1、集電極輸出特性曲線
和二極管一樣，晶體管的特性曲線可以提供很多信息。有許多類型的晶體管特性曲線。集電極曲線族是最常見的曲線之一。圖10-9就是這種曲線的一個例子。垂直軸表示集電極電流（ic），以毫安為單位；水平軸表示集電極-發(fā)射極偏置電壓（uce），以伏特為單位。該圖叫做集電極曲線族，因為它是同一個三極管在給定不同基極電流的條件下描繪的。
圖10－10給出了一種電路可以用來測量一個集電極曲線族的數(shù)據(jù)的電路。用三個表來分別測量基極電流ib，集電極電流ic，集電極-發(fā)射極電壓uce。為了畫出含有三個變量的曲線，將一個變量值固定為常數(shù)而使其它兩個量改變。對一個集電極曲線族來說，常量是基極電流。如圖10－10所示，先調(diào)整可變電阻器得到需要的基極電流，然后調(diào)整可變電源，每給定為一個uce值，記錄集電極電流的值。接著，再改變uce值，并記錄ic的值。在圖上描出這些數(shù)據(jù)點就產(chǎn)生了一條ic-uce的伏安特性曲線。改變基極電流，重復(fù)前面的操作，就可以產(chǎn)生這一族中的其它曲線。
從圖10-9所示的曲線可得到一些結(jié)型晶體管的重要參數(shù)。注意到集-發(fā)極間電壓對集電極電流的影響很小。注意ib=20μa時的曲線，電壓從2v到18v范圍內(nèi)集電極電流有多大變化？電壓增加16v，電流大約增加0.3ma。由此可見，集電極電壓對電流的影響很小，僅在集電極電壓很小的時候?qū)姌O電流有影響（見圖10-9中1v以下部分曲線稱三機(jī)關(guān)報和區(qū)）。由輸出特性曲線圖，我們定義三極管的動態(tài)電阻（也稱三極管集電極輸出電阻）：
實際表示輸出特性曲線的斜率。對于上例
可見三極管有較大的動態(tài)電阻。
你要學(xué)會利用圖10-9讀一些數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)ic=10ma，vce=4v時，求ib=?，這兩個數(shù)據(jù)點在80μa的曲線上相交，所以答案是80μa。讀該圖時，使用估值也是必要的。例如，當(dāng)uce=10v，ic=7ma時，基極電流值為多少？這兩個值的交點與族內(nèi)的每條曲線都不相交，大約在40μa和60μa曲線之間，所以估值50μa是比較合理的。
例1根據(jù)圖10-9，當(dāng)uce =8v，ib =20μa時，確定集電極電流。用估計法得到ic的值大約為3.1ma。
例2根據(jù)圖10-9，當(dāng)uce=6v，ib =100μa時，找出發(fā)射極電流。
集電極曲線并沒有顯示任何發(fā)射極數(shù)據(jù)，但發(fā)射極電流可以根據(jù)基極電流和集電極電流得到。我們已經(jīng)知道基極電流，所以我們根據(jù)曲線找出集電極電流。圖10-9顯示，當(dāng)uce=6v，ib =100μa時ic=12ma，因此：
ie=ic+ib=12ma+100μa=12.1ma
圖10-9的曲線給出足夠的信息來計算β。當(dāng)uce=8v，ic=8ma時，β的值為多少？第一步是找出基極電流的值。這兩個值相交于基極電流為60μa的曲線上，現(xiàn)在，可以計算β值為：
β===133
計算uce=12v，ic =14ma時的β值。這兩個值相交于ib=120μa：
β==117
前面這兩個計算顯示了晶體管其他方面的特性。β值不僅隨著不同晶體管變化，它還隨著ic變化。隨后，我們將看到溫度也會影響β值。
