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光电管伏安特性曲线饱和电流(二极管的伏安特性曲线上共分哪几个区)

导语:如何真正理解三极管伏安特性曲线在饱和区的含义

初次学习三极管工作原理的时候,往往会对三极管的伏安特性曲线非常困惑,特别是饱和区的性质,本文就讨论这方面的内容。

三极管的工作电路如图所示。

图一 三极管工作电路

按照上述电路得出三极管的伏安特性如图所示。

教科书中一般都这样描述三极管的三个工作区:

1、截止区:三极管工作在截止状态,当发射结电压Ube小于0.6—0.7V的导通电压,发射结没有导通集电结处于反向偏置,没有放大作用。

2、放大区:三极管的发射极加正向电压(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),集电极加反向电压导通后,Ib控制Ic,Ic与Ib近似于线性关系

3、饱和区:当三极管的集电结电流IC增大到一定程度时,再增大Ib,Ic也不会增大,超出了放大区,进入了饱和区。

上面三个工作区中,截止区和放大区的原理和曲线都好理解,本文不讨论。唯独饱和区,会让大多数同学感到非常困惑,按照上面教科书关于饱和区的解释,是说在这个区域中Ic不再随着Ib的增大而增大,但观察饱和区的曲线,那不都是一根根斜率很大的曲线吗?也就是说,在这个区域中,Ic不仅不是没有随着Ib的增大而增大,而是随着Ib的增大,自己增大的速率反而比放大区的更快,原因在哪里呢?

下面对这个问题予以详细解答。

首先看上面这个图。我们选取

这根曲线位于放大区的那一段,就是图中加了黄色的那部分。首先澄清一个概念:这部分代表的电路Ib变化了吗?没有吧,因为整根曲线代表的始终是

,对不对?那么,这和饱和区的Ic不再随着Ib的增大而增大这个问题有关系吗?没有吧,因为这部分曲线代表的Ib从来就没变过,对不对?那这部分看起来很陡峭又代表什么意思呢?首先,我们看到,黄色的这部分,是不是位于

很小的区域?而且这一部分,Ic的变化速率很快,是不是?还有刚才说的,Ib根本就没变,对吗?所以,把这三者结合起来,这段黄色曲线部分代表的含义是:在

很小的前提下,在Ib不变的基础上,Ic随着

的变化而快速增加,对吗?自己仔细想一下。

好了,既然这部分不是代表Ic不再随着Ib的增大而增大这个意思,那又怎么看得出饱和区具有这个特点呢?首先,要解释这个问题,Ib首先要变化,对吗?因此,我们分别在Ib不同的两根曲线上分别取两个点,如图所示,

图中的两个黑色圆点是不是一个代表Ib=80uA,一个代表Ib=40uA?Ib变化了,是吗?那么,又怎么说是Ic不再随着Ib的增大而增大呢?我们注意一下,上下两个黑点对应的Ic是不是分别为2mA和1.2mA左右?两者是不是只变化了0.8mA左右?再看放大区,Ib等于80uA的那部分曲线所对应的Ic是不是3.8mA左右,而40uA的那根是不是1.8mA左右?两者是不是变化了2mA左右?那么,在Ib同样变化40uA的前提下,Ic是在放大区改变的幅度大呢?还是在饱和区?如果再把黑色的两个圆点向着纵轴的方向平行移动,Ic的变化幅度是不是更小?那么,在饱和区,Ic不再随着Ib的增大而增大这样的说法有问题吗?

好了,我们已经解决了那个令人困惑的问题,那么,在饱和区,还有一个前面提到的这个现象:

为什么会有这个现象呢?参考图一,我们知道,Ic的形成,是因为发射区和集电区的电子由发射极向集电极的运动而产生,而要产生这个电流,首先必须Vb要大于Ve,也就是发射结正偏,才能把发射区的电子吸引到基区;然后,Vc必须大于Vb,也就是集电结反偏,这样,才能进一步把已经被从发射区吸引到基区的电子,进一步吸引到集电极,从而形成Ic。但在饱和区的时候,

很小,也就是Vc很小,比如0.3伏(Ve接地始终等于0),但Vb为了保证三极管导通,至少要大于0.7伏,因此,在饱和区的时候,其集电结也正偏了,那么,此时已经被从发射区吸引到基区的电子,再加上由于集电结也正偏而从集电区吸引到的电子,就大量聚集在基区附近而无法到达集电极,从而无法形成Ic。这个时候当Vc稍微增大的时候,就必然有大量电子被吸引到集电极,从而导致Ic的迅速增大,道路就如同一扇大门里面关住了很多急于出去的人,这个时候如果大门开了那么一点点,那些挤在门口的人,就必然尽力夺门而出一样。还要深究下去,就自己去分析

这个二极管的伏安特性方程在u很小的时候斜率的变化情况。

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