晶体三极管输入和输出特性

晶体管的输入输出特性曲线详解届别系别专业班级姓名指导老师二零一二年十月晶体管的输入输出特性曲线详解学生姓名：指导老师：摘要：晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

根据晶体管的结构进行分类，晶体管可以分为：NPN型晶体管和PNP 型晶体管。

依据晶体管两个PN结的偏置情况，晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。

晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映，通常称为伏安特性。

生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。

利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。

晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。

由于其响应速度快，准确性，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。

晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。

关键字：晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。

【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis.一、晶体管的基本结构晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图1-1(a)、(b)所示。

从三个区引出相应的电极，发射极，基极，集电极，各用“E”（或“e”）、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

晶体管的输入输出特性曲线详解届别系别专业班级姓名指导老师二零一二年十月晶体管的输入输出特性曲线详解学生姓名：指导老师：摘要：晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

根据晶体管的结构进行分类，晶体管可以分为：NPN型晶体管和PNP 型晶体管。

依据晶体管两个PN结的偏置情况，晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。

晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映，通常称为伏安特性。

生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。

利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。

晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。

由于其响应速度快，准确性，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。

晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。

关键字：晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。

【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis.一、晶体管的基本结构晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图1-1(a)、(b)所示。

从三个区引出相应的电极，发射极，基极，集电极，各用“E”（或“e”）、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

晶体三极管原理及特性三极管的电流放大原理晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：储管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

图一:晶体三极管（NPN）的结构图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。

由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1‐10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得： Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即： β1=Ic/Ib 式中：β‐‐称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为： β= △Ic/△Ib 式中β‐‐称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。

晶体管是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。

它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。

一、晶体管的种类晶体管有多种分类方法。

（一）按半导体材料和极性分类按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管管。

按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。

（二）按结构及制造工艺分类晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。

（三）按电流容量分类晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。

（四）按工作频率分类晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。

（五）按封装结构分类晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。

其封装外形多种多样。

（六）按功能和用途分类晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。

二、晶体管的主要参数晶体管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、反向电流等。

（一）电流放大系数电流放大系数也称电流放大倍数，用来表示晶体管放大能力。

根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。

1．直流电流放大系数直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用hFE或β表示。

2．交流电流放大系数交流电流放大系数也称动态电流放大系数或交流放大倍数，是指在交流状态下，晶体管集电极电流变化量△IC与基极电流变化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。

晶体三极管及其特性摘要晶体三极管三个区的工作状态特点可概括为以下三句话：三极管工作在饱和状态时发射结正偏，集电结也正偏；工作在放大状态时发射结正偏、集电结反偏；工作在截止状态时发射结反偏，集电结也反偏。

晶体三极管是电子技术最基本、最重要的器件之一，也是模拟电子技术教学的重点内容。

关键词三极管的结构；输出特性；工作状态；偏置条件晶体三极管在电子线路中起到很大的作用，是其他元器不可替代的。

在实际应用中有三种由三极管组成的放大电路，其中共发射极电路是三种基本电路中最常用的放大电路。

首先了解晶体三极管的结构。

1三极管的结构与作用1.1三极管的结构晶体三极管的结构和类型：晶体三极管是半导体中的一个基本元器件，它在放大状态下有很强的电流放大能力，是电子电路中的最主要的元器件。

三极管是由二个PN结组成，这二个PN结相距很近，两个相距较近的PN结把整块半导体划分为三个依次是发射区、基区和集电区，根据组合方式的不同分为PNP和NPN两种，NPN型管射区内”发射”的是负电子，移动方向与电流方向是不同的，所以发射极方向指向外部；而PNP型管射区内发射出的是正电子，移动方向与电流方向是相同的，所以发射极方向指向内部。

管型的不同在正向电压下的导通方向也不同，发射极方向指向代表着它的导通方向。

1.2 三极管的作用1.2.1晶体三极管可以实现电流放大的作用三极管实现电流放大作用的原理是：三极管能用基极电流的变化来控制集电极电流的变化，基极电流变化很小，导致集电极电流发生很大的变化。

这也是三极管非常重要的特性。

我们把集电极电流变化量与基极电流变化量的比值用符号“β”表示，一般来说“β”是一个定值，但有时ΔIb也可能会有所改变。

晶体三极管有以下三种状态：饱和状态、截止状态和放大状态。

如果加在发射结的电压比PN结的导通电压小，基极中无电流，集电极和发射极也都无电流，在电路中相当于一个断开的开关，三极管就不再有电流放大作用，即为三极管的截止状态。

晶体三极管的输入、输出特性曲线三极管的特性曲线是指三极管各极上的电压和电流之间的关系曲线，是三极管内部性能的外部表现。

从使用三极管的角度来说，了解它的特性曲线是重要的。

由于三极管有两个PN结，因此它的特性曲线不像二极管那样简单。

最常用的有输入特性和输出特性曲线两种，在实际应用中，通常利用晶体管特性图示仪直接观察，也可用图1的电路开展测试逐点描绘。

（一）输入特性曲线输入特性是指，当三极管的集电极与发射极之间电压UCE保持为某一固定值时，加在三极管基极与发射极之间的电压UBE与基极电流IB之间的关系。

以3DG130C为例，按图1实验电路测试。

当UCE分别固定在O和1伏两种情况下，调整RPl测得的IB和UBE的值，列于表1。

它的输入特性曲线，如图2所示。

为了说明输入特性，图中画出两种曲线，表示UCE不同的两种情况。

但两条线不会同时存在。

图1晶体三极管输入、输出特性实验电路图2晶体三极管输入特性曲线表1三极管输入特性数据1.当UCE = O伏时，也就是将三极管的集电极与发射极短接，如图3所示，相当于正向接法的两个并联二极管。

