晶体三极管的输入特性曲线

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一、什么是晶体三极管的输入特性曲线

本刊第3期上我们介绍了二极管的伏安特性曲线。由于二极管内部只有一个PN结,外部只有正、负两个电极,所以它在一个图上用一条伏安特性曲线可以表示全部特性。而晶体三极管内部有两个PN结,外部有e、b、c三个电极。每一对电极之间的电流、电压关系将受到第三个电极所处情况不同而有所不同,因此三极管的特性曲线要比二极管伏安特性曲线复杂得多。

晶体三极管接入放大电路时,通常采用共基极或共发射极两种接法。在共基极电路中我们把e、b两极之间看作输入端,把c、b之间看作输出端。在共发射极电路中把b、e之间看作输入端,把c、e之间看作输出端。

在三极管输出端加上固定电压值的情况下,输入端电压、电流之间的伏安特性曲线称为输入特性曲线。对应三极管输出端某一电压值,就有对应的一条输入特性曲线。改变输出端电压到几个不同数值,就可以作出几条输入特性曲线,称曲线族。这些曲线族可以直观地反映晶体管的输入特性,并可以从曲线上取得各种重要参数。

二、从曲线看晶体管特性

一般常研究的晶体管输入特性曲线有两种,一种是共基极输入特性曲线,另一种是共发射极输入特性曲线。

(一)共基极输入特性曲线

图 1a为 PNP型晶体管的输入特性曲线测试电路,图1b为NPN型晶体管的输入特性曲线测试电路。调电位器W\(_{2}\)固定在某一位置,使输出端集电极和基极间电压Ubc(或U\(_{cb}\))为某一数值时,调节电位器W1,使发射极与基极间的电压U\(_{eb}\)(或Ube)变化为几个不同的值,把每个电压值对应的发射极电流i\(_{e}\)记录下来,在直角坐标纸上找出与这一系列Ueb(或U\(_{be}\))与ie相对应的点,把这些点连接起来,就绘出一条输入特性曲线、再将U\(_{bc}\)调到几个不同的数值,就能分别作出几条对应的输入特性曲线,所以输入特性曲线是一族,如图2所示。其中实线表示锗管的曲线族(以3AG1为例),虚线表示硅管的曲线族(以3CG1A为例),从曲线族上我们可以看出:

图1
图1 🔍原图 (521×574)
图2
图2 🔍原图 (1175×519)

1.当基极与集电极间开路时(即 b、c开路),相当图3的情况,输入特性曲线就是发射结这一个PN结二极管的伏安特性曲线见图2a中①线。硅管的正向导通电压为0.6伏左右,锗管的正向导通电压为0.2伏左右;其反向电流在这里称为集电极开路时发射极——基极间反向饱和电流(或集电极开路时发射极——基极间反向截止电流),用I\(_{EBO}\)表示。锗管的IEBO远大于硅管的I\(_{EBO}\);其反向的击穿电压称为集电极开路时发射极——基极间的击穿电压,用BVEBO表示,一般硅管的BV\(_{EBO}\)都大于锗管的BVEBO。

图3
图3 🔍原图 (427×225)

2.当基极与集电极间短路时(即U\(_{bc}\)=0),相当图4的情况,集电极C与基极b短接,那么集电极C就有收集发射极e发出的空穴电流的能力,所以和b、c极开路且有相同Ueb值时相比,正向电流i\(_{e}\)显著增大。附表列出3AG1管在两种情况下的ie值。对比一下可以看到相同U\(_{eb}\)时,Ubc=0时的i\(_{e}\)比 b、c开路时的ie值大。因此画出U\(_{bc}\)=0时的ie曲线②,它的位置在b、c开路时i\(_{e}\)曲线①的左边,称曲线左移。见图2b以及图2a。反向特性曲线基本上没有什么变化。

图4
图4 🔍原图 (430×233)
图5
图5 🔍原图 (888×367)

3.当集电极C与基极b间存在一个反向电压U\(_{bc}\)时,由于c比b的电位低,集电极c收集从发射极e发出的空穴电流的能力进一步加强,所以使输入特性曲线又向左移动见图 2a中③、④曲线,在一定范围内Ubc愈大收集能力就愈强,曲线向左移动就愈大,形成随U\(_{bc}\)值变化的一族曲线。

(二)共发射极输入特性曲线

图5a为PNP型晶体管的输入特性曲线测试电路,图5b为NPN型晶体管的输入特性曲线测试电路。共发射极的输入特性曲线也是曲线族。

图6
图6 🔍原图 (659×527)

图6a是PNP型锗晶体管(以3AG1为例)的输入特性曲线族,图6b是NPN型硅晶体管(以3DG4为例)的输入特性曲线族。图6a、b中c、e间开路和短路时用实线表示,U\(_{ce}\)或Uec>0时用虚线表示。从图6a曲线族上可以看出:

图7
图7 🔍原图 (660×850)

1.当集电极与发射极间开路时(即e.c开路),相当图7的情况,输入特性曲线就是发射结二极管的伏安特性曲线,正向导通电压为0.2伏左右(因为是锗管),反向电流为I\(_{EBO}\),击穿电压为BVEBO。

图8
图8 🔍原图 (418×249)

2.当集电极与发射极间短路时(即U\(_{ce}\)=0),相当图8的情况,正向特性曲线由于电流显著增大而向左移动(与e.c开路且有相同Ueb值时电流比较)。反向电流应为集电极开路时发射极——基极间的反向饱和电流I\(_{EBO}\)与ICBO之和,I\(_{CBO}\)是发射极开路时集电极——基极间的反向饱和电流。

图9
图9 🔍原图 (439×252)

3.当U\(_{ec}\)>0时,即 c、e 间存在一个反向偏压时,相同Ueb下的集电极电流i\(_{c}\)增大,基极电流ib减小,所以正向曲线向右移动,U\(_{ec}\)愈大曲线向右移动的愈多,但Uec超过一定位时(一般1伏左右),影响基极电流i\(_{b}\)的效应减弱,故曲线右移减小。

当U\(_{eb}\)小于发射结的正向导通电压(锗管为0、2伏左右,硅管为0.6伏左右),而且Uec又大于U\(_{eb}\)时,基极就会出现一个反方向的电流从集电结穿过,如图上第四象限虚线所示,Ueb继续减小到负电压时,这条虚线就逐渐与U\(_{ec}\)=0的那条反问曲线重合。(耿文学)