测量三极管输出特性曲线
CA4810A晶体管特性图示仪原理及测量三极管输出特性曲线的步骤
Ｃ Ａ ４ ８ １ ０ Ａ晶体管特性图示仪原理及 测量三极管输出特性曲线的步骤
◆于彭波 杨 培 双
摘 要 主要 介 绍测 量 三极 管 输 出特性 曲线 的意 义 ，Ｃ Ａ ４ ８ １ ０晶 体 管特 性 图示仪 的原 理 ，测量 输 出特 性 曲线的 步骤 ，以及 测量 过
Ｙｕ Ｐｅ ｎ ｇ ｂｏ ， Ｙａ ｎ ｇ Ｐｅ ｉ ｓ ｈｕ ａ ｎ ｇ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｉ ￣ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏｆ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ — ｔ ｏｒ ｏｕ ｔ ｐｕ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｉｃ ｔ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ ，ｓ ｈｏ ｕ ｌ ｄ ｐａ ｙ ａ ｔ ｔ ｅ ｎｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ，ｍｅ ￣ｕ ｉｎ ｔ ｇ ｔ ｈｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｉ ｔ ｃ ｃ ｕ ｖｅ ｒ ｏ ｆ ＣＡ４ ８ １ ０ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｃ ｕ ｖｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕｅ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒ ｄ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｃ ｕｒ ｖｅ ；ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏｒ ｃ ｕｒ ｖｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｒ ；ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍ ｅ ｒ ｎ ｔ
晶体管的输入输出特性曲线详解
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。
三极管的特性曲线
），集电结反偏
（或零偏）
特征 IB=0，IC=ICEO≈0
工作 状态
截止状态
（1）当 IB一定时， IC的大
小与UCE基本无关（但UCE的大 各电极电流都很大，IC
小随IC的大小而变化），具 不受IB控制，三极管失去
有恒流特性；
放大作用
（2）IB不同，曲线也不同， IC受IB控制，具有电流放大 特性，IC=hFEIB，△IC=β △IB
三极管的特性曲线
学 校：长治市高级技工学校 授课人：刘新梅 时 间：2013.12
三极管的特性曲线
三极管特性曲线测试电路
三极管的特性曲线
1、输入特性
三极管的输入特性曲线 与二极管的正向特性曲线 相似，只有当发射结的正 向电压UBE大于死区电压 （硅管0.5V，锗管0.2V）时 才产生基极电流IB，这时三 极管处于正常放大状态,发 射结两端电压为UBE（硅管 为0.7三极管的输入特性曲线
三极管的特性曲线
2、 输出特性
每条曲线可分为 线性上升、弯曲、平 坦三部分。
对应不同IB值得 不同的曲线，从而形 成曲线簇。各条曲线 上升部分很陡，几乎 重合,平坦部分则按IB 值从下往上排列，IB 的取值间隔均匀，相 应的特性曲线在平坦 部分也均匀分布，且 与横轴平行。
放大状态
饱和状态
三极管的特性曲线
提示： 对于NPN型三极管：工作于放大区时，
UC﹥UB﹥UE；工作于截止区时， UB≤UE；工作于 饱和区时，UC≤UB。PNP型三极管与之相反。
在模拟电子电路中三极管大多工作在 放大状态，作为放大管使用；在数字电子 电路中三极管工作在饱和或截止状态，作 为开关管使用。
在放大区内，有一 个特定的基极电流， 就有一个特定的集 电极电流，实现基 极对集电极电流的 控制。
晶体三极管输入和输出特性
注意：NPN型管与PNP型管工作原理相似，但由于
它们形成电流的载流子性质不同，结果导致各极电流
方向相反，加在各极上的电压极性相反。
IE
+
N
PN
IC
IE
+
P
NP
IC
-+ V1
IB
-+ V2
(2) 截止区：
iE=0, iB=-ICBO, ic=ICBO 晶体管呈现高阻抗状态，失去放大能力
EC ICBO
iC 截止区
击穿区 iB=iB 5 iB=iB4
iB=iB 3iB=iB
2
iB=iB1
IB = 0 的曲线以下的区域称为截 止区。IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。对 NPN 型硅管，当UBE < 0.5 V 时，即已 开始截止，但为了使晶体管可靠截止，
4 3 2 1
截止区
1.5
IC(mA ) 饱和区
100A 80A
放大 区
3 69
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60A
40A
20A IB=0 12 UCE(V)
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三、 三极管特性曲线（讲授40分钟）
1、三极管各极的静态关系曲线
输出特性曲线：ic=f (iB,uCE)
输入特性曲线 : iB=f (uBE,uCE)
管子类型判别例 子(黑板）
输出特性三个区域的特点:
1.5
(1) 放大区：发射结正偏，集电结反偏。
即： IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。
常用半导体器件_三极管的输出特性曲线
第四章 常用半导体器件
4.3 双极型三极管
