晶体管伏安特性与开关特性图文说明
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晶体管特性图示仪课件
阶梯信号部分重复按钮(REP)具有连续获取特性曲线数据的功 能，因此时器件测试时，尽管某些测试过程如二极管测试、 三极管、场效应管击穿电压参数测试时与阶梯信号无关，但 重复按钮(REP)也要按下，才能连续获取数据，显示波形。
在对器件进行击穿电压极限参数测试时，尽管采用单次方式 测试，也可能损坏被测器件，因为仪器单次信号仅对阶梯信 号部分，而集电极电源始终是连续加在被测器件上的。
平刻度线重合。旋钮位于后侧机箱处。 电源开关(POWER)按钮： 按入电源接通。
测试台部分
晶体管插座：共有两组，每组有两个插座。每个插座按不同的 顺序标有晶体管的三个电极。
测试选择开关：分为晶体管A、晶体管B和关三档。可用此开关 对A、B两个插座上的晶体管的特性参数进行比较。
开路按键(OPEN)：可将共射极的晶体管的基极开路。测试某些 极限参数时，用此开关。
直电流/度旋转开关至适当位置后，按该复位开关复位。
水平部分(HORIZ)
水平电压/度(VOLTS/DIV)旋转开关：共有17档，具有三种偏转 作用的开关。 集电极电压VCE：0.05V/div～50V/div，共10档，是通过分 压电阻以达到不同灵敏度的偏转目的。 基极电压VBE：0.05V/div～2V/度共6档，是通过分压电阻以 达到不同灵敏度的偏转目的。 阶梯校正信号：1档，由阶梯信号发生器提供0.05V/级的阶梯 信号。
PNP型晶体管的伏安特性曲线
使用范例(1)
NPN型三极管2N3904、2N3906、2SK246、IRF820特性曲线
使用范例(2)
整流二极管IN4004正向特性曲线与稳压二极管2CW37—6.2V反向特性曲
谢谢！
17
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
在对器件进行击穿电压极限参数测试时，尽管采用单次方式 测试，也可能损坏被测器件，因为仪器单次信号仅对阶梯信 号部分，而集电极电源始终是连续加在被测器件上的。
平刻度线重合。旋钮位于后侧机箱处。 电源开关(POWER)按钮： 按入电源接通。
测试台部分
晶体管插座：共有两组，每组有两个插座。每个插座按不同的 顺序标有晶体管的三个电极。
测试选择开关：分为晶体管A、晶体管B和关三档。可用此开关 对A、B两个插座上的晶体管的特性参数进行比较。
开路按键(OPEN)：可将共射极的晶体管的基极开路。测试某些 极限参数时，用此开关。
直电流/度旋转开关至适当位置后，按该复位开关复位。
水平部分(HORIZ)
水平电压/度(VOLTS/DIV)旋转开关：共有17档，具有三种偏转 作用的开关。 集电极电压VCE：0.05V/div～50V/div，共10档，是通过分 压电阻以达到不同灵敏度的偏转目的。 基极电压VBE：0.05V/div～2V/度共6档，是通过分压电阻以 达到不同灵敏度的偏转目的。 阶梯校正信号：1档，由阶梯信号发生器提供0.05V/级的阶梯 信号。
PNP型晶体管的伏安特性曲线
使用范例(1)
NPN型三极管2N3904、2N3906、2SK246、IRF820特性曲线
使用范例(2)
整流二极管IN4004正向特性曲线与稳压二极管2CW37—6.2V反向特性曲
谢谢！
17
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
晶体管开关特性
uI / V
3
0
t
-2
iC
0.9ICS 0.1ICS
0
uO / V ton
3
t toff
0.3 0
t
2. 1. 4 MOS 管的开关特性
MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管
一、 静态特性 (电压控制型) 1. 结构和特性：
(1) N 沟道
RON S
开启电压 UTN = 2 V
uI UTN
uO UOH VDD
uI UTN
uO UOL 0 V
(2) P 沟道增强型 MOS 管
RD
20 k
uI G
-VDD
-10V
RD
20 k
D uO
B
uI G
S
-VDD
-10V
RD
20 k
D uO uI G
S
-VDD
-10V
iD
D uO
S
开启电压 UTP = 2 V
ID
1. 外加正向电压(正偏)
击穿区 硅二极管伏安特性