當(dāng)基極電流相對比較大時，如果集電極有合適的限流電阻（如圖10-7的限流電阻rc）將限制集電極的電流與電壓，讓我們看圖10－11，晶體管特性曲線處在陡峭上升的那部分時，即使基極電流大于35μa，晶體管電壓uce仍然很小。當(dāng)晶體管處在這個區(qū)間，稱作飽和區(qū)。在這個區(qū)間工作就如在集電極和發(fā)射極之間有一個閉合的開關(guān)。理想情況下閉合開關(guān)的壓降為0，因為沒有電阻。實際的開關(guān)有很小的阻值，因此有少量壓降。
雙極型晶體管在基極電流很大，而集電極電壓很低時，就像閉合的開關(guān)。開關(guān)的應(yīng)用將在本章的最后一節(jié)討論。
從基極到集電極有另外一種形式的電流增益稱為βac或hfe。我們已經(jīng)討論過：
βdc=hfe=而
βac=hfe==常數(shù)
符號|表示uce保持常數(shù)。圖10－11顯示這個過程。集-發(fā)極電壓保持常數(shù)10v，基極電流從30到25μa，即△ib的值為5μa。向左邊投影得到集電極電流相應(yīng)的從7.0ma變?yōu)?.7ma，這表示△ic的值為1.3ma，相除得到βac為260。βac表示一種動態(tài)參數(shù)，也稱交流β。
低頻時βdc和βac沒有明顯的區(qū)別。本書的重點在βdc，不帶下標(biāo)dc的符號β表示直流電流增益，交流電流增益用βac表示。
例3根據(jù)圖10-9，當(dāng)uce=4v，ib從20變到40μa，獲得所需數(shù)值計算βac。
βac===130
在高頻情況下雙極型晶體管的交流電流增益開始減少。這種影響限制了晶體管使用的頻率范圍。增益帶寬乘積就是交流電流增益下降到1時的頻率值。增益帶寬乘積的符號為ft。在高頻使用中晶體管的規(guī)格是非常重要的。
電流增益β稱作共發(fā)射極電流放大倍數(shù)，晶體管使用方法不同，其電流增益定義也不同，常用的另一種電流增益表示方式稱做共基極電流放大倍數(shù)α，它定義為集電極電流ic與發(fā)射極電流ie之比。
由于ie=ic+ib或ib =ie- ic,所以
或
由于發(fā)射極電流總是大于集電極電流，α總是小于1，但很接近于1，共基極電流放大倍數(shù)小于1并不是三極管沒有放大電流的能力，它只是數(shù)學(xué)定義不同造成。α也是一個很常用的參數(shù)。
例4由圖10－9，計算 在uce=6v，ib=60μa時的共基極電流放大系數(shù)α。
解：從圖中可知ic=8ma,ib=60μa,得ie=8+0.06=8.06ma,所以：
圖10－12畫出了一族pnp管集電極特性曲線。在pnp晶體管中集電極電壓必須是負(fù)的，因此，曲線向左。相對于npn晶體管集電極電流指向相反的方向。但是，pnp晶體管的曲線有時也向上和向右畫。任何一種方法對于表示集電極特性都是一樣有效的。
實驗室通常配備一種設(shè)備叫晶體管圖示儀。這種儀器可以在陰極射線管或顯像管上畫出特性曲線。晶體管圖示儀在第一象限顯示npn的曲線（如圖10-9），在第三象限顯示pnp的曲線（如圖10－12）。
晶體管特性曲線經(jīng)常用于計算集電極功耗，顯示一個晶體管的安全工作區(qū)域。它是基于下面的功率不等式：
pcmax≥uce×ic
式中pcmax是三極管最大集電極額定功耗，圖10－13的功率曲線是針對一個最大功耗為7.5 w的晶體管畫出的，曲線的上部晶體管集電極功耗大于7.5w，因此三極管是不安全的，曲線的左下部晶體管集電極功耗小于7.5w，因此三極管是安全的?？梢缘玫阶C實。在曲線上各點pcmax=uce×ic
uce=4v時，功率曲線在ic軸上略小于1.9a的地方穿過：
pc=4v×1.9a=7.6w
uce=8v時，功率曲線在ic軸上略大于0.9a的地方穿過：
pc=8v×0.9a=7.2w
所有沿著功率曲線的點表示他們的乘積為7.5w。不管是npn型的晶體管還是pnp型晶體管毒必須在安全區(qū)內(nèi)工作。
