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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(shù)干貨 作者:硬件工程師技術(shù)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(dāng)發(fā)射結(jié)小于開啟電壓,集電結(jié)反偏,此時Ib和Ic幾乎都為零,集電結(jié)反向偏置再強(qiáng)也沒用,此時Ube太小,發(fā)射區(qū)不能發(fā)送電子到基區(qū),或者發(fā)送很少電子到基區(qū),也就是不能形成明顯集電極電流

2、放大

發(fā)射結(jié)正向偏置且大于開啟電壓,集電結(jié)反向偏置,此時Ube足夠大,能夠把大量電子發(fā)送到基區(qū),集電結(jié)反向偏置能夠把大量基區(qū)電子吸入集電區(qū),形成明顯集電極電流。放大狀態(tài)下Ib和Ic呈現(xiàn)固定比例關(guān)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(shù),Ib、Ic、Uce,為了便于理解,我們假設(shè)某個參數(shù)為定值,進(jìn)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(jìn)行分析。

Ib不變,那么Ube基本不變,發(fā)射區(qū)發(fā)送到基區(qū)的電子數(shù)量基本不變,如果Ucb的反偏電場強(qiáng)度大,那么收集電子的能力就強(qiáng),幾乎所有基區(qū)電子都被收集,“有多少吃多少”,這時Ic電流主要取決于發(fā)射區(qū)送入基區(qū)的電子數(shù)量,Ib和Ic呈固定比例關(guān)系,即,處于放大區(qū)。隨著Uce逐漸減小,Ucb也逐漸顯小,集電結(jié)的收集電子能力減弱,發(fā)射區(qū)送過來的電子不能全部“吃下”,導(dǎo)致Ic減小。當(dāng)Uce電壓等于Ube的時候Ucb電壓為0,集電結(jié)處于臨界飽和狀態(tài)。隨著Uce進(jìn)一步減小,集電結(jié)開始正向偏置,三極管飽和失去放大能力。說的通俗點(diǎn),集電結(jié)就像個“橋”,處于放大狀態(tài)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(bǔ),通行能力還是不能提高(Ic不變)。

下圖中電路工作點(diǎn)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(guān)系,即圖片中的藍(lán)色箭頭位置,和Uce基本不相關(guān)。隨著Uce的進(jìn)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(guān)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(yàn)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(jìn)行分析。

隨著Ib逐漸增大,Ube同樣增大,越來越多的電子從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū),如果集電結(jié)能夠全部吃下這些電子,說明此時處于放大區(qū),Ic取決于Ib(圖中的A工作點(diǎn))。隨著Ib進(jìn)一步增大,集電區(qū)發(fā)送到基區(qū)的電子越來越多,但Uce不變,Ucb反偏電壓減小,集電結(jié)收集電子能力下降。基區(qū)電子增多,收集能力下降,慢慢地集電結(jié)開始對基區(qū)的電子有點(diǎn)力不從心了,集電結(jié)不能使所有電子進(jìn)入集電區(qū),慢慢進(jìn)入飽和,Ib和Ic固定比例關(guān)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(guān)系。

Δ4明顯偏小,說明集電結(jié)“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(yàn)證:

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3)下面以常見的共射放大電路,進(jìn)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(diǎn)在特性曲線呈現(xiàn)出來的是一條傾斜的軌跡。如下電路,此時工作點(diǎn)在A點(diǎn),隨著基極電流逐漸增大,Ic也成比例增大,因?yàn)榧姌O和射極電阻的存在,Ic增大,導(dǎo)致Uce減小。所以隨著Ib增大,工作點(diǎn)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(fā)表人:湯梓紅 )

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