
三极管是模拟电路的基础,需要重点理解。NPN三极管是介绍对象。
晶体管增益hFE
上图中,NPN三极管的基极、集电极、发射极的电流满足关系IE=IB IC,满足基尔霍夫的现行法律。三极管的DC增益hFE=IC/IB,描述了三极管的电流放大能力。这里需要注意的是,hFE参数不是常数,在不同的版图条件下,其值是不同的,需要根据具体三极管数据手册中给出的相关表格来确定。由于参数hFE DC增益反映了三极管的电流放大能力,当然,基极电流可以增加,以增加集电极电流。但是集电极电流不能超过三极管数据表中给定的最大值,否则三极管会被烧坏。
晶体管输入特性曲线
首先在multisim中搭建如图所示的电路图,其中Q1是一个NPN晶体管(即BE结是一个PN二极管)。因此,晶体管Q1要起到电流放大的作用,发射极结间的电压需要达到0.7V以上当R2的阻值调整到30%时,电压表显示发射极结电压等于0.713V,此时晶体管Q1导通,起到电流放大的作用(晶体管关断时集电极电流只有几毫安);继续调节R2电阻使三极管导通,我们会发现集电极电流变化明显而发射极结间电压几乎不变。这是三极管的输入特性,曲线如下。
晶体管输出特性曲线
三极管的输出特性:基极电流一定时,三极管的集电极电流IC与集电极发射极间电压UCE的关系曲线。根据基极电流IB的不同,三极管的输出特性曲线是一组曲线,如上图所示。
三极管的输出特性分为三种状态:饱和区、放大区和截止区。
饱和区:三极管工作在饱和区时,基极-发射极和基极-集电极处于正向偏置。从图中可以看出,饱和区三极管的集电极电流IC随着UCE的增大而增大,特别是在UCE几乎为零的情况下,IC增大的速度很明显。当集电极IC超过一定值时,三极管的DC增益hFE会降低。DC增益hFE下降到正常值的三分之二时的集电极电流称为三极管的最大集电极电流。
放大区:三极管工作在放大区时,基极-发射极处于正向偏置,基极-集电极处于反向偏置(因为UCE大于0.7V)。此时三极管的集电极电流IC变化非常平缓,也就是说三极管的集电极电流IC等于DC增益hFE和基极电流IB的乘积。当基极开路时,施加在集电极和发射极之间的最大允许电压成为集电极-发射极反向击穿电压。当UCE大于集电极-发射极反向击穿电压时,会导致三极管击穿(相当于二极管的PN结加上反向偏置电压超过最大反向耐受电压导致二极管击穿)。三极管资料书中给出的集电极-发射极反向击穿电压一般是室温25时的数值,随着环境温度的升高而降低,使用时要特别注意。
截止区:显然此时晶体管的基极-发射极处于反向偏置,基极电流IB等于0。
一般来说,三极管的截止相当于一个开关的断开(电阻无穷大),所以三极管的集电极电流IC等于零;三极管饱和相当于打开了一个开关(电阻很小),所以三极管的集电极和发射极之间的电压几乎为零。集电极IC经过集电极结时会发热,引起三极管的参数变化。当三极管因发热引起的参数变化不超过允许值时,集电极小号的功率等于IC与UCE的乘积。
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