测量三极管输出特性曲线

晶体管的输入输出特性曲线详解届别系别专业班级姓名指导老师二零一二年十月晶体管的输入输出特性曲线详解学生姓名：指导老师：摘要：晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

根据晶体管的结构进行分类，晶体管可以分为：NPN型晶体管和PNP 型晶体管。

依据晶体管两个PN结的偏置情况，晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。

晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映，通常称为伏安特性。

生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。

利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。

晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。

由于其响应速度快，准确性，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。

晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。

关键字：晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。

【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis.一、晶体管的基本结构晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图1-1(a)、(b)所示。

从三个区引出相应的电极，发射极，基极，集电极，各用“E”（或“e”）、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。

用示波器演示三极管输出特性曲线-设计应用一、系统框图及测量原理三极管输出特性曲线描述的是在基极电流IB不变情况下，UCE与lC之间的关系曲线。

由于示波器是一种电压测量仪器，集电极电流只有转化为电压才能由示波器显示。

CH2通道测量采样电阻上的压降作为示波器的Y轴输入（IC），CHl通道测量集电极电压作为X 轴输入（UCE），示波器工作在X-Y模式可测得三极管的特性曲线。

当基极电流IB为某一恒流时（本设计将实现步进电流源为：25、50、75、100、125、150、175、200uA共八个步进值），在集电极施加同步的锯齿波，即可观测到晶体管的输出特性曲线。

图1为系统框图，主要由同步信号、步进电流源电路、锯齿波电路等组成；图2为用示波器扩展为晶体管特性图示仪的原理示意图。

图1系统框图图2晶体管特性图示仪二、系统电路原理图1.同步信号产生电路图3中的ICl（555）及外围器件组成多谐振荡电路。

设RWl 及R10的等效电阻为R10.则ICl的Q输出端高电平时间为t1=0.7R10×C1（因为此时的充电回路是：+5V→RWl→R10→D1→C1→GND）。

其宽度约为几十微秒，Q 输出端低电平时间为t2=0.7R11×C1≈1mS（因为此时的放电回路是：C1→R11→D2→555的7脚内部三极管→GND）。

该多谐振荡电路作为步进电流源电路和锯齿波电路的同步信号。

图3系统电路原理图2.锯齿波电路的设计图3中的T1、T2、T3、ICl及外围器件组成锯齿波电路。

设RW2及R17的等效电阻为R17,流过T1发射极电流i1=0.7V,R17是一恒电流，当T2截止时，这一恒电流对电容C1充电，使得电容两端的电压线性增加。

通过同步信号产生电路输出同步脉冲控制三极管T2的开关状态，当三极管T2截止时。

恒流源对电容C1充电；当T2导通时，电容C1对三极管T2快速放电；从而产生线性锯齿波。

为了提高电路的带载能力。

实验目的•测试三极管的输入和输出特性并绘制特性曲线小灯泡的伏安特性测试电路图集电极基极b发射极思考探究...1.R1和R2有什么作用2.电流表电压表如何选取？uAv mA实验电路图Kmv实验器材1.万用表2.直流稳压电源 6.直流微安表7.直流毫安表5.直流毫伏表 3.滑动变阻器4.电阻箱v BE i B o 实验方法：控制变量法，描点法v CEi c o 以输出口电压v CE 为参变量，反映i B 和v BE 的函数关系()|CE B BE v Ci f v ==以输入口电压v BE 为参变量，反映i C 和v CE 的函数关系()B C CE Ii f v ==常数实验总结v BEi Bv ON v BE I I B2V CE =0V V CE =3V V CE =1V 1.共射输入特性曲线门坎电压当Vbe 一定时，随着Vce 的增大，Ib 减小2. 输出特性I B 20μA 40μA 60μA 80μA 100μA I C (mA )U CE (V)9O 放大区解惑：晶体管放大的过程，实际上是指小信号控制大信号的过程。

而不是小信号独自生成大信号的过程。

所被控制放大信号的能量是由电源提供的。

而且晶体管本身也有能量的损耗。

（1）三极管具有电流放大能力，通过一定的电路还可形成电压放大能力。

换言之，三极管具有功率放大能力，这是否违背能量守恒定律？为什么？（2）测量输出特性的实验中，为什么当Uce接近零时，ib会有明显变化？（3）麦克风，音响，那么他们的放大功能对应输出曲线上的哪一区域？？？。

