晶体管特性曲线
晶体管输出特性曲线测试电路的设计实验报告
晶体管输出特性曲线测试电路的设计无29班 宋林琦 2002011547一、实验任务：设计一个测量NPN 型晶体管特性曲线的电路。
测量电路设置标有e 、b 、c 引脚的插孔。
当被测晶体管插入插孔通电后，示波器屏幕上便显示出被测晶体管的输出特性曲线。
要有具体指标的要求。
二、实验目的：1、了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理和方法。
2、熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理和方法。
3、熟悉各单元电路的设计方法。
三、实验原理：晶体管共发射极输出特性曲线如图1所示，它是由函数ic =f (v CE )|i B=常数，表示的一簇曲线。
它既反映了基极电流i B 对集电极电流i C 的控制作用，同时也反映出集电极和发射极之间的电压v CE 对集电极电流i C 的影响。
如使示波器显示图1那样的曲线，则应将集电极电流i C 取样，加至示波器的Y 轴输入端，将电压v CE 加至示波器的X 轴输入端。
若要显示i B 为不同值时的一簇曲线，基极电流应为逐级增加的阶梯波形。
通常晶体管的集电极电压是从零开始增加，达到某一图2 晶体管输出特性测试电路图1 晶体管输出特性曲线 V CE V CC 0IsI B =0I B =5μAI B =10μA103 Ic/mA数值后又回到零值的扫描波形，本次实验采用锯齿波。
测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图2所示。
矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。
该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2，作为晶体管集电极的扫描电压；另一方面经阶梯波形成电路，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为积极驱动电流i B ，波形见图3的第三个图（波形不完整，没有下降）。
电阻R C 将集电极电流取样，经电压变换电路转换成与电流i C 成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y 轴输入端，则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。
需要注意，锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步（用同一矩形脉冲产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件）。
晶体管的特性曲线
晶体管的特性曲线晶体管特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线：(1) 直观地分析管子的工作状态(2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线1.测量晶体管特性的实验线路图1 共发射极电路共发射极电路：发射极是输入回路、输出回路的公共端。
如图1所示。
2．输入特性曲线输入特性曲线是指当集-射极电压U CE为常数时，输入电路( 基极电路)中基极电流I B与基-射极电压U BE之间的关系曲线I B = f (U BE)，如图2所示。
图2 3DG100晶体管的输入特性曲线U CE=0V时，B、E间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。
U CE≥1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极，只有小部分与空穴复合形成I B。
U CE>1V以后，I C增加很少，因此I B 的变化量也很少，可以忽略U CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。
由输入特性曲线可知，和二极管的伏安特性一样，晶体管的输入特性也有一段死区。
只有在发射结外接电压大于死区电压时，晶体管才会导通，有电流I B。
晶体管死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。
晶体管正常工作时发射结电压：NPN型硅管U BE0.6 ~ 0.7) VPNP型锗管U BE0.2 ~ 0.3) V3．输出特性曲线输出特性曲线是指当基极电流I B为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流I C与集-射极电压U CE之间的关系曲线I C = f (U CE)，如图3所示。
变化曲线，所以晶体管的输出特性曲在不同的I B下，可得出不同的I C随UCE线是一族曲线。
