2-2 三极管的特性与参数《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块2 晶体三极管和单级低频小信号放大器 2-2 三极管的特性与参数 【考纲要求】 （1） 理解晶体三极管的输入特性曲线、输出特性曲线（共发射极接法）及其三个工作区域的划分； （2）理解晶体三极管的主要参数含义 （3）掌握晶体三极管工作状态的判别 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、晶体三极管的特性曲线（共发射极接法） 三极管的特性曲线是表征各电极电流与电压之间关系的曲线，是分析三极管工作状态、设计放大电路的重要依据，共发射极接法的特性曲线应用最广泛，核心分为输入特性和输出特性两类。下图是测试三极管共发射极电路伏安特性曲线的电路图： 1. 输入特性曲线 定义：当集射极电压为定值时，基极电流与基射极电压之间的关系曲线，即。 核心特征： 与二极管的伏安特性曲线相似，存在死区电压（硅管≈0.5V，锗管≈0.2V），只有大于死区电压，才会明显增大； 当时，集电结反偏足以收集基区绝大部分载流子，此时再增大，输入特性曲线基本重合，工程上只需参考的一条曲线即可； 输入特性曲线： 硅管分别约为0.5V和0.7V 死区电压与导通电压UBE 锗管分别约为0.1V和0.3V 2. 输出特性曲线 定义：当基极电流为定值时，集电极电流与集射极电压之间的关系曲线，即。 核心特征： 以为参变量，形成一组平行的曲线簇，每增加一个定值，就相应增加一个定值，体现电流控制作用； 曲线分为三个明显区域（截止区、放大区、饱和区），是判断三极管工作状态的核心依据； （1）截止区——iB=0曲线以下的区域： iC= ICEO ≈ 0，两结均反偏，三极管各电极电流均约等于0，所以可以等效为断开的开关； （2）放大区——在iB=0的特性曲线上方，近似平行于横轴的曲线族部分： iC基本不随uCE变化仅受iB控制，iC=βiB，发射结正偏、集电结反偏，相当于受控电流源。 （3）饱和区——输出特性曲线近似直线上升部分： 三极管饱和时管压降uCE很小，叫做饱和压降uCES，两结均正偏，相当于闭合开关。 当较小时，随快速增大；当后，基本不随变化，呈恒流特性。 二、输出特性曲线的三个工作区域划分 共发射极接法下，三极管的输出特性曲线清晰划分出截止区、放大区、饱和区，三个区域的偏置条件、电流特征截然不同，适配不同电路功能（放大 / 开关）。 1. 截止区 偏置条件：发射结反向偏置或零偏，集电结反向偏置（死区电压，）； 电流特征：，（穿透电流，极小可忽略），； 电路表现：三极管各电极近似开路，相当于开关断开，无放大作用，适用于开关电路的关断状态。 2. 放大区 偏置条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置（硅管，）； 电流特征：与成正比，满足，与基本无关（恒流）；； 电路表现：三极管具有电流放大作用，是放大电路的核心工作区域，Q 点（静态工作点）需设置在此区域。 3. 饱和区 偏置条件：发射结正向偏置，集电结正向偏置（，）； 电流特征：不再随增大而增大，失去电流控制作用，；集射极饱和压降极小（硅管≈0.3V，锗管≈0.1V）； 电路表现：三极管集射极近似短路，相当于开关闭合，无放大作用，适用于开关电路的导通状态。 三、晶体三极管的主要参数 三极管的参数是表征其性能优劣、适用范围的定量指标，是器件选型、电路设计和故障分析的重要依据，核心分为电流放大参数、极间反向电流参数、极限参数、频率参数四类。 1. 电流放大参数 表征三极管的电流控制能力，是最基础的参数，分直流和交流两种： 直流电流放大系数：放大区中，集电极直流电流与基极直流电流的比值，（可忽略时）； 交流电流放大系数：放大区中，集电极电流的变化量与基极电流变化量的比值，； 集电结电流传输系数：与的比值，，且（，）； 工程近似：放大区中，可通用计算。 2. 极间反向电流参数 表征三极管的热稳定性，反向电流越小，热稳定性越好： 集基反向漏电流：发射极开路时，集电结加反向电压的反向电流，常温下硅管为 nA 级，锗管为 μA 级； 集射穿透电流：基极开路时，集射极加正向电压的集电极电流，，随温度升高急剧增大，是影响热稳定性的关键； 核心结论：硅管反向电流远小于锗管，硅管热稳定性更好，应用更广泛。 3. 极限参数 表征三极管正常工作的最大限值，超过任一极限参数，三极管性能会恶化甚至永久损坏： 最大集电极电流：三极管能正常放大时的最大集电极电流，超过后会显著下降； 集射极反向击穿电压：基极开路时，集射极之间能承受的最大反向电压，超过后急剧增大，三极管击穿； 最大集电极耗散功率：三极管集电结允许的最大耗散功率，由集电结温度决定，，超过后三极管因过热损坏； 极限区：、、围成三极管的安全工作区，工作点需设置在安全区内。 4. 频率参数 表征三极管的高频工作能力，适用于高频放大 / 振荡电路的器件选型： 共射截止频率：当信号频率升高到一定值，下降到低频值的（约 0.707 倍）时的频率； 特征频率：当信号频率继续升高，下降到 1 时的频率，此时三极管失去电流放大作用，越高，高频性能越好； 工程应用：低频放大电路选用低频管，高频电路需选用远高于工作频率的高频管。 