二极管导通(相当于开关闭合) UD 0.7 V
2. 外加反向电压(反偏)
UD 0.5 V
二极管截止(相当于开关断开) ID 0
二极管的开关作用：
[例] 电路如图所示，
+ 0.DD7 V -
uI 2 V 或 3 V 试判别二极管的工作
+
uI
-
+
uO
-
状态及输出电压。
[解] uI UI L 2 V 二极管截止 uO = 0 V uI UI H 3 V 二极管导通 uO = 2.3 V
3
0
t
-2
iC
0.9ICS 0.1ICS
0
uO / V ton
3
t toff
0.3 0
t
2. 1. 4 MOS 管的开关特性
MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管
一、 静态特性 (电压控制型) 1. 结构和特性：
(1) N 沟道
RON S
开启电压 UTN = 2 V
uI UTN
uO UOH VDD
uI UTN
uO UOL 0 V
(2) P 沟道增强型 MOS 管
RD
20 k
uI G
-VDD
-10V
RD
20 k
D uO
B
uI G
S
-VDD
-10V
RD
20 k
D uO uI G
S
-VDD
-10V
iD
D uO
S
开启电压 UTP = 2 V
ID
1. 外加正向电压(正偏)
击穿区 硅二极管伏安特性
二极管导通(相当于开关闭合) UD 0.7 V
2. 外加反向电压(反偏)
UD 0.5 V
二极管截止(相当于开关断开) ID 0
二极管的开关作用：
[例] 电路如图所示，
+ 0.DD7 V -
uI 2 V 或 3 V 试判别二极管的工作
+
uI
-
+
uO
-
状态及输出电压。
[解] uI UI L 2 V 二极管截止 uO = 0 V uI UI H 3 V 二极管导通 uO = 2.3 V
第六章双极晶体管的开关特性.ppt
VCES VBE VBC Icrcs I E res
IE
R IC
IEBO exp
qVBE kT
பைடு நூலகம்
1
VBE
kT q
ln
IE RIC
I EBO
IC
R IE
ICBO exp
qVBC kT
1
VBC
Ib1 IBS
C
IB
Ics
ts
C
ln
Ib1 Ib2 Ics Ib2
t ts , QC ts
0
4、下降过程及下降时间
下降过程可以看作是上升过程的逆过程，-Ib2的作用
与上升过程相反。
Ib2
CDe
CTe
dvBE dt
EC
RL
IB
IBS
IB
Ics
S T
IB
EC
RL
Q
S IB IB
IBS ICS
过驱动因子
R
n+
pe(x) peo
p
nb(x) ②
Qbx ① nbo
n
过驱动
pc(x) Qcx
pco
超量储 存电荷
过驱动电流（
IB
IBS )
Qbx
B
Qcx
C
IB
IBS
Qcx
饱和区
IC EC VCE / RL
VBC VBE
IE
R IC
IEBO exp
qVBE kT
பைடு நூலகம்
1
VBE
kT q
ln
IE RIC
I EBO
IC
R IE
ICBO exp
qVBC kT
1
VBC
Ib1 IBS
C
IB
Ics
ts
C
ln
Ib1 Ib2 Ics Ib2
t ts , QC ts
0
4、下降过程及下降时间
下降过程可以看作是上升过程的逆过程，-Ib2的作用
与上升过程相反。
Ib2
CDe
CTe
dvBE dt
EC
RL
IB
IBS
IB
Ics
S T
IB
EC
RL
Q
S IB IB
IBS ICS
过驱动因子
R
n+
pe(x) peo
p
nb(x) ②
Qbx ① nbo
n
过驱动
pc(x) Qcx
pco
超量储 存电荷
过驱动电流（
IB
IBS )
Qbx
B
Qcx
C
IB
IBS
Qcx
饱和区
IC EC VCE / RL
VBC VBE
晶体管的开关特性资料课件
新产品研发
在新产品研发过程中，仿真分析 可缩短研发周期，降低实验成本，
提高产品的性能和可靠性。
实验研究的基本方法和步骤
01
02
03
04
选取合适的晶体管型号和规格， 根据需求设计合适的电路。
连接电路，包括电源、电阻、 电容等元件，确保连接正确、
可靠。
按照实验计划进行实验操作， 记录输入和输出数据，以及相
开关特性曲线的定义和重要性
定义
晶体管的开关特性曲线是指晶体管在静态工作点以上或以下时，基极输入电流对集电极输出电流的控 制关系曲线。
重要性
