三极管是模拟电路的基础,需要重点理解,以npn型三极管为介绍对象。
三极管直流增益hfe
上图中npn型三极管的基极、集电极和发射极的电流满足关系ie=ib+ic,满足基尔霍夫电流定律。三极管的直流增益hfe=ic/ib,该参数描述了三极管电流放大的能力。这里要注意hfe参数并不是恒定不变的,不同的测设条件下其值不同,需要根据具体三极管数据手册给出的相关表格来确定。既然hfe直流增益这个参数反映三极管的电流放大能力,当然可以提高基极电流以此提高集电极电流,不过集电极电流不能超过三极管数据手册给出的最大值,否则会有烧毁三极管的风险。
三极管输入特性曲线
首先在multisim中搭建如图所示电路图,图中q1是npn型三极管(即be结是pn二极管),因此要想让三极管q1发挥电流放大的作用,发射结之间的电压需要达到0.7v以上。当调节r2电阻到30%时电压表显示发射结电压等于0.713v,此时三极管q1导通且起到电流放大的作用(三极管截止时集电极电流只有几个毫安);继续调节r2电阻让三极管保持导通,我们会发现集电极电流变化比较明显而发射结之间的电压几乎没变,这就是三极管的输入特性,曲线表示如下。
三极管输出特性曲线
三极管的输出特性:当基极电流为常数时,三极管集电极电流ic与集电-发射极之间电压uce之间的关系曲线,根据不同的基极电流ib,将得到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个状态: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-集电极之间都处于正向偏置,从图中可以看出饱和区的三极管集电极电流ic随着uce的增大而增大,特别是uce几乎为零时ic增大速率很明显。集电极电流ic超过一定值时,三极管的直流增益hfe会下降。当直流增益hfe下降到正常数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-集电极之间处于反向偏置(因为uce大于0.7v),这个时候三极管集电极电流ic变化很平缓,也就是说三极管集电极电流ic等于直流增益hfe与基极电流ib的乘积。基极开路时加在集电极和发射极之间的最大允许电压成为集-射极反向击穿电压。当uce大于集-射极反向击穿电压时将导致三极管的击穿(相当于二极管的pn结加上反向偏置电压超出最大反向耐压导致二极管的击穿)。三极管的数据手册中给出的集-射极反向击穿电压一般是常温25℃下的值,该值随着环境温度的升高而降低,使用时要特别注意。
截止区:显然此时三极管基极-发射极处于反向偏置,基极电流ib等于0。
总的来说三极管截止时等效于一个开关的断开(电阻无穷大),所以三极管集电极电流ic等于零;三极管饱和时等效于一个开关的接通(电阻很小),所以三极管集电极和发射极之间的电压几乎为零。集电极电流ic通过集电结时会产生热量,引起三极管的参数变化。当三极管因受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和uce的乘积。
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