三极管及其基本放大电路 下载本文

图2-6 三极管各极的电流及方向

a)NPN型 b)PNP型

【简单测试】 试用万用表的欧姆档和hFE(即?)档测量并判断三极管的管型(NPN或PNP),e,b,c极,?值和管子的好坏。

2.1.3 三极管的共射特性曲线

三极管是放大电路中的核心器件,且为非线性器件,因此有必要了解三极管的iB与uBE、iC与iB以及iC与uCE的关系。其中iC与iB的关系在放大状态下可表示为iC=? iB,因此关于三极管(伏安)特性曲线的分析主要是围绕iB与uBE和iC与uCE的关系进行的。

采用共射接法的三极管(伏安)特性曲线称为共射特性曲线。测量三极管共射特性曲线的电路如图2-7所示。

图2-7 三极管共射特性曲线的测量电路

1.共射输入特性曲线

当三极管的输出电压uCE为常数时,输入电流iB与输入电压uBE之间的关系曲线称为三极管的共射输入特性曲线,即

iB?f(uBE)uCE?常数

对于每一个给定的uCE,都有一个相应的iB与uBE之间的关系曲线。因此,可将uCE作为参变量,从而得到有若干条(理论上为无穷条)曲线的iB与uBE之间的共射输入特性曲线簇。

电路测试10:三极管共射输入特性曲线的测试(见9.2) 图2-8所示为某小功率NPN型硅三极管的共射输入特性曲线(以uCE =0和uCE ≥1V两条特性曲线为例)。当uCE =0时,相当于集电极与发射极短路,即发射结与集电结并联,输入特性曲线与二极管的正向伏安特性相似。当uCE增大时,曲线将向右移动,如图2-8中uCE ≥1V的特性曲线。

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严格地说,uCE不同,所得到的输入特性曲线应有所不同,但实际上uCE>1V以后的输入特性曲线与uCE =1V的特性曲线非常接近,几乎重合。为使问题简化,在以后的讨论中,uCE≥1V 的各条输入特性曲线只用uCE =1V时的曲线来表示。 与二极管相似,三极管发射结电压uBE也存在导通电压(或死区电压、门坎电压)Uon,即在输入特性曲线上iB开始明显增长时的uBE值。对于小功率硅管│Uon│≈0.5V,锗管│Uon│≈0.1V。此外,三极管正常工作时,小功率管的iB

图2-8 共射输入特性曲线

2.共射输出特性曲线

一般为几十微安到几百微安,相应的uBE变化不大,一般硅管的│UBE│≈0.7V,锗管的│UBE│≈0.2V。

当三极管的输入电流iB为常数时,输出电流iC与输出电压uCE之间的关系曲线称为三极管的共射输出特性曲线,即

iC?f(uCE)i?常数B对于每一个给定的iB,都有一个相应的iC与uCE之间的关系曲线。因此,可将iB作为参变量,从而得到有若干条(理论上为无穷条)曲线的iC与uCE之间的共射输出特性曲线簇。

电路测试11:三极管共射输出特性曲线的测试(见9.2) 图2-9为某小功率NPN型硅三极管的共射输出特性曲线。可见,各条特性曲线的形状基本相同,曲线的起始部分很陡,uCE略有增加,iC就增加很快,当uCE超过某一数值(约1V)后,曲线变得比较平坦,几乎平行于横轴。

图2-9 共射输出特性曲线

可将图2-9所示的三极管共射输出特性曲线分为以下3个区域。

(1)截止区

图2-9所示曲线中,一般将iB=0(此时iC= iE= ICEO )所对应的曲线以下的区域称为截止区。截止区满足发射结和集电结均反偏的条件,即uBE<0和uBC<0(对于PNP管应为

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uBE>0和uBC>0)的条件。此时,三极管失去放大作用,呈高阻状态,E,B,C极之间近似看为开路。

(2)放大区

图2-9所示曲线中,iB>0以上所有曲线的平坦部分称为放大区。放大区满足发射结正偏和集电结反偏的条件,即uBE>0和uBC<0(对于PNP管应为uBE<0和uBC>0)的条件。 在放大区,iC与uCE基本无关,且有iC≈? iB ,iC随iB的变化而变化,即iC受控于iB(受控特性);相邻曲线间的间隔大小反映出?的大小,即管子的电流放大能力。

(3)饱和区

图2-9所示曲线中,uCE较小(小于1V或更小)的部分,确切地说uCE<uBE的所有曲线的陡峭变化部分称为饱和区。饱和区满足发射结和集电结均正偏的条件,即uBE>0和uBC>0(对于PNP管应为uBE<0和uBC<0)的条件。