四、晶体三极管工作状态的判别方法 三极管工作状态（截止 / 放大 / 饱和）由发射结和集电结的偏置状态、电流 / 电压特征决定，是分析三极管电路的核心技能，硅管为主要分析对象（死区 0.5V，导通 0.7V，饱和 0.3V），步骤如下： 1. 判偏置：计算基射极电压、集基极电压，确定发射结和集电结的正 / 反偏； 发射结正偏：（硅管导通），（死区，等效截止）； 集电结正偏：（）；集电结反偏：（）； 2. 定区域：根据偏置条件直接判定，是最核心、最快捷的方法； 截止区：发射结反偏 / 零偏 + 集电结反偏； 放大区：发射结正偏 + 集电结反偏； 饱和区：发射结正偏 + 集电结正偏； 3. 验特征：通过电流 / 电压特征验证，排除特殊情况； 截止：、、； 放大：、（恒流）； 饱和：、； 4. 总结：偏置条件是判定核心，电流 / 电压特征是验证依据，二者结合可精准判别工作状态。 五、核心技能要点 1. 能读懂共发射极接法下三极管的输入、输出特性曲线，识别曲线核心特征和三个工作区域； 2. 能熟记三极管三个工作区域的偏置条件和电流 / 电压特征，并能快速对应； 3. 能理解三极管各主要参数的含义，明确参数对三极管性能的影响（如影响放大能力，影响热稳定性）； 4. 能熟练运用偏置条件法判别三极管的工作状态，并用电流 / 电压特征验证； 5. 能根据电路功能（放大 / 开关）和工作条件，结合参数进行三极管的初步选型。 【练习题】 一、选择题 1. 共发射极接法下，三极管输入特性曲线的死区电压，硅管约为（） A. 0.2V B. 0.5V C. 0.7V D. 0.3V 2. 三极管放大区的核心偏置条件是（） A. 发射结正偏，集电结反偏 B. 发射结反偏，集电结正偏 C. 发射结、集电结均正偏 D. 发射结、集电结均反偏 3. 表征三极管热稳定性的关键参数是（） A. B. C. D. 4. 硅管工作在饱和区时，集射极饱和压降约为（） A. 0.7V B. 0.5V C. 0.3V D. 1V 5. 基极开路时，集射极之间能承受的最大反向电压是（） A. B. C. D. 6. 共发射极输出特性曲线中，基本不随变化的区域是（） A. 截止区 B. 放大区 C. 饱和区 D. 所有区域 7. 当三极管的超过时，其性能会出现的变化是（） A. 热稳定性变差 B. 发生击穿 C. 显著下降 D. 进入饱和区 二、判断题 1. 共发射极输入特性曲线中，当时，曲线基本重合，工程上可通用。（） 2. 三极管的穿透电流越大，其热稳定性越好。（） 3. 放大区中，三极管的与成正比，体现电流控制作用。（） 4. 三极管工作在截止区时，，，相当于开关闭合。（） 5. 硅管的反向漏电流远小于锗管，因此硅管热稳定性更优。（） 6. 三极管的是集电极允许的最大耗散功率，。（） 7. 饱和区中，三极管的不再受控制，失去电流放大作用。（） 三、分析题 1. 已知某硅 NPN 型三极管工作在共发射极电路中，测得各电极电位：，，，试判断该三极管的工作状态，并说明判定依据。 2. 某硅 NPN 型三极管，，工作电路中，，测得，，试判断三极管的工作状态，并验证说明。 3. 简述三极管三个工作区域的偏置条件和核心电流特征，分别说明各区域的典型电路应用。 四、简答题 1. 什么是三极管的穿透电流？它与的关系是什么？对三极管的性能有何影响？ 2. 三极管的极限参数包含哪些？为什么说三极管的工作点必须设置在安全工作区内？ 【答案】 一、选择题 1. B 2. A 3. B 4. C 5. A 6. B 7. C 二、判断题 1. √ 2. ×（越大，热稳定性越差） 3. √ 4. ×（截止区相当于开关断开，饱和区相当于开关闭合） 5. √ 6. ×（） 7. √ 三、分析题 1. 判定结果：放大区 判定依据：该管为硅 NPN 型，计算偏置电压： （发射结正偏，硅管导通）； ？修正：（集电结反偏判定为，此处，集电结反偏）； 满足发射结正偏、集电结反偏的放大区偏置条件，故工作在放大区。 2. 判定结果：饱和区 验证说明：该管为硅 NPN 型，，； ① 计算放大区理论：； ② 实际测得，说明不再受控制； ③ 计算饱和时最大集电极电流：，与实际一致； 综上，三极管工作在饱和区。 3. 三个工作区域分析： 工作区域 偏置条件 核心电流特征 典型电路应用 截止区 发射结反偏 / 零偏，集电结反偏 、、 开关电路（关断状态） 放大区 发射结正偏，集电结反偏 （恒流，电流受控）、 交流放大电路（电压 / 电流 / 功率放大） 饱和区 发射结正偏，集电结正偏 （不受控制）、极小 开关电路（导通状态） 四、简答题 1. 穿透电流：基极开路时，集射极之间加正向电压时的集电极电流，是三极管基极开路时的漏电流。 与的关系：，为集基反向漏电流。 对性能的影响：随温度升高急剧增大，越大，三极管的热稳定性越差；硅管远小于锗管，因此硅管热稳定性更优。 2. 三极管极限参数：最大集电极电流、集射极反向击穿电压、最大集电极耗散功率。 安全工作区的意义：三个极限参数围成三极管的安全工作区，若工作点超出安全区：① 超过，显著下降，放大能力丧失；② 超过，三极管发生反向击穿，永久损坏；③ 超过，集电结过热，三极管因热损坏。因此工作点必须设置在安全区内，保证三极管正常工作。 学科网（北京）股份有限公司 $