下面结合图4共发射极电路来进行分析。
图3 3DG100晶体管的输出特性曲线图4 共发射极电路晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区(1) 放大区在放大区I C=βI B，也称为线性区，具有恒流特性。
晶体管共射极接法的伏安特性曲线
i 饱和区 4 C / mA
a. UCE ≤ UBE
3
b. IC＜βIB
2
c. UCE 增大Байду номын сангаас IC 增大。
1 （2） 截止区
a. UBE＜死区电压
0
b. IB ≈ 0 c. IC ≈ 0
24 截止区
iB= 100 μA
80 60
40 20 0
6 8 uCE / V
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2. 晶体管及放大电路基础
硅管0.7 V 锗管0.3V
（3） 锗管的 ICBO 比硅管大
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谢 谢！
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2. 晶体管及放大电路基础
2.1 晶体管
2.1.1 晶体管的结构 2.1.2 晶体管的放大状态及工作原理 2.1.3 晶体管共射极接法的伏安特性曲线
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2. 晶体管及放大电路基础
2.1.3 晶体管共射极接法的伏安特性曲线
三极管共射极接法
iB
uBE
iC
iE
uCE
共射极输入特性
iB μA
2. 晶体管及放大电路基础
NPN管与PNP型管的区别
NPN管电路
iB
iC
uBE
iE
uCE
PNP管电路
iB
iC
uBE
iE
uCE
iB、uBE、iC、 iE 、uCE 的极性二者相反
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2. 晶体管及放大电路基础
硅管与锗管的区别: （1） 死区电压约为
硅管0.5 V 锗管0.1V
（2） 导通压降|uBE|
（3） 放大区
i 饱和区 4 C / mA
iB= 100 μA
晶体管输入曲线详解
晶体管输入曲线详解
晶体管的输入特性曲线是描述在一定的管压降下，基极电流与基极-发射极电压之间的函数关系。
对于共射型晶体管，其输入特性曲线如下：
1. 当基极-发射极电压为0时，基极电流也为0。
2. 当基极-发射极电压逐渐增大时，基极电流也逐渐增大。
这是因为随着电压的增大，电子从基极注入到发射极的能量增大，使得更多的电子能够克服势垒，从基极注入到发射极。
3. 随着基极-发射极电压的增大，基极电流的增长速度逐渐减缓，直到达到饱和状态。
这是因为在高电压下，电子的注入速度已经达到极限，无法再增加。
4. 当基极-发射极电压继续增大时，基极电流保持不变，进入饱和区。
此时，即使电压再增大，也不会增加基极电流。
对于共基型晶体管，其输入特性曲线与共射型晶体管类似，但是增长速度更快，很快就会达到饱和状态。
需要注意的是，输入特性曲线只描述了晶体管的静态特性，而在实际应用中，还需要考虑动态特性的影响。
晶体管特性曲线测试电路
近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路2、锯齿波：幅度0—10V连线可调，输出极性可变。
3、阶梯波：3—10阶连线可调。
4、电压—电流变换器：0.001<=I1<=0.2(mA)，输出电流方向可变（每阶0.001<=Ib<=0.02(mA)）。
实验设计的基本原理：三极管特性曲线测量电路的基本原理：晶体三极管为电流控制器件，他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线，一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线，就称为单晶体三极管的输出特性曲线，所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。
在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。
示波器的地线与测量电路地不可相通。
即测量电路的稳压电源不能接大地。
（因为示波器外壳已接大地）晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下:框图在本测量电路中，两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。
故在实验中需准确调整主要电阻电容的参数。
电阻R10右边输出的波形就是脉冲方波，之后经过U6积分后，在U6的6脚即可输出锯齿波。
