Question

晶体三极管的特性

Answer 1

晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。

晶体管是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。
一、晶体管的种类

晶体管有多种分类方法。

（一）按半导体材料和极性分类

按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。

（二）按结构及制造工艺分类

晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。

（三）按电流容量分类

晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。

（四）按工作频率分类

晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。

（五）按封装结构分类

晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。

（六）按功能和用途分类

晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。

二、晶体管的主要参数

晶体管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、反向电流等。

（一）电流放大系数

电流放大系数也称电流放大倍数，用来表示晶体管放大能力。

根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。

1．直流电流放大系数 直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用hFE或β表示。

2．交流电流放大系数 交流电流放大系数也称动态电流放大系数或交流放大倍数，是指在交流状态下，晶体管集电极电流变化量△IC与基极电流变化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。

hFE或β既有区别又关系密切，两个参数值在低频时较接近，在高频时有一些差异。

（二）耗散功率

耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。

耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。

通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

（三）频率特性

晶体管的电流放大系数与工作频率有关。若晶体管超过了其工作频率范围，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。

晶体管的频率特性参数主要包括特征频率fT和最高振荡频率fM等。

1．特征频率fT 晶体管的工作频率超过截止频率fβ或fα时，其电流放大系数β值将随着频率的升高而下降。特征频率是指β值降为1时晶体管的工作频率。

通常将特征频率fT小于或等于3MHZ的晶体管称为低频管，将fT大于或等于30MHZ的晶体管称为高频管，将fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶体管称为中频管。

2．最高振荡频率fM 最高振荡频率是指晶体管的功率增益降为1时所对应的频率。

通常，高频晶体管的最高振荡频率低于共基极截止频率fα，而特征频率fT则高于共基极截止频率fα、低于共集电极截止频率fβ。

（四）集电极最大电流ICM

集电极最大电流是指晶体管集电极所允许通过的最大电流。当晶体管的集电极电流IC超过ICM时，晶体管的β值等参数将发生明显变化，影响其正常工作，甚至还会损坏。

（五）最大反向电压

最大反向电压是指晶体管在工作时所允许施加的最高工作电压。它包括集电极—发射极反向击穿电压、集电极—基极反向击穿电压和发射极—基极反向击穿电压。

1．集电极—发射极反向击穿电压 该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许反向电压，一般用VCEO或BVCEO表示。

2．集电极—基极反向击穿电压 该电压是指当晶体管发射极开路时，其集电极与基极之间的最大允许反向电压，用VCBO或BVCBO表示。

3．发射极—基极反向击穿电压 该电压是指当晶体管的集电极开路时，其发射极与基极与之间的最大允许反向电压，用VEBO或BVEBO表示。

（六）反向电流

晶体管的反向电流包括其集电极—基极之间的反向电流ICBO和集电极—发射极之间的反向击穿电流ICEO。

1．集电极—基极之间的反向电流ICBO ICBO也称集电结反向漏电电流，是指当晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流。ICBO对温度较敏感，该值越小，说明晶体管的温度特性越好。

2．集电极—发射极之间的反向击穿电流ICEO ICEO是指当晶体管的基极开路时，其集电极与发射极之间的反向漏电电流，也称穿透电流。此电流值越小，说明晶体管的性能越好。

晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。晶体管是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。
三极管详解半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。

Answer 2

极管外部各极电压和电流的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。它不仅能反映三极管的质量与特性，还能用来定量地估算出三极管的某些参数，是分析和设计三极管电路的重要依据。
对于三极管的不同连接方式，有着不同的特性曲线。应用最广泛的是共发射极电路，其基本测试电路如图Z0118所示，共发射极特性曲线可以用描点法绘出，也可以由晶体管特性图示仪直接显示出来。
一、输入特性曲线
在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压UBE 维持不同的定值时，
UBE和IB之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线，如图Z0119所示。输入特性曲线的数学表达式为：
IB＝f（UBE）| UBE = 常数 GS0120
由图Z0119 可以看出这簇曲线，有下面几个特点：
（1）UBE = 0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为UCE = 0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样IB与UCE 的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。
（2）UCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当UCE的数值增至较大时（如UCE＞1V），各曲线几乎重合。这是因为UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而IB减小。如保持IB为定值，就必须加大UBE ，故使曲线右移。当UCE 较大时（如UCE ＞1V），集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCE再增加，IB 也不再明显地减小，这样，就形成了各曲线几乎重合的现象。
（3）和二极管一样，三极管也有一个门限电压Vγ，通常硅管约为0.5～0.6V，锗管约为0.1～0.2V。
二、输出特性曲线
输出特性曲线如图Z0120所示。测试电路如图Z0117。
输出特性曲线的数学表达式为：
由图还可以看出，输出特性曲线可分为三个区域：
（1）截止区：指IB=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流IcEO。
（2）饱和区：指绿色区域。在此区域内，对应不同IB值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。也就是说，UCE较小时，Ic虽然增加，但Ic增加不大，即IB失去了对Ic的控制能力。这种情况，称为三极管的饱和。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示。UCES很小，通常中小功率硅管UCES＜0.5V；三极管基极与发射极之间的电压称为基一射饱和压降，以UCES表示，硅管的UCES在0．8V左右。
OA线称为临界饱和线（绿色区域右边缘线），在此曲线上的每一点应有
|UCE| = |UBE|。它是各特性曲线急剧拐弯点的连线。在临界饱和状态下的三极管，其集电极电流称为临界集电极电流，以Ics表示；其基极电流称为临界基极电流，以IBS表示。这时Ics与IBS 的关系仍然成立。
（3）放大区：在截止区以上，介于饱和区与击穿区之间的区域为放大区。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，Ic的变化量与IB的变量基本保持线性关系，即ΔIc=βΔIB，且ΔIc >>ΔIB ，就是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当UCE＞1 V后，即使再增加UCE，Ic 几乎不再增加，此时，若IB 不变，则三极管可以看成是一个恒流源。
在放大区，三极管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置状态。

Answer 3

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