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晶体管的特性和参数

发布时间:2011/12/14 11:18:40 访问次数:4166

     我们先介绍两个重要的参数,βDC(直流电流增益)和aDC,并且利用它们来分析晶体管电路。同时也会讨论晶体管的特性曲线,你将会学习到如何由这些曲线来说明电晶体的工作原理。最后,将会讨论晶体管的最大额定值。
    在学完这一节后,你应该能够:讨论晶体管参数和特性,以及使用这些来分析晶体管电路;定义直流p值(βDC);定义直流a值(aDC);确认晶体管电路中所有的电流和电压;分析基本的晶体管直流电路;说明集电极特性曲线和如何使用直流负载线(DC load line);说明βDC是如何随温度和集电极电流变化;参与讨论和应用最大的晶体管额定值;如何将晶体管的功率消耗加以额降;说明晶体管的特性参数表。
    如上一节所讨论,当晶体管接上直流偏压时,如图4.6中所示的NPN和PNP类型,VCC对基极一发射极结施加正向偏压,而VCC对基极一集电极结施加反向偏压。虽然在这一章,我们使用电池符号来表示偏置电压,但实际上这些电压通常是由直流电源供应器提供。例如,VCC通常是直接从电源供应器的输出端取得,而(这个电压较低)则可利用分压器产生。

                      
    1. 直流β值 (βDC)与直流a值(aDC)
    直流集电极电流(Ic)与直流基极电流(IB)的比值,即是直流β值(β3DC),它代表电晶体的直流电流增益。
    βDC=Ic/IB       (4.2)
    βDC的标准值范围是从小于20~200或更高。βDC在晶体管特性参数表中,通常表示为另一个相同的hybrid(h)参数,hFE。目前你所需要知道的就是    hFE=βDC
    直流集电极电流(Ic)与直流发射极电流(IE)的比值,即为直流a值(aDC)。在晶体管电路中,a值是比β值较少被用到的参数。
                        aDC=Ic/IE
    通常,aDC僮的范围是从o.95~0. 99或是更大,但是aDc永远小于1。原因是Ic永远会比IE少一个IB的值。举例来说,若IE =lOOmA以及IB=lmA,那IC=99mA以及aDC=0.99。
   2.电流与电压的分析
    考虑图4.7中的基本晶体管偏压电路状态。

                               
    IB为直流基极电流;
    IE为直流发射极电流;
    IC为直流集电极电流;
    VBE为基极对发射极直流电压;
    VCB为集电极对基极的直流电压;
    VCE为集电极对发射极的直流电压。
    对基极一发射极结施加正向偏压,对基极一集电极结施加反向偏压。当基极一发射极结为正向偏压时,它就像一个正向偏压的二极管,并且会有一个微小的正向电压降值:   

                   VBE≈0.7V    (4.3)
    虽然在一个真正的晶体管中,可以到达0.9V之高而且会和电流有关,我们在本书中将使用0.7V,这是为了简化分析以便能够表达基本概念的目的。
    既然发射极是接地(OV),由基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's Voltage Law),
    两端的电压为    VRn=VBB-VBE
    同时,由欧姆定律(Ohm's law),    VRn=IBRB
   3.集电极特性曲线
    使用如图4.9(a)所示的电路,你可以产生一组集电极特性曲线( collector characteristic curves),用来表示集电极电流在固定的基极电流下,是如何随着集电极一发射极电压VCE改变。请注意,电路图中的VBB和Vcc都是可调电压源。

         
    假设设定的VBB可产生一定的IB值,且Vcc为零。在这种情况下,基极一发射极结和基极一集电极结都是正向偏压,这是因为基极电压大约在0. 7V,而发射极与集电极都在是OV。基极电流会通过基极一发射极,这是因为它到接地之间为低阻抗,因此为零。当两个PN结都是正向偏压时,晶体管会工作在饱和区(saturation)。
    当Vcc增加,会因为集电极电流的增加,导致VCE慢慢地增加。这可由图4.9(b)中的特性曲线,介于A点和B点之间的部分看出。Ic会随着Vcc增加,这是因为会因基极一集电极结正向偏压而维持在低于0.7V的幅度。
    理论上,当VCE超过0.7 V时,基极一集电极结会成为反向倔压,而晶体管会进入它的作用区(active)或线性( linear)工作区。一旦基极一集电极结成为反向偏压时,对于一定的IB,当VCE不断地增加时,Ie会大略持平且基本上维持一个定值。事实上,Ie会稍微随着VCE的增加而增加,这是由于基极一发射极结的耗尽区变宽所引起。这会导致在基极区域较少数量的空穴能够与自由电子再结合,因此造成稍微增加。这可由图4.9(b)中的特性曲线,介于点B和点C之间的部分看出。在这个部分的特性曲线图,IC完全由IC=βDCIB的关系决定。
    当VCE到达一个够高的电位时,反向偏压的基极一集电极结会进入击穿区,这时集电极电流IC会快速增加,如图4.9(b)中C点右边的曲线所表示。晶体管应该不能工作于击穿区。
    按照不同的IB值来绘制Ie对VCE的曲线,就可得到一系列的集电极特性曲线,如图4.9(c)所示。当IB=O,晶体管是在截止( cutoff)区,虽然这时仍有很小的集电极泄漏电流,如图所示。图中所见的IB=0时的集电极泄漏电流,D3P-052 是为了说明而加以放大显示。