电路中，R5和C1的参数会直接影响到输出锯齿波的波形好坏，所以应注意参数。
2、阶梯波产生部分电路产生阶梯波的原理：阶梯波电路如下, 十进制同步计数器 (异步清零 ) 74ls161构成八进制计数器, 将比较器 U1 输出矩形波接至其脉冲端作为触发信号,进行计数。
八进制计数器四位输出经过八位 DAC0832进行转换成八级阶梯波电压信号, 再经过放大电路进行放大。
电路中的与非门用于调节阶梯波的阶数，从而实现输出特性曲线中的曲线条数可调。
由于74ls161的输出Q0—Q3是四个数的组合，对于该电路使用二输入端与非门作为闸门控制，那么可以得到3—10阶之间的任意数字的阶梯。
晶体管的输出特性曲线分为三个工作区
0
9
u / Q212 CE V
uce (uo)
uCE /V
正半周 变平
28
小结： 放大电路中出现截止失真说明静态工作点Q太 低应减小RB, 即增大IB ；出现饱和失真说明静态工 作点Q太高应增大RB, 即减小IB
例：放大电路如图所示。已知BJT的 ß=80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求
0
uBE/V
t
UBE
ube
23
IC
VCC
RC
交流负载线 直流负载线
交流负载线的作法
过Q点作一条直线，斜率为：
Q
IB= 60 IB= 40
IB= 20 UCE
VCC
1 RL // RC
24
作交流负载线 iC / mA
iC / mA
N
3
2.25
2.25
ic
1.5
1. 5
交流负载线
80
Q1
60
Q
IB = 4 0 µA
即IC的最大电流为：
ICM
VCC VCES Rc
12V 2k
6mA
此时，Q（120uA，6mA，0V），
由于 IBQ ICM
所以BJT工作在饱和区
放大电路的组成原则
(1) 为了不失真的放大交变电压信号, 必须给放大电路 设置合适的静态工作点。
(2) 在输入回路加入ui 应能引起 uBE 的变化, 从而引起
(b)
图(b)中，有静态偏
置, 但ui被EB短路，
不能引起iB的变化，
所以不能放大。
VCC 图(c)中，有静态偏置,
RB
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。
晶体管的共射特性曲线电子技术
晶体管的共射特性曲线 - 电子技术晶体管的特性曲线是描述晶体管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是晶体管内部截流子运动规律在管子外部的表现，用于对晶体管的性能、参数和晶体管电路的分析估算。
1、输入特性曲线输入特性曲线描述了在管压降UCE保持不变的前提下，基极电流IB和放射结压降UBE之间的函数关系，即(1) 由图1可见，NPN型晶体管的输入特性曲线的特点如下：图1 晶体管输入特性曲线（1）输入特性曲线有一个开启电压，只有当UBE的值大于开启电压后，IB的值与二极管一样随UBE的增加按指数规律增大，电流IB 有较大的变化，UBE的变化却很小，可以近似认为导通后放射结的电压基本保持不变。
硅管的开启电压为0.5V，放射结的导通电压UON 为0.6～0.7V；锗管的开启电压为0.2V，放射结的导通电压UON为0.2～0.3V；（2）当UCE=0时，集电极与放射极短路，即集电结与放射结并联，相当于两个二极管并联，输入特性曲线与二极管特性曲线相像。
当UCE=1V时，集电结处于反向偏置，内电场加强，放射区注入基区的电子绝大多数被拉到集电区，只有少数电子与基区的空穴复合形成基极电流IB。
在相同UBE下，基极电流比UCE=0V时削减，从而使曲线右移。
UCE1V以后，输入特性曲线基本上与UCE=1V时的特性曲线重合，这是因这UCE1V后，集电极将放射区放射过来的电子几乎全部收集走，对基区电子与空穴的复合影响不大，IB的转变也不明显。
所以通常UCE1时只画一条曲线。
2、输出特性曲线(2) 特性曲线如图2所示，当IB转变时，IC和UCE的关系是一组平行的曲线簇，并有截止、放大和饱和3个工作区。
图2 晶体管输出特性曲线（1）截止区IB=0特性曲线以下的区域称为截止区。
此时晶体管的集电结处于反偏，放射结电压ubeUON，也处于反偏。
集电极电流IC=0。
在电路中犹如一个断开的开关。
三极管工作在截止区时，三个电极之间的关系为：对于NPN型，VBVE；对于PNP型，VBVE；实际上处于截止状态下的晶体管集电极有很小的电流ICEO，该电流称为晶体管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-放射极间的电流，它不受IB的把握，但受温度的影响。
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晶体管特性曲线实验报告
无910
张昊
2009011011
一、实验目的
1、了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理和方法。