一、概述三极管输出特性曲线的X轴为V ce，要求V ce连续并呈线性变化，用三角波输入来实现这一要求。

利用方波——三角波产生电路，方波通过积分可得到三角波。

同时方波作为触发产生基极电流的时钟信号，通过组合逻辑电路、时序逻辑电路来实现。

三极管输出特性曲线的Y轴为i C，当i B很小时，i C近似等于i E,在发射极加入电阻将集电极电流转换为发射极电位，用V E代替i E。

采用同相比例放大电路，通过CMOS模拟开关4066改变R F的值，改变放大器的增益，得到一组电压值，通过基极电阻和发射极电阻转化为基极电流。

最后通过示波器显示。

二、方案设计与论证三极管的输出特性曲线是指在基极电流i B一定的情况下，集电极电流i C与电压V ce之间所对应的关系曲线。

每取一个i B，i C与u CE就对应一条关系曲线，因此，输出特性曲线是由若干条曲线构成的。

要显示一条输出特性曲线，就必须给基极提供一个固定不变的电流（可转换成电压），再给三极管的集电极和发射极之间提供一个连续可变的扫描电压（即示波器的X输入）。

由于三极管的基极电流非常小，所以集电极电流可近似为发射极电流。

而从发射极电阻得到的发射极电位与发射极电流的变化规律是相同的，因此再将发射极电位送至示波器的Y输入，三极管的一条输出特性曲线就会在示波器上显示出来。

最后，要显示一组输出特性曲线，就要在显示一条曲线的基础上，按照一定的时间间隔给三极管的基极提供增量相同的基极电流（即阶梯信号），而且基极电流与c,e之间的电压变化必须同步，另外，要想连续的显示输出特性曲线，基极电流与c,e之间的扫描电压就必须是周期相同且相位同步的信号。

再有，周期的选取应考虑人视觉的暂留特性，确保输出特性曲线的显示但不闪烁。

三极管的输出特性曲线测试电路组成方框图如图1所示图1 三极管的输出特性曲线测试电路组成方框图三、单元电路的设计与分析1、方波——三角波产生电路设计运算放大器产生方波，方波可作为八进制时序计数器的时钟信号。

三极管的特性曲线
 三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：。

北华航天工业学院《电子技术》课程设计报告报告题目：三极管输出特性测试电路作者所在系部：电子工程系作者所在专业：自动化作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：课程设计任务书内容摘要三极管的输出特性曲线是指在基极电流i B一定的情况下，集电极电流i c与电压u CE之间所对应的关系曲线。

每取一个i B，i C与u CE就对应一条关系曲线，因此，输出特性曲线是有若干条曲线构成的。

给基极提供一个固定不变的电流（可转换为电压），再给三极管的集电极和发射极之间提供一个连续可变的扫描电压（即示波器X输入）。

集电极电流可近似为发射极电流，电位变化规律相同。

再将发射极电位送至示波器Y输入，示波器就会显示出一条特性曲线。

要显示一组输出特性曲线，就要在显示一条曲线的基础上，按照一定的时间间隔给三极管的基极提供增量相同的基极电流（即阶梯信号），且基极电流与c、e之间电压变化必须同步。

要连续地显示输出特性曲线，基极电流和c、e之间的扫描电压必须同周期同相位，此外，选取周期要考虑到人视觉的暂留特性。

关键字：三极管特性曲线基极集电极发射极扫描电压周期目录一、概述 (1)二、方案设计与论证 (1)三、单元电路设计与分析 (2)1.方波三角波产生电路 (2)2．可编程放大器 (3)3．八进制时序计数器 (4)4．梯形基极电流产生电路和集电极电流变换电路 (5)四、总原理图及元器件清单 (6)五、结论 (8)六、心得体会 (8)七、参考文献 (9)一、概述三极管输出特性曲线是通过时钟信号产生电路产生时钟信号分别三角波产生电路和八进制基础器。

