三极管的输入输出的特性曲线
描述任何电学器件的时候,看数据手册都会给出一些相关特性曲线图和相关的电器性能等,三极管有三个脚,组成了输入和输出的两个端,所以三极管有输入和输出两个特性曲线图。
输入特性曲线图是指三极管的基极输入电流ib和发射结电压ube之间的关系:测试伏安特性曲线的电路如图所示
实验是将uce电压设置为5V,改变ube的电压,测量ib的电流与ube的关系得到如下图所示的ib与ube的关系曲线图;图中还测试了uce电压是否对ib与ube的的关系特性曲线是否有关:
从测试的图中可以看出除了uce=0V的曲线比较特殊之外,其余的曲线基本重合,这些曲线重合的就是三极管的输入伏安特性曲线图,它与uce的电压无关,因为大多数的三极管都是工作电压uce>0的情况下;所以根据图中曲线可以得出如下的表达式:
其中ut被称为热电压,是一个与温度成正比的值,在27℃时约为26mv。Is称为反向饱和电流,每个三极管的值都不一样,但是很小。在表达式中,当ube趋于无穷小的时候ib趋向于-Is;所以当ube>ut的时候表达式才近似成为一个指数表达式;基本情况下当ube>0.7V的时候,三极管的电流ib才呈现较为明显的电流。
输出伏安特性曲线:是指ib电流一定时,集电极电流ic与uce之间的关系;测试的电路、理想输出伏安特性曲线图与实际的输出特性曲线图如下图所示:
输出特性曲线的测试方法是 ,给特定的基极电流ib下,研究集电极电流ic与uce之间的电压关系,从理论上看集电极电流ic应该至于基极电流ib成正比,而与加在集电极电压和发射极电压无关,这是理论理想模型下,如上右图所示;但实际测试的情况是如上的下图所示的,从图中用不同颜色给三极管标明了不同区域有着不同的状态,即放大状态是指中心空白的地方,三极管的电流ic几乎不受uce电压的控制满足公式;饱和区是指坐标原点开始到图中标注竖线的区域,在区域内,集电极电流ic随着uce的电压增大而增大成正比关系,一般认为uce<uces,属于饱和区,其中uces称为三极管的饱和压降,是饱和区和放大区的分界电压,一般为0.3V,但是从图中也可以看出当ib增加的时候,饱和压降uces也会跟着上升;截止区,离横轴最下边ib=0的那条线,当ib=0的时候ic并未等于0,而是存在与uce相关的漏电流,所以定义当ib=0的区域为截止区,几乎没有任何电流的流进与流出,像开关关闭一样。
从以上可以总结出三极管的输出伏安特性曲线有三点结论:
1、在放大区,集电极电流ic恒等于基极电流ib的倍,与电压uce无关。
2、在饱和区,集电极电流ic会跟随着uce电压的增大而增大,近似为线性;放大区和饱和区的界限是三极管的饱和电压uces,当uce>uces时候便是放大区,该饱和电压还与基极电流ib成正比。
3、截止区,当ib=0的时候,三极管关断,几乎无电流的流进与流出,常常使用时该状态做电子开关使用。
注:本文相关知识均参考相关模拟书籍的学习。如《模拟电子电路》等