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從晶體管特性曲線看飽和問題

儀器儀表商情網 技術分析】如果電源電壓為V,負載電阻為R,那么Vce與Ic受以下關系式的約束:

Ic = (V-Vce)/R

在晶體管的輸出特性曲線圖上,上述關系式是一條斜線,斜率是 -1/R,X軸上的截距是電源電壓V,Y軸上的截距是V/R(也就是前面NE5532第2帖說的“Ic(max)是指在假定e、c極短路的情況下的Ic極限”)。這條斜線稱“靜態負載線”(以下簡稱負載線)。各個基極電流Ib值的曲線與負載線的交點就是該晶體管在不同基極電流下的工作點。見下圖:

圖中假定電源電壓為4V,綠色的斜線是負載電阻為80歐姆的負載線,V/R=50MA,圖中標出了Ib分別等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作點A、B、C、D、E、F。據此在右側作出了Ic與Ib的關系曲線。根據這個曲線,就比較清楚地看出“飽和”的含義了。曲線的綠色段是線性放大區,Ic隨Ib的增大幾乎成線性地快速上升,可以看出β值約為200。蘭色段開始變彎曲,斜率逐漸變小。紅色段就幾乎變成水平了,這就是“飽和”。實際上,飽和是一個漸變的過程,蘭色段也可以認為是初始進入飽和的區段。在實際工作中,常用Ib*β=V/R作為判斷臨界飽和的條件。在圖中就是假想綠色段繼續向上延伸,與Ic=50MA的水平線相交,交點對應的Ib值就是臨界飽和的Ib值。圖中可見該值約為0.25mA。

由圖可見,根據Ib*β=V/R算出的Ib值,只是使晶體管進入了初始飽和狀態,實際上應該取該值的數倍以上,才能達到真正的飽和;倍數越大,飽和程度就越深。

圖中還畫出了負載電阻為200歐姆時的負載線。可以看出,對應于b=0.1mA,負載電阻為80歐姆時,晶體管是處于線性放大區,而負載電阻200歐姆時,已經接近進入飽和區了。負載電阻由大到小變化,負載線以Vce=4.0為圓心呈扇狀向上展開。負載電阻越小,進入飽和狀態所需要的Ib值就越大,飽和狀態下的C-E壓降也越大。在負載電阻特別小的電路,例如高頻諧振放大器,集電極負載是電感線圈,直流電阻接近0,負載線幾乎成90度向上伸展(如圖中的紅色負載線)。這樣的電路中,晶體管直到燒毀了也進入不了飽和狀態。

以上所說的“負載線”,都是指直流靜態負載線;“飽和”都是指直流靜態飽和。

我認為,大多數電子技術人員,都是晶體管的使用者,只要了解它的外部特性就行了。除非是研制、生產晶體管的科技人員,對于內部的工作原理,沒有必要去深究。個人看法,不一定對。

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