2、熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理和方法。
3、熟悉各单元电路的设计方法。
最终目的是得到下面这条曲线：
二、实验任务
设计实现一个晶体管输出特性测试电路。
基本内容：完成窄脉冲、锯齿波、阶梯波、电压电流转换电路；
选做内容1：在基本内容的基础上加装电路，能够测量双极型晶体管的输出特性；
选做内容2：选做内容1的基础上实测晶体管，测量误差小于10%；改进电路，使其能测量PNP 型晶体管。
要求：
1、矩形波频率不作严格要求，但必须高于800Hz, 占空比为4%～6%(在输出幅度50%处测量)，（输出电压幅度为V 20V或5V）。
2、电平阶梯波级数多于10 级，ΔV=1V，误差±10%。
或ΔV =0.5V，误差±10%。
三．电路及仿真分析
用multisim进行仿真分析： 脉冲波产生电路：
仿真分析结果：
输出幅度满足要求。
计算占空比约为5.2%，符合误差。
锯齿波发生电路：
幅度符合要求
阶梯脉冲发生电路：
两级差约为523mv，符合输出要求 电压电流转换电路：
仿真：
接10K电阻后电压差约为9.36mv，符合要求 减法器电路：
四．实验数据及结果：
用万用表测得为253左右
五、思考题
1、在框图（图4）中，被测晶体管发射结压降不同对测量结果会不会有影响？如果要求测量以发射结电压 为参变量的转移特性曲线，应如何修改电路？
没有影响。
电压-电流转换电路为内阻极大的电流源，转换电路的输出电流（即晶体管可以将电压阶梯波通过一个电阻连接到路和阶梯波形成电路后，产生锯齿波扫描电压和阶梯基极电流，这是为什么？如果用锯齿基极阶梯电流，可以吗？为什么？ 是一个阶梯的高度。
随v 使T 导通， T 的集电极电流使T 的基极电流进一步加大，这种正反馈作用使T ，T 迅速饱梯波振荡电路分别产生锯齿扫描电压和基极阶梯电流，就无法保证上述条件，无法正确测量。
3、在如右图所示的阶梯波产生电路中，在节点3与地之间加一个阻值为2R 的电阻，导 仅Q3为高电平时，从3往右看等效电阻为R，3节点电压为VOH/3；仅Q2为高电平时，从3往左看等效电阻为R，2往右看等效电阻为2R，可解得3节点电压为1/2*VOH/3=VOH/6；即有：
Q Q Q Q 的基极输入电流）受负载影响极小，可以忽略。
测量发射结电压v BE 为参变量的转移特性曲线，晶体管基极即可，即是对v BE 进行扫描，其余不变。
2、在框图中，使用一个矩形波振荡电路产生矩形脉冲，矩形脉冲分别经锯齿波形成电波振荡电路和阶梯波振荡电路分别产生锯齿扫描电压和 矩形波处于低电平时，积分电路对其积分，由于输入电压恒定，输出电压呈线性增长。
当矩形波的脉冲处于高电平时，电容迅速放电，使输出电压迅速回到0 附近，由于矩形波的占空比很低，这一部分可以忽略，从而可以将输出视为锯齿波。
在输入信号为高电平时，对C 充电，由于充电回路中的等效电阻（二极管）的导通电阻很小，充电很快完成。
当输入信号为低电平时，C 通过两个二极管放电，电流中流向运放分支的电流即是电容C 的充电电流，于是C 上产生一个电压增量，也就着的增加，晶体管T 的发射极电压上升，超过阈值时导通，其集电极电流注入T 的基极，和，电容C 通过T ，T 迅速放电，使v 回到0，形成阶梯电压输出。
用矩形波来产生锯齿波和阶梯波，是为了频率严格的一致，如果用锯齿波振荡电路和阶推该节点电压 和 ， ， ， 的关系。
类似，Q1高时3节点电压为VOH/12，Q0高时为VOH/24。
v P V OH 24
4、如图1，放大区特性曲线的斜率很小，表明管的输出电阻 很大，为了真实地反映 大小，即最大限度地减小测试电路对所测特性曲线斜率的影响，应如何设计电路中的电压变换电路？
应该尽量使分显示出来的得特性曲线中平缓的部，这就要求v CE 的范围尽可能大，所以集电极电的阻值？
值过大会造成运放饱和，从而造成曲线数目很少。
可根据下式确定其最大值：
R C V I C
阻R C 不能太大。
而且为了减小影响，应尽量增大电压变换电路（即减法电路）的输入电阻，采用运放构成的减法器电路就可以满足响应要求。
5、应如何选取晶体管集电极负载和电流的取样电阻 R C 根据实验说明，为了测量的输出曲线的条数足够多，晶体管集电极的负载电阻不可过大，实验中用了5.1K。
6、如果要求设计测量PNP 型晶体管的输出特性曲线的电路，电路框图应当进行哪些修改？
输入均应取反，
并将发射极与集电极位置互换。
锯齿波可以通过添加反相器获得，阶梯波可以通过将电压-电流转换电路中运放同反相输入端互换获得。
7、在实验中发现示波器在显示晶体管输出特性曲线的图形时有回扫线，这是什么原因？应如何解决？
输出特性曲线上出现回扫线，是因为锯齿波下降沿较宽的缘故。
可以通过两种方法加以等待下一周期输入，或改变矩形波发生器，使矩形波占空比进一步减小，以降低锯齿波下降沿宽度。
晶体管各端口解决：减小放电回路的时间常数，使得电容更快完成放电为0，。