如果集電極特性曲線延伸到高壓區(qū)，就顯示出集電極的擊穿電壓。和二極管的一樣，晶體管使用的反向偏置電壓也有一定的限制。晶體管有兩個結(jié)，他們的擊穿額定值是很復(fù)雜的。圖10－14顯示了某個晶體管一族水平軸延伸到140v的集電極特性曲線。當(dāng)集電極電壓變得很大時，它就開始控制集電極電流。這是我們不希望的,因為集電極電流是由基極電流控制的。晶體管的工作電壓不能接近或大于它的最大電壓極限值。從圖10－14可以看到，集電極擊穿電壓不象二極管那樣有一個固定值，它根據(jù)基極電流的值而變化。當(dāng)ib=15μa時，集電極擊穿電壓點在110v左右，ib=0μa時，它在130v左右。
例5當(dāng)uce =-10v，ib =-70ma時，計算圖10－13中晶體管的功耗。
pc=10v×1.8a=18w
注意，這已經(jīng)超過了器件的安全限度。
2、轉(zhuǎn)移特性曲線
晶體三極管集電極特性曲線是給定一個基極電流然后改變集電極電壓的條件下測量ic繪出的曲線，圖中ｉb與ic成近似的線性關(guān)系.實際上基極電流ｉｂ受ｂｅ結(jié)電壓ｕｂｅ控制，而ｉｂ與ｕｂｅ的關(guān)系是服從指數(shù)關(guān)系，故ｉe與ｕｂｅ之間也服從指數(shù)關(guān)系，可用下式表示：
其中ｉｅｂｓ為發(fā)射結(jié)反向飽和電流，ut為熱電壓,常溫下等于26 mv,而集電極電流ｉc可表示成：
圖10－15的橫坐標(biāo)是基－發(fā)結(jié)電壓ｕｂｅ，縱坐標(biāo)是集電極電流ｉｃ，利用上面指數(shù)關(guān)系式分別畫出鍺晶體管和硅晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，這種曲線顯示晶體管的一個端（基極）電壓如何影響另一個端（集電極）的電流，這就是為什么稱它們?yōu)檗D(zhuǎn)移曲線的原因。我們知道基極電流控制集電極電流，圖10－15顯示基極-發(fā)射極電壓是如何控制集電極電流，這是因為基極電流大小是由基極-發(fā)射極電壓控制的。
圖10－15還顯示了硅晶體管和鍺晶體管的一個重要區(qū)別。像二極管那樣，鍺晶體管的導(dǎo)通電壓很?。ù蠹s0.2v），硅晶體管的導(dǎo)通電壓大約為0.6v。記住這些電壓非常重要，它們近似于常數(shù)，在晶體管電路故障處理時很有幫助，而且還可以幫助你判斷是硅晶體管還是鍺晶體管。
現(xiàn)在鍺晶體管的應(yīng)用不廣，對某些應(yīng)用鍺晶體管具有一些優(yōu)勢。一些大功率晶體管用鍺制成因為它比硅導(dǎo)電性能更好。在某些電路中，鍺晶體管的低導(dǎo)通電壓也是一個優(yōu)點。硅晶體管價格低廉而且顯示出更好的高溫性能，所以在大多數(shù)應(yīng)用中選擇硅管。
從圖10-15還可以得到晶體管的小信號動態(tài)互導(dǎo)(或跨導(dǎo))gm,設(shè)晶體管已加上合適的靜態(tài)偏置電壓ｕｂｅq在圖10-15的q點附近再疊加一個小信號，則會產(chǎn)生一個小的電壓增量δｕbe和電流增量δｉc,我們將δｉc.與δｕbe的比稱作互導(dǎo)(或跨導(dǎo))gm。則有；
其中，
由于α很接近1，通常，而
稱作be結(jié)動態(tài)電阻，在晶體管放大器性能分析時是一個很重要的參數(shù)，其大小由和決定，前面已提到常溫下=26mv,在工程計算時由于忽略了其它一些因素，有時取該值為50mv計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。在小信號輸入時，動態(tài)輸入電壓，按照輸入電阻定義，晶體管基極與發(fā)射極間的小信號輸入電阻可以表示成：
，與一樣，也是一個常用的參數(shù)。前面所用等符號均表表示交流小信號參數(shù)。