晶体三极管的输入、输出特性曲线

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的电路进行测试逐点描绘。

（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0和1伏两种情况下，调整rp1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＝0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＝1伏时，集电结反偏，产生集电极电流ic，在相同的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＝1伏那条曲线非常接近，通常按uce＝1伏的输出特性曲线分析。

图3 uce＝0时的等效电路 图4 3ax52b的输入特性曲线

图4是3ax52b锗三极管的输入特性，注意横坐标是－ube，这是指pnp型锗管的基极电位低于发射极电位。可见，锗管和硅管它们的输入特性曲线都是非线性的，都有“死区”，锗管和硅管相比，锗管在较小的ube值下，就可使发射结正偏导通。当三极管在正常放大状态时，以发射极作为公共端，则npn型硅管ube约为0.7伏， pnp锗管ube约为－0.3伏。

（二） 输出特性曲线

输出特性是指，当三极管基极电流ib一定时，三极管的集电极电流ic与集电极电压uce之间的关系。

以3dg130c为例，仍用图1所示电路测试。当基极电流固定在某一值时调整rp2的阻值，可以测量若干组uce与ic的值，将它们逐点描绘，就得到它们的关系曲线。表2所列ib＝0.30毫安时一组uce与ic的值，描绘的曲线如图5所示。如果分别在不同的ib时，测出相应的ic与uce的值，就可描绘出三极管的输出特性曲线，如图6所示。

表2 ib＝0.30毫安时uce与ic数据

图5 ib＝0.30毫安时输出特性曲线 图6 晶体三极管的输出特性曲线簇

从输出特性曲线簇上可以看到，每条曲线都有上升弯曲和平行部分，各条曲线的上升部分很陡，几乎重合在一起，而平行部分按ib的值从小到大，由下向上排列，反映了三极管不同的工作状态。

我们知道三极管具有电流放大作用，但这种放大作用并不是在任何情况下都能实现的，当三极管各极上电压和电流发生变化时，它的工作状态就不同。三极管有截止、饱和、放大三种工作状态，对应这三种工作状态，可把三极管的输出特性曲线簇分为三个区域。

1. 截止区即ib＝0这根曲线以下的阴影部分。三极管截止的条件是，集电结与发射结都处于反向偏置状态。从图中我们看到，当ib＝0时， ic≠0，此时的ic叫穿电流iceo，而且iceo很小，它不受基极控制，与放大无关。因此截止状态的特征是ib≤0， ic≈0， uce≈ugb2，相当于集电结－发射结之间断开，三极管失去放大作用。

2. 饱和区即曲线左侧的阴影区，包括曲线的上升和弯曲部分。三极管饱和的条件是，集电结与发射结都处于正向偏置状态。饱和的特征是， uce很低（即uce≤ube）ic不受ib控制，相当于集电结－发射结之间短路接通，三极管也失去放大作用。

当uce＜ube时，称为深度饱和。由于集电结正偏，其内电场很弱，对到达基区的吸引力不大，这时即使增大ib， ic也几乎不增大，此时各线靠拢，表示ic不受ib影响。而ic受uce影响很大， uce稍有增大，从基区到集电区的电子也增加，因此ic随uce增大而增大，这就是曲线的上升部分。当uce＝ube时，集电结处于零偏置，各曲线在这时开始弯曲，称为临界饱和。

饱和时的集电极电流，由外电路参数ugb2和rc决定。饱和状态时的uce叫饱和压降uces，晶体管手册上一般列出在某个条件下的饱和压降uces，如3dg130c在ic＝300毫安时， uces≤0.8伏。一般npn型小功率硅管的uces取0.3伏（对pnp锗管取－0.1伏），大功率硅管在大电流工作时， uces将大于1伏。有关三极管饱和与截止状态的运用，我们在后面的数字电路中还要讨论。

3. 放大区指饱和区和截止区所夹的中间部分，特性曲线是一组间距近似相等的平行直线簇。三极管放大的条件是，发射结正偏，集电结反偏。当uce大于某一数值（约1伏）后，集电结电场已足够强，使发射区扩散到基区的电子绝大部分到达集电区。因此，在放大区，当ib一定时， ic基本不随uce变化，即ic与uce基本无关，这称为三极管的恒流特性。ic主要由ib控制， ib每增加一定数量，特性曲线就向上移一次， ic的变化比ib的变化大得多，即δic＝βδib，这正是三极管的放大作用。利用输出特性曲线，只要知道三极管的ib、 ic、 uce三个数值中的两个，就能很方便确定另一个数值。若以实际工作时的uce作垂线，就能算出基极电流变化值为δib时，集电极电流的变化值δic，从而计算出三极管电流放大系数β。曲线越平坦，间距越均匀，表明三极管的放大线性越好，显然，在相同的δib下， δic越大β值越高。

图2-15是锗三极管3ax52b的共发射极接法时的输出特性。与硅管相比，它的饱和压降较小，且ib＝0的一条曲线上移了。此外由于极性不同，横坐标为－uce。 图7 3ax52b的输出特性曲线簇

由于pn结流过的电流是有一定限制的，正反向电流过大将使pn结过热烧毁，所以为了安全使用三极管，在输出特性曲线簇上还有一些限制区域，如图2-14中，虚线右边为集电极最大允许功率限制区。三极管不能在这个区域工作。

综上所述，利用输入、输出特性曲线，我们可以了解某只三极管容许的工作范围，计算电流放大系数及工作中有关电压电流值，正确确定该管工作状态。在实际中，还可按表3所列数据测量三极管各极之间电压来判别三极管工作状态。

表3 npn型三极管的电压典型数据

注：对pnp型电压极性应相反。电压单位，伏。