放大区有以下两个特点：

1）基极电流i_B对集电极电流i_C有很强的控制作用，即i_B有很小的变化量ΔI_B时，i_C就会有很大的变化量ΔI_C。为此，用共发射极交流电流放大系数β来表示这种控制能力。β定义为

反映在特性曲线上，为两条不同I_B曲线的间隔。

图7-21 共发射极输出特性曲线

2）u_CE变化对I_C的影响很小。在特性曲线上表现为i_B一定而u_CE增大时，曲线略有上翘（i_C略有增大）。这是因为u_CE增大，c结反向电压增大，使c结展宽，所以有效基区宽度变窄，这样基区中电子与空穴复合的机会减少，即i_B要减小。而要保持i_B不变，所以i_C将略有增大。这种现象称为基区宽度调制效应，或简称基调效应。从另一方面看，由于基调效应很微弱，u_CE在很大范围内变化时I_C基本不变。因此，当I_B一定时，集电极电流具有恒流特性。

（3）饱和区e结和c结均处于正偏的区域为饱和区。通常把u_CE=u_BE（即c结零偏）的情况称为临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线。

3.温度对晶体管特性曲线的影响

温度对晶体管的u_BE、I_CBO和β有不容忽视的影响。其中，u_BE、I_CBO随温度变化的规律与PN结相同，即温度每升高1℃，u_BE减小2～2.5mV；温度每升高10℃，I_CBO增大一倍。温度对β的影响表现为，β随温度的升高而增大，变化规律是：温度每升高1℃，β值增大0.5%～1%（即Δβ/βT≈（0.5～1）%/℃）。

【例7.1】用直流电压表测得放大电路中晶体管T₁各电极的对地电位分别为U_x=10V，U_y=0V，U_z=0.7V，T₂管各电极电位U_x=0V，U_y=-0.3V，U_z=-5V，试判断T₁和T₂各是何类型、何材料的管子，x、y、z各是何电极？

图7-22 例7.1图

a）晶体管T₁各电极对地电位 b）晶体管T₂各电极对地电位

解：根据工作在放大区中晶体管三极之间的电位关系，首先分析出三电极的最高或最低电位，确定为集电极，而电位差为导通电压的就是发射极和基极。根据发射极和基极的电位差值判断管子的材质。

1）在图7-22a中，z与y的电压为0.7V，可确定为硅管，因为U_x>U_z>U_y，，所以x为集电极，y为发射极，z为基极，满足U_C>U_B>U_E的关系，管子为NPN型。

2）在图7-22b中，x与y的电压为0.3V，可确定为锗管，又因U_z<U_y<U_x，，所以z为集电极，x为发射极，y为基极，满足U_C<U_B<U_E的关系，管子为PNP型。