三角波产生电路产生三角波提供c、e扫描电压至被测三极管和示波器X轴输入端。

八进制计数器逐位产生高电平控制可编程放大器模拟开关，使可编程放大器输出梯形波到被测三极管基极，集电极电流输入至示波器Y轴输入端。

示波器X、Y轴叠加形成八条输出波形。

二、方案设计与论证三极管输出特性曲线测试电路以三角波提供扫描电压，并叠加梯形波，从而显示完整的输出特性曲线。

晶体三极管特性曲线1、集电极输出特性曲线和二极管一样，晶体管的特性曲线可以提供很多信息。

有许多类型的晶体管特性曲线。

集电极曲线族是最常见的曲线之一。

图10-9就是这种曲线的一个例子。

垂直轴表示集电极电流（IC），以毫安为单位；水平轴表示集电极-发射极偏置电压（UCE），以伏特为单位。

该图叫做集电极曲线族，因为它是同一个三极管在给定不同基极电流的条件下描绘的。

图10－10给出了一种电路可以用来测量一个集电极曲线族的数据的电路。

用三个表来分别测量基极电流IB，集电极电流IC，集电极-发射极电压UCE。

为了画出含有三个变量的曲线，将一个变量值固定为常数而使其它两个量改变。

对一个集电极曲线族来说，常量是基极电流。

如图10－10所示，先调整可变电阻器得到需要的基极电流，然后调整可变电源，每给定为一个UCE值，记录集电极电流的值。

接着，再改变UCE值，并记录IC的值。

在图上描出这些数据点就产生了一条IC-UCE的伏安特性曲线。

改变基极电流，重复前面的操作，就可以产生这一族中的其它曲线。

从图10-9所示的曲线可得到一些结型晶体管的重要参数。

注意到集-发极间电压对集电极电流的影响很小。

注意IB=20μA时的曲线，电压从2V到18V范围内集电极电流有多大变化？电压增加16V，电流大约增加0.3mA。

由此可见，集电极电压对电流的影响很小，仅在集电极电压很小的时候对集电极电流有影响（见图10-9中1V以下部分曲线称三机关报和区）。

由输出特性曲线图，我们定义三极管的动态电阻（也称三极管集电极输出电阻）：实际表示输出特性曲线的斜率。

对于上例可见三极管有较大的动态电阻。

你要学会利用图10-9读一些数据。

例如，当IC=10mA，VCE=4V时，求IB=?，这两个数据点在80μA的曲线上相交，所以答案是80μA。

读该图时，使用估值也是必要的。

例如，当UCE=10V，IC=7mA时，基极电流值为多少？这两个值的交点与族内的每条曲线都不相交，大约在40μA和60μA曲线之间，所以估值50μA是比较合理的。

三极管输入输出特性姓名：班级：学号：指导老师：1.实验背景输入特性曲线（共射极）i=f(v BE) v CE=const.B(1)当v CE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。

(2)当v CE≥1V时，v CB= v CE - v BE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的v BE下i B减小，特性曲线右移。

图1输出特性曲线（共射极）iC=f(vCE) iB=const.饱和区：vCE很小，iC iB，三极管如同工作于短接状态，一般vCE vBE，此管压降称为饱和压降。

此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。

截止区：iB=0，iC＝ iCEO0，三极管如同工作于断开状态，此时， vBE小于死区电压。

放大区： vBE >Vth，vCE反电压大于饱和压降，此时，发射结正偏，集电结反偏。

图22.实验目标1.掌握不同连接时的三极管的伏安特性曲线2.掌握利用PSpice A/D仿真功能中提供直流扫描分析（DC Sweep）以及参数分析(Parametric Analysis)3.实验方法1> 电路图中的参数用花括号括起，如下图中的{VCE}等2> 图中的PARAMETERS: place→part→add library后，添加special.olb3> 双击PARAMETERS:出现property editor，选择New column, name 中写入相应的参数名，例如下图中的VCE，初始值VCE=0V，IB=10uA，IE=1mA4> 仿真过程，需要先进行DC Sweep 设定，然后options中选择parametric sweep, 在sweep varaible栏中选择GLOBAL PARAMETER，在parameter name中将相应的参数名写入。

在sweep type栏中分别写入参数的变化，包括该参数的初始值、终值以及增量值。

三极管的特性曲线三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。