开关特性曲线是晶体管的重要特性之一，对于电路设计和性能优化具有重要意义。通过对开关特性曲 线的分析，可以得出晶体管的导通和截止状态下的电流、电压等参数，为电路设计提供依据。
数字电路
晶体管开关在数字电路中具有广 泛的应用，如逻辑门、触发器等。
模拟电路
在模拟电路中，晶体管开关可以用 于实现放大器、振荡器等电路的功 能。
混合信号电路
在混合信号电路中，晶体管开关可 以用于实现信号的转换和处理。
开关特性参数的定义和重要性
定义
晶体管的开关特性参数是指晶体管在开关状态下，与电流、电压等参数相关的性 能指标。
要点一
导通和截止状态下的电流、电压 参数对电路性能的影响
晶体管的开关特性曲线提供了导通和截止状态下的电流、 电压等参数，这些参数对于电路设计和性能优化至关重要。 例如，导通电阻和截止电压会影响电路的功耗和效率；集 电极电流和基极电流会影响电路的驱动能力和信号质量。
要点二
不同工作状态下的性能差异对电 路设计的影响
晶体管开关特性曲线的分类及绘制方法
分类
根据晶体管的工作状态，开关特性曲线 可分为三类：饱和区、线性区和截止区。
晶体管的开关特性资料
(1) 晶体三极管由截止状态过渡到饱和状态的过程。
可分为发射结由反偏至正偏和集电极电流形成两个阶段。
1
2
3
4
5
x=0
x=w
N
P
N
QBS
nb(x)
pc(x)
QCS
pe(x)
图3-1-14 晶体三极管基区少子 浓度分布曲线
发射结变为正偏，并逐渐形成集电极电流所需的时间，即为延迟时间td，其长短取决于晶体三极管的结构和电路工作条件。三极管结电容越小， td越短；三极管截止时反偏越大，td越长；正向驱动电流越大，td越短。
发射结正偏后，集电极电流iC不断上升，达到0.9ICS所需时间即为上升时间tr。
tr的大小也取决于晶体三极管的结构和电路工作条件。基区宽度w越小，tr也越小；基极驱动电流越大，tr也越短。
(2) 晶体三极管由饱和状态过渡到截止状态的过程。
可分为驱散基区多余存储电荷及驱散基区存储电荷两个阶段。
图3-1-5中，当vI>VREF1时，二极管导通，vO≈vI；当vI<VREF1时，二极管截止，vO=VREF1。这样就将输入波形中瞬时电位低于VREF1的部分抑制掉，而将高于VREF1的部分波形传送到输出端，实现了下限限幅的功能。
演 示
D1
R2
VREF2
＋
－
＋
－
vI
(a)
＋
－
vO
D2
R1
VREF1
3.1 晶体管的开关特性
3.1.1 晶体二极管开关特性
3.1.2 晶体三极管开关特性
S
R
V
图3-1-1 理想开关
＋
－
3.1.1 晶体二极管开关特性
可分为发射结由反偏至正偏和集电极电流形成两个阶段。
1
2
3
4
5
x=0
x=w
N
P
N
QBS
nb(x)
pc(x)
QCS
pe(x)
图3-1-14 晶体三极管基区少子 浓度分布曲线
发射结变为正偏，并逐渐形成集电极电流所需的时间，即为延迟时间td，其长短取决于晶体三极管的结构和电路工作条件。三极管结电容越小， td越短；三极管截止时反偏越大，td越长；正向驱动电流越大，td越短。
发射结正偏后，集电极电流iC不断上升，达到0.9ICS所需时间即为上升时间tr。
tr的大小也取决于晶体三极管的结构和电路工作条件。基区宽度w越小，tr也越小；基极驱动电流越大，tr也越短。
(2) 晶体三极管由饱和状态过渡到截止状态的过程。
可分为驱散基区多余存储电荷及驱散基区存储电荷两个阶段。
图3-1-5中，当vI>VREF1时，二极管导通，vO≈vI；当vI<VREF1时，二极管截止，vO=VREF1。这样就将输入波形中瞬时电位低于VREF1的部分抑制掉，而将高于VREF1的部分波形传送到输出端，实现了下限限幅的功能。
演 示
D1
R2
VREF2
＋
－
＋
－
vI
(a)
＋
－
vO
D2
R1
VREF1
3.1 晶体管的开关特性
3.1.1 晶体二极管开关特性
3.1.2 晶体三极管开关特性
S
R
V
图3-1-1 理想开关
＋
－
3.1.1 晶体二极管开关特性
晶体管的开关介绍
v I vO t r
E1
vO
rd C0
RC0
0
E2
(a) 图 1.2.12
t1
t2
t
tf
(b) 串联限幅器寄生电容的影响
