实验四 三极管伏安特性

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1、实验四　三极管的伏安特性电学元件的伏安特性是其最重要的电学性质之一。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压～电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）。如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验是通过测试三极管的伏安特性曲线，初步了解三极管的放大原理。【预习重点】　　（１）阅读本实验附录晶体管简介，了解晶体管的基本构造和三极管的放大原理。　　（２）三极管的输入

2、、输出特性及其非线性特点。　　（３）β值的测量和计算方法。一、实验仪器】　　三极管（ＮＰＮ型）放大线路板、电源、多用毫伏表表、万用表等。二、实验原理　　三极管的伏安特性曲线可全面反映各电极的电压和电流之间的关系，这些特性曲线实际上就是ＰＮ结性能的外部表现。从使用的角度来看，可把三极管当做一个非线性电阻来研究它的伏安特性，而不必涉及它的内部结构。其中最常用的是输入输出特性。　　利用图5-1所示的电路即可测试三极管的特性。图5-1　测量三级管特性曲线电路　　图中电阻Ｒ1和电位器Ｒ2组成分压电路，调节Ｒ2可改变ｂ、ｅ极间的

3、正向电压Ｕbe（用数字多用表Ｖ1测量）。调节电位器Ｒ3可改变ｃ、ｅ极间电压Ｕce（用伏特计Ｖ2测量），并使集电结处于反向偏置。这样就构成了一个共发射极放大电路。　　１）输入特性曲线　　输入特性曲线是指在输入回路中，Ｕce为不同常数值时的Ｉb～Ｕbe曲线。分两种情形来讨论。　　（１）从图5-2（ａ）来看，Ｕce＝０，即ｃ、ｅ间短路。此时Ｉb与Ｕbe间的关系就是两个正向二极管并联的伏安特性。每改变一次Ｕbe，就可读到一组数据（Ｕbe，Ｉb），用所得数据在坐标纸上作图，就得到图5-2（ｂ）中Ｕce＝０时的输入特性曲线。图5

4、-2　三极管输入特性实验表明，当Ｕbe较小、Ｕce＝０时的输入特性近似满足下列指数关系式中：Ｉs是个很小的常量，称为反向饱和电流；在常温下（３００Ｋ），ＵT＝０.０２６Ｖ。　　（２）Ｕce＝２Ｖ。即给集电结加一固定反向电压，集电极吸引电子能力加强，使得发射区注入基区的电子更多地流向集电极，从而引起基极电流Ｉb减小一个常数值，但整个曲线依然近似满足指数关系。从图１５—２（ｂ）来看，只是相当于把Ｕce＝０的曲线向右移动一段距离。实际上，当Ｕce＞１Ｖ以后，在同一Ｕce下，注入基区的电子绝大部分被拉到集电极，而Ｉe的增加将

5、补偿Ｉb的下降，故Ｉb将不再随Ｕce的增加而减小，所以Ｕce＞１Ｖ的特性曲线族将基本上重合到一起。因此对于实际应用，只给出Ｕce＝２Ｖ的一条曲线就可以了。　　２）输出特性曲线　　输出特性曲线是指在Ｉb为不同常量时输出回路中的Ｉc～Ｕce曲线。测试时，先固定一个Ｉb，改变Ｕce，测得相应的Ｉc值，从而可在Ｉc～Ｕce直角坐标系中画出一条曲线。Ｉb取不同常量值时，即可测得一系列Ｉc～Ｕce曲线，形成曲线族，如图5-3所示。图5-3　三极管输出特性　　３）由特性曲线计算β值　　在本实验附中，给出一个利用测试数据计算三极管的

6、电流放大倍数β值的例子。更常用的是利用Ｉc～Ｕce曲线族计算β值。由图5-3可看出，Ｉb增加２０μＡ（ΔＩb＝２０μＡ），Ｉc就增加１ｍＡ（ΔＩc＝１ｍＡ）。根据本实验附录和式（１２—１）可算出三、实验要求　　（１）对照图5-1的原理线路接线。预置电路安全状态，弄懂各电学元件的功能及使用方法。判别管脚后将三极管插入线路板。　　（２）测输入特性。按表格中所给数据分别测量Ｕce＝０Ｖ和Ｕce＝２Ｖ下的输入特性数据，注意数字多用表功能挡量程的正确选择。　　（３）测输出特性。根据表中所给数据，测量不同Ｉb下的输出特性数据。注

7、意，通过调节Ｒ3改变Ｕce时，会引起Ｉb的改变，需要重新调Ｒ2，使Ｉb保持预定值。输入特性数据表格　　晶体管型号　　　　输出特性数据表格　　晶体管型号　　　　　　（４）数据处理：①用坐标纸画出输入、输出特性曲线；②求出所测三极管的β值；③计算：Ｕce＝２Ｖ时，每相邻两组数据对应的ｒbe＝ΔＵbe/ΔＩbe值，解释ｒbe的意义，并根据计算结果说明它与普通的线性电阻有什么不同。五、思考题　　（１）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？　　（２）在图１２—１的测量线路中，如果把伏特计Ｖ1跨接到结点

8、２、３之间行不行？为什么？　　（３）一个三极管的Ｉb＝１０μＡ时，Ｉceｃ＝１ｍＡ，能否根据这两个数据来判定其电流放大能力？为什么？　　（４）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？　　（５）二极管的正向伏安特性在低偏压下近似地满足关系。式中Ｉ与ＵD即为通过二极