例4.3.1 在放大电路中测得4个三极管的各管脚对“地”电位如图所 示。试判断各三极管的类型（是NPN型还是PNP型，是硅管 还是锗管），并确定e、b、c三个电极。
3V
8V
−3V 2.3V
−5V
0V
−0.8V −1V
3.7V
2V
−0.6V
6V
（a）
0
U(BR)CEO uCE
第四章 常用半导体器件
4.3 双极型三极管
2. 三极管型号的意义 国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
用字母表示同一型号中的不同规格
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示器件的种类
用字母表示材料
三极管 第二位：A 锗PNP管, B 锗NPN管, C 硅PNP管, D 硅NPN管 第三位：X 低频小功率管，D 低频大功率管，
B
ic
C
发射结正偏、集电结反偏，管子放大。
第四章 常用半导体器件
4.3 双极型三极管
−1.4V 硅管
−2.8V −3.5V 1.1V
锗管
1.3V 1V
12V 硅管 2V
发射结正偏、集电结反偏，管子放大。
发射结偏、集电结均正偏，管子饱和。
UBE=2.7V，远大于发射结正偏时的电压， 故管子已损坏。
−0.7V
iC
iB
+
u+−BE
uCE −
当三极管饱和时，UCE 0，C-E iC/mA 饱和区
间如同一个开关的接通。
IB=40μA 4
当三极管截止时，IC 0 ， C-E 3
之间如同一个开关的断开。
用示波器演示三极管输出特性曲线-设计应用
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。
三极管的特性曲线实验
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？？？。
三极管特性曲线输出电路
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。
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晶体管特性图示仪的使 用
电子测量技术 3.2.1 晶体管特性图示仪功能、组成、测量原理
一、晶体管特性图示仪功能的功能
1、显示晶体管特性曲线。
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2、根据荧光屏上的标尺刻度直接读出或 计算出器件的各项参数。
电子测量技术
优点：用途广泛、读数简便
（1）它可以直接观测器件的静态特性曲线和参数；例如：二极管的正反 向特性，三极管的输入输出特性 ，电流放大倍数，各种饱和电压、击穿
逐点测量输出特性曲线
电子测量技术
动态测量法： 用阶梯信号源给基极提供电流，用集电极扫描电压提供VCE,如下图 所示。
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电子测量技术
2、测量晶体三极管的输入特性曲线
IB
VCE=0V 3
VCE=Um 3' 2'
电压uCE变化时，曲
线的左右位置不同 ,
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2
uCE用阶梯波电压 ，
加在示波器Y轴上
VBE
连续，uBE用扫描电压 ,加在示波器X轴上
0
1
0 0'
1'
电子测量技术
3、二极管特性曲线的测量
ID
RC
D 安徽机电职业技术学院
X偏转板
+ Vcc – Y偏转板
– UF + RF
电子测量技术
ID VBR ID 0 安徽机电职业技术学院 0 0.5V UD 反向特性曲线 UD
正向特性曲线
3.2.2 集体管图示仪的使用
电子测量技术
1、面板 2、测量三极管输出特性曲线 3、测量二极管伏安特性曲线
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电子测量技术
安徽机电职业技术学院
“级/簇”：调节输出特性的条数。
“极性”（±）： 配合测量不同类型的晶体管。
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阶梯波
电子测量技术ຫໍສະໝຸດ 2、集电极扫描电压发生器：提供集电极扫描电压。该波形是220V工
频电经全波整流后获得。
范围设置：0～VCCm 。
功耗设置（RC）：限制最大电流，防止损坏器件。
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“极性”（±）：配合测量不同类型的晶体管。 3、示波器：工作于X-Y方式。
电子测量技术
模块三
3.1
3.2
波形与特性曲线测量与仪 器
示波器
晶体管特性图示仪
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3.3
频率特性测试仪
模块三
波形与特性曲线测量与仪器
电子测量技术
3.2 晶体管特性图示仪
3.2.1 3.2.2
0
安徽机电职业技术学院 1、晶体管特性图示仪功能 2、晶体管特性图示仪组成 3、测量三极管输出特性曲线、 二极管伏安特性曲线
电子测量技术
（4）同步脉冲发生器。产生同步脉冲，使集电极扫描电压发生器 和基极阶梯波发生器的信号同步，保证曲线的正确和稳定。
(5)开关及附属电路的作用是为了测试晶体管与参数时，实现电 安徽机电职业技术学院 路的转换。
电子测量技术
三、特性曲线测量
1、测量晶体三极管的输出特性曲线 逐点测量法：
安徽机电职业技术学院
安徽机电职业技术学院
和示波管组成。
电子测量技术
Ib
t
基极阶梯信号发生器
X放大器
测 试 转 换 开 关
c b 被 测 管
同步 脉冲 发生器
安徽机电职业技术学院
Vce
e
t
集电极扫描 电压发生器
Y放大器
图示仪的基本组成框图
电子测量技术
1、基极阶梯波发生器：用于给基极提供恒定阶梯波电流信号。
阶梯高度（电流幅值/级）可以调节，用于形成多条曲线簇。
电压等。
（2）它还可以迅速比较 2个同类晶体管的特性，以便于挑选配对。 安徽机电职业技术学院
（3）它还可以用它来测试场效应管的漏极特性、转移特性、夹断电压和
跨导参数等。 缺点：不能测晶体管高频参数
电子测量技术
二、晶体管特性图示仪的组成
主要由同步脉冲发生器、基极阶梯波发生
器、集电极扫描电压发生器、测试转换开关、