下面先讨论串联限幅器寄生电容的影响。如图 1.2.12 所示，设输入 vI 为一 理想方波，在时间 t1 以前，vI=-E2 ，二极管 D 截止，输出电压 vO=0，在 t=t1 时， vI 从-E2 跃变到+E1 ，二极管 D 导电，+E1 通过二极管的内阻 rd 对寄生电容 C0 充 电，充电时常数 τ= rdC0 比较小，所以输出电压上升较快。在 t=t2 时，VI 又跃变 到-E2 ，二极管 D 截止，C0 通过电阻 R 放电，放电时常数为 RC0 。由于通常电阻 R 比 rd 大得多，输出电压的下降要慢得多。从上面的说明可知，输出电压的上升 时间 t 和下降时间 t f 分别为
vI
图 1.2.9
D
vO
二极管并联限幅器
如果要得到双向限幅，一般要有两个二极管。图 1.2.10(a)是串联双向限幅器 的例子，图中 V2 >V1 ，在串联双向限幅中，要注意其中后一级对前一级的影响。 从图 1.2.10(a)电路中可以看出，在输入端不加信号时，由于 V2 >V1 ，二极管 D2 是导电的，回路电流在 R1 上生成一定的压降，使 A 点的电位 VA 为：
ƒ
0
(a) 图 1.2.4 二极管的反向恢复时间 (a)电路图 (b)波形图
P区 n区
(b)
P区
空 穴
n区
电 子
电 子
晶闸管特性、作用
不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时，应和电力二极管串联 。
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
⑵ GTO的动态特性
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t ，使等效晶体退出饱 s 和 。 下降时间 t ， f
iG
O
t
尾部时间 —残存载流子复 t 合。
t
iA IA 90%IA
td
tr
ts
tf
tt
10%IA 0
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
图1.14
GTO的开通和关断过程电流波形
⑴GTR的结构和工作原理
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流与基极电流之比为
ic ib
——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电
极电流的控制能力 。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流时，
ic i iceo b
单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左 右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
截止区
②动态特性
开通过程 90% I b1 延迟时间 t d 和上升时间 ， 10% I b1 t 二者之和为开通时间 。 0 on tr 加快开通过程的办法 。 关断过程 储存时间 和下降时间 ts 二者之和为关断时间 tf 加快关断速度的办法。 t o ff 。
90% ，Ics
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
⑵ GTO的动态特性
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t ，使等效晶体退出饱 s 和 。 下降时间 t ， f
iG
O
t
尾部时间 —残存载流子复 t 合。
t
iA IA 90%IA
td
tr
ts
tf
tt
10%IA 0
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
图1.14
GTO的开通和关断过程电流波形
⑴GTR的结构和工作原理
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流与基极电流之比为
ic ib
——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电
极电流的控制能力 。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流时，
ic i iceo b
单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左 右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
截止区
②动态特性
