1.1.1 晶体管特性曲线

晶体管的特性曲线是指晶体管各极的电压与电流之间的关系曲线，它从外部直观地表达出晶体管内部的物理变化规律，反映出晶体管的性能。晶体管特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。

从使用角度讲，了解晶体管特性曲线比了解其内部物理变化过程更重要。因为晶体管特性曲线是分析放大电路，特别是图解分析法的重要依据和基础。

晶体管特性曲线可用晶体管特性图示仪显示，也可实测得出。如图1-3所示为晶体管实测电路。输入特性曲线在输入回路测量，输出特性曲线在输出回路测量。

1. 晶体管输入特性曲线

输入特性曲线是指当集电极-发射极之间的电压Uce为某一常数时，输入回路中的基极电流Ib与加在基极-发射极间的电压Ube之间的关系曲线。即：

图1-4所示为实测3DG4晶体管的输入特性曲线。由图中左下部曲线可以看出，晶体管输入特性曲线与二极管正向伏安特性曲线是一样的，因为晶体管输入特性实际上就是发射结的正向伏安特性。不同的只是存在一个Uce电压，这个电压只影响Ib的大小，不影响Ib与Ube之间的变化关系。

在晶体管内部，Uce的主要作用是保证集电结反偏。当Uce很小，不能使集电结反偏时，这时晶体管完全等同于二极管。当Uce使集电结反偏后，集电结内电场就很强，能将扩散到基极区域的自由电子中的绝大部分拉入集电极区域。这样与Uce很小（或不存在）相比，Ib增大了。因此，Uce并不改变特性曲线的形状，只使曲线下移一段距离。

事实上，对于硅管，当Uce≥1 V时，集电结就已经反偏了。若再增大Uce，只要Ube不变，则Ib基本不变。即Uce＞1 V以后的输入特性曲线基本上与Uce=1 V的特性重合，因此，通常将Uce=1 V输入特性曲线作为晶体管的输入特性曲线，图1-4中Uce=12 V。

与二极管伏安特性一样，晶体管输入特性曲线中也存在一段死区及死区电压。硅管的死区电压约为0.5 V，锗管的死区电压约为0.2 V。只有在Ube超过死区电压时，晶体管才可以正常工作。正常情况下，NPN型硅管的发射结电压Ube为0.6～0.7 V，PNP型锗管的Ube为-0.2～-0.3 V。

2. 晶体管输出特性曲线

输出特性曲线是指当基极电流Ib为常数时，输出电路中集电极电流Ic与集电极-发射极间的电压Uce之间的关系曲线，即：

因为Ic与Ib密切相关，Ib不同，对应不同的特性曲线，所以晶体管输出特性曲线是一组曲线。如图1-4右上部分曲线和图1-5所示。

根据晶体管不同的工作状态，输出特性曲线可分为3个工作区。

（1）截止区

Ib=0的曲线以下的区域称为截止区。当Ib=0时Ic=Iceo，该电流称为穿透电流，其值极小，通常忽略不计。故此时可认为Ic=0，晶体管无电流输出，说明晶体管已截止。

对于NPN型硅管，当Ube＜0.5 V，即在死区电压以下时，晶体管就已开始截止。为了可靠截止，常使Uce＜0。这样，发射结和集电结都处于反偏状态。此时Uce近似等于集电极电源电压Ucc，意味着集电极（c）与发射极（e）之间开路，相当于c与e之间的开关断开。

（2）放大区

在晶体管的输出特性曲线中，接近水平的部分是放大区，在放大区内，晶体管的工作特点是：发射结正偏，集电结反偏；Ic=βIb，集电极电流与基极电流成比例。因此，放大区又称为线性区。

（3）饱和区

特性曲线上升和弯曲部分的区域称为饱和区。当Uce=Ube时，即Ucb=0，集电结电压为零。这样集电极区域收集扩散到基极区域的自由电子的能力大大减弱，Ib对Ic的控制作用不复存在，晶体管的放大作用消失，晶体管的这种工作状态称为临界饱和；若Uce＜Ube，则发射结和集电结都处在正偏状态，这时的晶体管为过饱和状态。

在过饱和状态下，因为Ube本身小于1 V，而Uce比Ube更小，于是可以认为Uce近似为零。这样集电极（c）与发射极（e）短路，相当于c与e之间的开关接通。

对于晶体管的输出特性曲线，以下3点应特别注意。

[1] 晶体管工作在放大区时，若改变Ib的大小，Ic会随之改变，对应的曲线组平坦部分上、下移动。因此，改变Ic的唯一途径就是改变Ib，而这正是Ib对Ic的控制作用。

[2] 晶体管具有恒流特性。对应于不同Ib值的每一条输出特性曲线都经过原点。即UCE等于零时，Ic也等于零。增大Uce，开始时Ic迅速上升。当Uce达到某个数值后，若再增大Uce，Ic不会明显增加，这就是曲线平坦部分。这时Ic基本上恒定，不因Uce变化而变化。这就是晶体管的恒流特性。

[3] 晶体管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲线平坦部分间隔的大小上。间隔大，即ΔIc大，因而放大能力（即β）也大。