晶體管的特性曲線是描述晶體管各個電極之間電壓與電流關(guān)系的曲線,它們是晶體管內(nèi)部截流子運動規(guī)律在管子外部的表現(xiàn),用于對晶體管的性能、參數(shù)和晶體管電路的分析估算。
1、輸入特性曲線
輸入特性曲線描述了在管壓降uce保持不變的前提下,基極電流ib和發(fā)射結(jié)壓降ube之間的函數(shù)關(guān)系,即
(1)
由圖1可見,npn型晶體管的輸入特性曲線的特點如下:
圖1 晶體管輸入特性曲線
(1)輸入特性曲線有一個開啟電壓,只有當ube的值大于開啟電壓后,ib的值與二極管一樣隨ube的增加按指數(shù)規(guī)律增大,電流ib有較大的變化,ube的變化卻很小,可以近似認為導通后發(fā)射結(jié)的電壓基本保持不變。硅管的開啟電壓為0.5v,發(fā)射結(jié)的導通電壓uon為0.6~0.7v;鍺管的開啟電壓為0.2v,發(fā)射結(jié)的導通電壓uon為0.2~0.3v;
(2)當uce=0時,集電極與發(fā)射極短路,即集電結(jié)與發(fā)射結(jié)并聯(lián),相當于兩個二極管并聯(lián),輸入特性曲線與二極管特性曲線相似。當uce=1v時,集電結(jié)處于反向偏置,內(nèi)電場加強,發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大多數(shù)被拉到集電區(qū),只有少數(shù)電子與基區(qū)的空穴復合形成基極電流ib。在相同ube下,基極電流比uce=0v時減少,從而使曲線右移。uce>1v以后,輸入特性曲線基本上與uce=1v時的特性曲線重合,這是因這uce>1v后,集電極將發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的電子幾乎全部收集走,對基區(qū)電子與空穴的復合影響不大,ib的改變也不明顯。所以通常uce>1時只畫一條曲線。
2、輸出特性曲線
(2)
特性曲線如圖2所示,當ib改變時,ic和uce的關(guān)系是一組平行的曲線簇,并有截止、放大和飽和3個工作區(qū)。
圖2 晶體管輸出特性曲線
(1)截止區(qū)
ib=0特性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。此時晶體管的集電結(jié)處于反偏,發(fā)射結(jié)電壓ube<uon,也處于反偏。集電極電流ic=0。在電路中猶如一個斷開的開關(guān)。三極管工作在截止區(qū)時,三個電極之間的關(guān)系為:對于npn型,vb<ve;對于pnp型,vb>ve;
實際上處于截止狀態(tài)下的晶體管集電極有很小的電流iceo,該電流稱為晶體管的穿透電流,它是在基極開路時測得的集電極-發(fā)射極間的電流,它不受ib的控制,但受溫度的影響。
(2)飽和區(qū)
對于硅管,當uce減小到小于0.7v時,集電結(jié)也進入正向偏置狀態(tài),集電極吸收電子的能力將下降,此時ib再增大,ic幾乎就不再增大了,晶體管失去了電流放大作用,這個狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。三極管工作在飽和區(qū)時,三個電極之間的關(guān)系為:對于npn型,vb >vc>ve;對于pnp型,vb <vc<ve;
數(shù)字電路中的各種開關(guān)電路就是利用晶體管截止和飽和狀態(tài)與開關(guān)斷、通的特性很相似的這種特性制作的。
(3)放大區(qū)
處于晶體管的特性曲線飽和區(qū)和截止區(qū)之間的部分就是放大區(qū)。工作在放在區(qū)的晶體管具有電流放大作用。此時發(fā)射結(jié)正偏ube>uon,集電結(jié)反偏uce>ube。ic只受ib控制,ic=βib幾乎與uce的大小無關(guān)。說明晶體管相當于一個輸出電流ic受ib控制的受控電流源。所以晶體管是電流控制器件。三極管工作在放大區(qū)時,三個電極之間的關(guān)系為:對于npn型,v c>vb > ve;對于pnp型,v c< vb <ve;