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深入理解三極管的輸出特性曲線

2022年11月10日 16:40 硬件工程師技術干貨 作者:硬件工程師技術干 用戶評論(0

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以上共射輸出特性曲線(IC-UCE曲線)摘自Fairchild SS8050手冊,為了便于理解,添加了一些描述信息。不少人看到以上三極管輸出特性曲線都會一臉蒙圈,不管怎么看都是別別扭扭的,但是又說不出來哪里別扭。本文直接引用三極管的一些基本知識,具體請參考上一篇文章《三極管原理詳解》。要理解以上輸出特性曲線,首先說一下什么是截止、飽和、放大。

1、截止

當發射結小于開啟電壓,集電結反偏,此時Ib和Ic幾乎都為零,集電結反向偏置再強也沒用,此時Ube太小,發射區不能發送電子到基區,或者發送很少電子到基區,也就是不能形成明顯集電極電流

2、放大

發射結正向偏置且大于開啟電壓,集電結反向偏置,此時Ube足夠大,能夠把大量電子發送到基區,集電結反向偏置能夠把大量基區電子吸入集電區,形成明顯集電極電流。放大狀態下Ib和Ic呈現固定比例關系,如特性曲線所示,具體原理請參考上一篇文章《三極管原理詳解》。

3、飽和

截止和放大都好理解,一提到飽和好多人就蒙圈了,什么是飽和?我們一般理解飽和是這樣的,Ib增大到一定程度后,Ic不按照固定比例增大,增大程度減小,或者說不增大,就是飽和,這時候Ic不再受Ib控制,三極管失去了電流放大能力。

4、共射特性曲線解讀

特性曲線中有三個參數,Ib、Ic、Uce,為了便于理解,我們假設某個參數為定值,進行電路分析

1)假定Ib一定的情況下,人為控制Uce,使Uce逐漸減小或者增大,這里以逐漸減小為例進行分析。

Ib不變,那么Ube基本不變,發射區發送到基區的電子數量基本不變,如果Ucb的反偏電場強度大,那么收集電子的能力就強,幾乎所有基區電子都被收集,“有多少吃多少”,這時Ic電流主要取決于發射區送入基區的電子數量,Ib和Ic呈固定比例關系,即,處于放大區。隨著Uce逐漸減小,Ucb也逐漸顯小,集電結的收集電子能力減弱,發射區送過來的電子不能全部“吃下”,導致Ic減小。當Uce電壓等于Ube的時候Ucb電壓為0,集電結處于臨界飽和狀態。隨著Uce進一步減小,集電結開始正向偏置,三極管飽和失去放大能力。說的通俗點,集電結就像個“橋”,處于放大狀態時,橋上的車輛通行順暢,隨著Uce減小,這個橋變窄了,車流量不變(Ib、Ube不變)的情況下,橋上必然擁堵不堪,通行能力下降(Ic減小)。此時就算增大車流量(Ib、Ube增大)也于事無補,通行能力還是不能提高(Ic不變)。

下圖中電路工作點從A位置沿著Ib=1.5mA曲線移動到B位置,剛開始Ic和Ib保持固定的比例關系,即圖片中的藍色箭頭位置,和Uce基本不相關。隨著Uce的進一步減小,Ic逐漸減小,如紅色箭頭位置,Ib不變,Ib和Ic的固定比例關系遭到破壞,三極管逐漸趨于飽和。

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可以通過以下電路驗證:

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2)Uce一定的情況下,人為控制Ib,使Ib逐漸增大或者減小,這里以逐漸增大為例進行分析。

隨著Ib逐漸增大,Ube同樣增大,越來越多的電子從發射區進入基區,如果集電結能夠全部吃下這些電子,說明此時處于放大區,Ic取決于Ib(圖中的A工作點)。隨著Ib進一步增大,集電區發送到基區的電子越來越多,但Uce不變,Ucb反偏電壓減小,集電結收集電子能力下降。基區電子增多,收集能力下降,慢慢地集電結開始對基區的電子有點力不從心了,集電結不能使所有電子進入集電區,慢慢進入飽和,Ib和Ic固定比例關系被破壞,隨著Ib增大,Ic增長放緩,直至不在增長。

Δ1、Δ2、Δ3幾乎相等,Ib和Ic呈固定比例關系。

Δ4明顯偏小,說明集電結“力不從心”,Ic增長放緩,快飽和了。

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可以通過以下電路驗證:

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3)下面以常見的共射放大電路,進一步介紹特性曲線

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以上是常見的共射放大電路,電路中的Ib和Ic、Uce都不是固定不變的。工作點在特性曲線呈現出來的是一條傾斜的軌跡。如下電路,此時工作點在A點,隨著基極電流逐漸增大,Ic也成比例增大,因為集電極和射極電阻的存在,Ic增大,導致Uce減小。所以隨著Ib增大,工作點在特性曲線上是一個向左上傾斜的軌跡,逐漸走向飽和。

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( 發表人:湯梓紅 )

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