在饱和区,iC随uCE变化而变化,却几乎不受iB控制,即三极管失去放大作用,iC=? iB

不再成立。三极管饱和时,各极之间电压很小,而电流却较大,呈现低阻状态,各极之间可近似看成短路。

uCE=uBE(即uBC=0,集电结零偏)时的状态称临界饱和,如图2-9中的虚线所示,该线称临界饱和线。临界饱和线是饱和区和放大区的分界线。临界饱和时的uCE称为饱和压降,用UCE,sat表示。UCE,sat很小,小功率硅管│UCE,sat│≈0.3V,小功率锗管│UCE,sat│≈0.1V,大功率硅管│UCE,sat│>1V。

对于PNP管而言,由于电源电压极性和电流方向的不同,其输出特性曲线是“倒置”的。 在实际工作中,常可利用测量三极管各极之间的电压来判断它的工作状态是处于放大区、饱和区或截止区。

【例2-1】测得电路中几个三极管各极对地的电压如图2-10所示,试判断它们各工作在什么区(放大区、饱和区或截止区)。

图2-10 例2-1图

解 VT1为NPN型管,由于uBE = 0.7V>0,发射结为正偏;而uBC= -4.3V<0,集电结为反偏,因此VT1工作在放大区。

VT2为PNP型管,由于uEB = 0.2V>0,发射结为正偏;而uCB = -4.8V>0,集电结为反偏,因此VT2工作在放大区。

VT3为NPN型管,由于uBE = 0.7V>0,发射结为正偏;而uBC = 0.4V>0,集电结也为正偏,因此VT3工作在饱和区。

VT4为NPN型管,由于uBE = -0.7V<0,发射结为反偏;而uBC = -6V<0,集电结也为反偏,因此VT4工作在截止区。

【例2-2】若测得放大电路中的4个三极管的三个引脚对地电位U1,U2,U3分别为下述数值,试判断它们是硅管还是锗管,是NPN型还是PNP型?并确定e,b,c极。

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① U1 = 2.5V,U2 = 6V,U3 = 1.8V ② U1 = 2.5V,U2 = -6V,U3 = 1.8V ③ U1 = -6V,U2 = -3V,U3 = -2.8V

④ U1 = -4.8V,U2 = -5V,U3 = 0V

解 ① 由于1,3脚间的电位差?U13?=?2.5-1.8?=0.7V,而1,3引脚与另一引脚U2 = 6V的电位差较大,因此1,3脚间为发射结,2脚则为c极,该管为硅管。又U2>U1>U3 ,因此该管为NPN型,且1脚为b极,3脚为e极。

② 判断过程基本同①,但由于U2<U3<U1与题①不同,因此该管为PNP型硅管,且3脚为b极,1脚为e极,2脚则仍为c极。

③ 由于?U23? = 0.2V,而2,3引脚与另一引脚U1 = -6V的电位差较大,因此2,3脚间为发射结,1脚为c极,该管为锗管。又U1<U2<U3 ,因此该管为PNP型,且2脚为b极,3脚为e极。

④ 由于?U12? = 0.2V,而1,2引脚与另一引脚U3 = 0V的电位差较大,因此1,2脚间为发射结,3脚为c极,该管为锗管。又U3>U1>U2 ,因此该管为NPN型锗管,2脚为e极,1脚为b极。

2.1.4 三极管的主要参数

三极管的参数是用来表征其性能优劣和适用范围的特征数据,是在实际电路设计、制作、维修等过程中合理选用三极管的基本依据。通常可以通过手册或专业网站查出某一特定型号三极管的参数,不过,由于晶体管参数具有较大的离散性,查出的数据通常是一定条件下的典型值,这一点需要注意。

1.电流放大系数?和?

?和?是表征三极管电流放大能力的参数,一般?在几十到几百之间,?在0.95到0.999之间。

2.极间反向电流

这是表征三极管工作稳定性的参数。由于极间反向电流受温度影响较大,故其值太大将使管子不能稳定工作。

(1)集电极-基极反向饱和电流ICBO

ICBO表示三极管发射极开路,c,b间加上一定反向电压时的反向电流,实际上它和单个PN结的反向电流是一样的。在一定的温度下,ICBO基本上是个常数,所以称为反向饱和电流。ICBO的值很小,常温下,小功率硅管的ICBO小于1?A,小功率锗管的ICBO小于10?A。实际使用中,应尽量选用ICBO小的管子。

(2)集电极-发射极间穿透电流ICEO

ICEO表示基极开路,c,e间加一定电压使集电结反偏时的集电极电流。由于ICEO从集电区穿过基区流至发射区,所以又称为穿透电流。

ICEO?(1??)ICBO (2-6)

可见,ICEO比ICBO大得多,容易测量。实际使用中,应尽量选用ICEO小的管子。 由于ICBO的值很小,所以在讨论三极管的电流分配关系时将其忽略。若考虑ICBO,则 IC??IB?(1??)ICBO??IB?ICEO (2-7)

3.极限参数

(1)最大集电极电流ICM

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