     我们先介绍两个重要的参数,βDC(直流电流增益)和aDC,并且利用它们来分析晶体管电路。同时也会讨论晶体管的特性曲线,你将会学习到如何由这些曲线来说明电晶体的工作原理。最后,将会讨论晶体管的最大额定值。
    在学完这一节后,你应该能够:讨论晶体管参数和特性,以及使用这些来分析晶体管电路;定义直流p值(βDC);定义直流a值(aDC);确认晶体管电路中所有的电流和电压;分析基本的晶体管直流电路;说明集电极特性曲线和如何使用直流负载线(DC load line);说明βDC是如何随温度和集电极电流变化;参与讨论和应用最大的晶体管额定值;如何将晶体管的功率消耗加以额降;说明晶体管的特性参数表。
    如上一节所讨论,当晶体管接上直流偏压时,如图4.6中所示的NPN和PNP类型,VCC对基极一发射极结施加正向偏压,而VCC对基极一集电极结施加反向偏压。虽然在这一章,我们使用电池符号来表示偏置电压,但实际上这些电压通常是由直流电源供应器提供。例如,VCC通常是直接从电源供应器的输出端取得,而(这个电压较低)则可利用分压器产生。

                      
    1. 直流β值 (βDC)与直流a值(aDC)
    直流集电极电流(Ic)与直流基极电流(IB)的比值,即是直流β值(β3DC),它代表电晶体的直流电流增益。
    βDC=Ic/IB       (4.2)
    βDC的标准值范围是从小于20~200或更高。βDC在晶体管特性参数表中,通常表示为另一个相同的hybrid(h)参数,hFE。目前你所需要知道的就是    hFE=βDC
    直流集电极电流(Ic)与直流发射极电流(IE)的比值,即为直流a值(aDC)。在晶体管电路中,a值是比β值较少被用到的参数。
                        aDC=Ic/IE
    通常,aDC僮的范围是从o.95~0. 99或是更大,但是aDc永远小于1。原因是Ic永远会比IE少一个IB的值。举例来说,若IE =lOOmA以及IB=lmA,那IC=99mA以及aDC=0.99。
   2.电流与电压的分析
    考虑图4.7中的基本晶体管偏压电路状态。

                               
    IB为直流基极电流;
    IE为直流发射极电流;
    IC为直流集电极电流;
    VBE为基极对发射极直流电压;
    VCB为集电极对基极的直流电压;
    VCE为集电极对发射极的直流电压。
    对基极一发射极结施加正向偏压,对基极一集电极结施加反向偏压。当基极一发射极结为正向偏压时,它就像一个正向偏压的二极管,并且会有一个微小的正向电压降值:   

                   VBE≈0.7V    (4.3)
    虽然在一个真正的晶体管中,可以到达0.9V之高而且会和电流有关,我们在本书中将使用0.7V,这是为了简化分析以便能够表达基本概念的目的。
    既然发射极是接地(OV),由基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's Voltage Law),
    两端的电压为    VRn=VBB-VBE
    同时,由欧姆定律(Ohm's law),    VRn=IBRB
   3.集电极特性曲线
    使用如图4.9(a)所示的电路,你可以产生一组集电极特性曲线( collector characteristic curves),用来表示集电极电流在固定的基极电流下,是如何随着集电极一发射极电压VCE改变。请注意,电路图中的VBB和Vcc都是可调电压源。

         
    假设设定的VBB可产生一定的IB值,且Vcc为零。在这种情况下,基极一发射极结和基极一集电极结都是正向偏压,这是因为基极电压大约在0. 7V,而发射极与集电极都在是OV。基极电流会通过基极一发射极,这是因为它到接地之间为低阻抗,因此为零。当两个PN结都是正向偏压时,晶体管会工作在饱和区(saturation)。
    当Vcc增加,会因为集电极电流的增加,导致VCE慢慢地增加。这可由图4.9(b)中的特性曲线,介于A点和B点之间的部分看出。Ic会随着Vcc增加,这是因为会因基极一集电极结正向偏压而维持在低于0.7V的幅度。
    理论上,当VCE超过0.7 V时,基极一集电极结会成为反向倔压,而晶体管会进入它的作用区(active)或线性( linear)工作区。一旦基极一集电极结成为反向偏压时,对于一定的IB,当VCE不断地增加时,Ie会大略持平且基本上维持一个定值。事实上,Ie会稍微随着VCE的增加而增加,这是由于基极一发射极结的耗尽区变宽所引起。这会导致在基极区域较少数量的空穴能够与自由电子再结合,因此造成稍微增加。这可由图4.9(b)中的特性曲线,介于点B和点C之间的部分看出。在这个部分的特性曲线图,IC完全由IC=βDCIB的关系决定。
    当VCE到达一个够高的电位时,反向偏压的基极一集电极结会进入击穿区,这时集电极电流IC会快速增加,如图4.9(b)中C点右边的曲线所表示。晶体管应该不能工作于击穿区。
    按照不同的IB值来绘制Ie对VCE的曲线,就可得到一系列的集电极特性曲线,如图4.9(c)所示。当IB=O,晶体管是在截止( cutoff)区,虽然这时仍有很小的集电极泄漏电流,如图所示。图中所见的IB=0时的集电极泄漏电流,D3P-052 是为了说明而加以放大显示。

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