图2中曲线A的形状跟二极管的正向伏安特性曲线非常相似，IB和UBE 也是非线性关系。

2.当UCE=I伏时，集电结反偏，产生集电极电流IC, 在一样的UBE条件下，基极电流IB就要减小。

（图2中a点降到b 点），因此曲线B相对曲线A右移一段距离。

可见，UCE 对IB有一定影响。

当UCE>1伏以后，IB与UCE几乎无关，其特性曲线和UCE = I优那条曲线非常接近，通常按UCE = I 伏的输出特性曲线分析。

图3 UCE=O时的等效电路图4 3AX52B的输入特性曲线图4是3AX52B错三极管的输入特性，注意横坐标是一UBE,这是指PNP型错管的基极电位低于发射极电位。

可见，错管和硅管它们的输入特性曲线都是非线性的，都有“死区”, 错管和硅管相比，错管在较小的UBE值下，就可使发射结正偏导通。

三极管的特性曲线三极管外部各极电压和电流的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。

它不仅能反映三极管的质量与特性，还能用来定量地估算出三极管的某些参数，是分析和设计三极管电路的重要依据。

对于三极管的不同连接方式，有着不同的特性曲线。

应用最广泛的是共发射极电路，其基本测试电路如图Z0118所示，共发射极特性曲线可以用描点法绘出，也可以由晶体管特性图示仪直接显示出来。

一、输入特性曲线在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压UBE 维持不同的定值时，UBE和IB之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图Z0119所示。

输入特性曲线的数学表达式为：IB＝f（UBE）| UBE = 常数GS0120由图Z0119 可以看出这簇曲线，有下面几个特点：（1）UBE = 0的一条曲线与二极管的正向特性相似。

这是因为UCE = 0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样IB与UCE 的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。

（2）UCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当UCE的数值增至较大时（如UCE＞1V），各曲线几乎重合。

这是因为UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而IB减小。

如保持IB为定值，就必须加大UBE ，故使曲线右移。

当UCE 较大时（如UCE ＞1V），集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCE再增加，IB 也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。

（3）和二极管一样，三极管也有一个门限电压Vγ，通常硅管约为0.5～0. 6V，锗管约为0.1～0.2V。

二、输出特性曲线输出特性曲线如图Z0120所示。

测试电路如图Z0117。

输出特性曲线的数学表达式为：由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域：（1）截止区：指IB=0的那条特性曲线以下的区域。

演示实验：用晶体管特性图示仪测得的共射输入和输出特性曲线1．共射输入特性曲线当U CE 为某一定值时，基极电流i B 和发射结电压 u BE 之间的关系曲线入下图所示。

当U CE =0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性相似，存在死区电压U on （也称开启电压），硅管U on ≈0.5V ，锗管约0.1V 。

只有当U BE 大于U on 时，基极电流i B 才会上升，三极管正常导通。

硅管导通电压约0.7V ，锗管约0.3V 。

随着U CE 的增大输入特性曲线右移，但当U CE 超过一定数值（U CE >1）后，曲线不再明显右移而基本重合。

2．共射输出特性曲线在基极电流I B 为一常量的情况下，集电极电流i C 和管压降u CE 之间的关系曲线入下图所示。

1）截止区 I B =0曲线以下的区域称为截止区。

2）饱和区 u CE 较小的区域称为饱和区。

三极管饱和时的u CE 值称为饱和电压降U CES ，BE 040 输入特性曲线小功率硅管约为0.3V ，锗管约为0.1V 。

3）放大区 一族与横轴平行的曲线，且各条曲线距离近似相等的区域称为放大区。

此时，表现出三极管放大时的两个特性：①电流受控，即Δi C =βΔi B ；②恒流特性，只要I B 一定，i C 基本不随u CE 变化而变化。

例：如图说示是某三极管的输出特性曲线，从曲线上可以大致确定该三极管在U CE =6.5V ，I B =60µA （b 点）附近的β和β值。

解：在图示的输出特性曲线上作U CE =6.5V 的垂线，与I B =60µA 的输出特性曲线交于 b点，由此可得该点对应的4160105.23B C =⨯==I I β 402010)7.15.2(3B C =⨯-=∆∆=i i βΔi BΔi CA A /V1 2 34。

晶体三极管的特性曲线
洪少真
【期刊名称】《《家庭电子》》
【年(卷),期】1994(000)008
【摘要】和晶体二极管一样,晶体三极管的电流与电压关系(特性曲线)也是非线性的。

但是三极管有三个电极,因而有两种特性曲线:输入特性曲线和输出特性曲线。

一、输入特性曲线晶体三极管的输入特性曲线,是在集电极发射极电压V_(CE)固定的条件下,测出的基极发射极电压V_(BE)与基极电流I_B的关系曲线,如图1所示。

这是3DG4A(NPN型硅管)的实际输入特性曲线。

V_(CE)=0V的输入特性。

【总页数】1页(P29)
【作者】洪少真
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TN32
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3.晶体三极管输入输出特性曲线测试方法探讨 [J], 王辉;张绍忠
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