开通过程 90% I b1 延迟时间 t d 和上升时间 ， 10% I b1 t 二者之和为开通时间 。 0 on tr 加快开通过程的办法 。 关断过程 储存时间 和下降时间 ts 二者之和为关断时间 tf 加快关断速度的办法。 t o ff 。
90% ，Ics
05-3晶体管的伏安特性
IC IB
iC iB
晶体管的伏安特性
晶体管的伏安特性
晶体管的伏安特性：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。 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
晶体管的伏安特性
iC ( mA)
I B 100 A
4
I B 80 A
为什么uCE较小时iC随uCE变 化很大？ 为什么uCE增大到一定程度， 曲线几乎是横轴的平行线？
I B 60 A
2
iC
iB I 40 A B
I B 20 A
I B 0 A
0
3
6
9
12
uCE (V )
i B ( A)
80
为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线右 移就不明显了？
uCE 0V
40
uCE 1V
0 0.2 0.4 0.6 0.8
uBE (V )
开启电压
硅 0.5V 硅 0.7V 导通电压 锗 0.1V 锗 0.2V
晶体管的பைடு நூலகம்安特性
（2）输出特性曲线
iC f (uCE ) I B 对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。
测量晶体管特性的实验线路
IC IB
A
3DG100
输入特性
mA
B + V UBE
C E IE + V UCE
iB f (uBE ) u
EC
CE 常数
RB
输出特性
输入回路
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晶体管伏安特性与开关特性图文说明
1. 晶体管伏安特性曲线
⑴输入特性曲线
输入特性曲线是指当集电极与发射极之间电压U CE 为常数时， 输入回路中加在晶体管基极与发射极之间的发射结电压u BE 和基极电流i B 之间的关系曲线，如图2.7所示。
用函数关系式表示为:
常数==CE BE B u u f i |)(
⑵输出特性曲线
输出特性曲线是在基极电流i B 一定的情况下，晶体管的集电极输出回路中，集电极与发射极之间的管压降u CE 和集电极电流i C 之间的关系曲线，如图2.8所示。
用函数式表示为
常数==B CE C i u f i |)(
图2.7 晶体管的输入特性曲线 图2.7输出特性曲线
①截止区
习惯上把i B ≤0的区域称为截止区，即i B ＝0的输出特性曲线和横坐标轴之间的区域。
若要使i B ≤0，晶体管的发射结就必须在死区以内或反偏，为了使晶体管能够可靠截止，通常给晶体管的发射结加反偏电压。
②放大区
在这个区域内，发射结正偏，集电结反偏i C 与i B 之间满足电流分配关系i C ＝βi B ＋I CEO ， 输出特性曲线近似为水平线。
③饱和区
如果发射结正偏时，出现管压降u CE ＜0.7V (对于硅管来说)，也就是u CB ＜0 的情况，称晶体管进入饱和区。
所以饱和区的发射结和集电结均处于正偏状态。
饱和区中的i B 对i C 的
影响较小，放大区的β也不再适用于饱和区。
2.晶体管的开关特性
从上述可知，当U C >U B >U E 时，三极管集的电极电流与基极电流成C B I I β=关系，而且调整RX1电阻（集电极电阻），使U CE 从0-5V 变化，此时的I C 值已最大。
即：当U C >U B >U E 时，集电极电流I C 最大值。
所谓晶体管的开关特性是指，当U C >U B >U E 时，集电极到发射极相当于有大电流流过，U CE =0V ，电源电压全部作用于集电极电阻上；当U C >U B =U E 时（或U C >U E >U B ）时，集电极无电流流过，即I C =0A ，相当于晶体管的集电极与发射极断开，U CE 等于电源电压。
所以，我们可以通过控制基极B 点电位，改变集电极与发射极U CE 的电位。
例如，当U B =0.7V （或U B >0.7V ）时，UCE=0V ，但此时流过的电流小于放大区电流；当U B =0V （或U B <0.7V ）时，UCE=5V （电源电压）。
晶体管实现开关特性时，工作包河区。