模电·温度对晶体管特性及参数的影响_013
由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对于电子电路，如果不能解决温度稳定性问题，将不能使其实用，因此了解温度对晶体管参数的影响是非常必要的。
温度对晶体管特性及参数的影响
由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对于电子电路，如果不能解决温度稳定性问题，将不能使其实用，因此了解温度对晶体管参数的影响是非常必要的。
温度对 I C B O I\tiny CBO ICBO的影响
因为
I
C
B
O
I\tiny CBO
ICBO是集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动形成的，所以，当温度升高时，热运动加剧，有更多的价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。因而参与漂移运动的少子数目增多，从外部看就是
I
C
B
O
I\tiny CBO
ICBO增大。可以证明，温度每升高10℃，
I
C
B
O
I\tiny CBO
ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时，
I
C
B
O
I\tiny CBO
ICBO减小。
由于硅管的
I
C
B
O
I\tiny CBO
ICBO比锗管的小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗管受温度的影响要小得多。
由于硅管的
I
C
E
O
=
(
1
+
β
ˉ
)
I
C
B
O
{I\tiny CEO}=(1+{\={\beta}})I\tiny CBO
ICEO=(1+βˉ)ICBO，所以温度变化时，
I
C
E
O
{I\tiny CEO}
ICEO比也会产生相应的变化。
温度对输入特性的影响
与二极管伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，如下图所示，反之将右移。
∣
u
B
E
∣
|{\large u\tiny BE}|
∣uBE∣具有负温度系数，当温度变化1℃时，
∣
u
B
E
∣
|{\large u\tiny BE}|
∣uBE∣大约变化2 ~ 2.5mV，即温度每升高1℃，大约下降约2 ~ 2.5mV。换言之，若
u
B
E
{\large u\tiny BE}
uBE不变，则当温度升高时
i
B
{i\tiny B}
iB将增大，反之
i
B
{i\tiny B}
iB减小。
温度对输出特性的影响
下图所示为某晶体管在温度变化时输出特性变化的示意图。
实线所示为20℃时的特性曲线，虚线表示为60℃时的特性曲线，且
I
B
1
{I\tiny B1}
IB1、
I
B
2
{I\tiny B2}
IB2、
I
B
3
{I\tiny B3}
IB3分别等于
I
′
B
1
{I'\tiny B1}
I′B1、
I
′
B
2
{I'\tiny B2}
I′B2、
I
′
B
3
{I'\tiny B3}
I′B3。当温度从20℃升高至60℃时，集电结电流的变化量
Δ
i
′
C
>
Δ
i
C
{\Delta}{i'\tiny C}>{\Delta}{i\tiny C}
Δi′C>ΔiC，说明温度升高时
β
\beta
β增大。
可见温度升高时，由于
I
C
E
O
I\tiny CEO
ICEO、
β
\beta
β增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流增大。
现已测得某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位如下表所示，各晶体管b-e间开启电压 U o n U\tiny on Uon均为0.5V。试说明各管子的工作状态。
| 晶体管 | T 1 T\tiny 1 T1 | T 2 T\tiny 2 T2 | T 3 T\tiny 3 T3 | T 4 T\tiny 4 T4 |
|---|---|---|---|---|
| 基极直流电位 U B / V {U\tiny B}/V UB/V | 0.7 | 1 | -1 | 0 |
| 发射极直流电位 U E / V {U\tiny E}/V UE/V | 0 | 0.3 | -1.7 | 0 |
| 集电极直流电位 U C / V {U\tiny C}/V UC/V | 5 | 0.7 | 0 | 15 |
| 工作状态 |
解：
在电子电路中，可以通过测试晶体管各极的直流电位来判断晶体管的工作状态。
对于NPN型管，当b-e间电压
u
B
E
<
U
o
n
{\large u\tiny BE}<U\tiny on
uBE<Uon时，管子截止；
当
u
B
E
＞
U
o
n
{\large u\tiny BE}＞U\tiny on
uBE＞Uon且管压降
u
C
E
≥
u
B
E
{\large u\tiny CE}≥{\large u\tiny BE}
uCE≥uBE(或
u
C
≥
u
B
{\large u\tiny C}≥{\large u\tiny B}
uC≥uB)时，管子处于放大状态；
当
u
B
E
＞
U
o
n
{\large u\tiny BE}＞U\tiny on
uBE＞Uon且管压降
u
C
E
＜
u
B
E
{\large u\tiny CE}＜{\large u\tiny BE}
uCE＜uBE(或
u
C
＜
u
B
{\large u\tiny C}＜{\large u\tiny B}
uC＜uB)时，管子处于饱和状态。
硅管的
U
o
n
U\tiny on
Uon约为0.5V，锗管的
U
o
n
U\tiny on
Uon约为0.1V。对于PNP型管，可类比NPN型管总结规律。
根据上述规律可知，
T
1
T\tiny 1
T1处于放大状态，因为
U
B
E
=
0.7
V
{U\tiny BE}=0.7V
UBE=0.7V且
U
C
E
=
5
V
{U\tiny CE}=5V
UCE=5V，
U
C
E
>
U
B
E
{U\tiny CE}>{U\tiny BE}
UCE>UBE。
T
2
T\tiny 2
T2处于饱和状态，因为
U
B
E
=
0.7
V
{U\tiny BE}=0.7V
UBE=0.7V，且
U
C
E
=
U
C
−
U
E
=
0.4
V
{U\tiny CE}={U\tiny C}-{U\tiny E}=0.4V
UCE=UC−UE=0.4V，
U
C
E
<
U
B
E
{U\tiny CE}<{U\tiny BE}
UCE<UBE。
T
3
T\tiny 3
T3处于放大状态，因为
U
B
E
=
U
B
−
U
E
=
0.7
V
{U\tiny BE}={U\tiny B}-{U\tiny E}=0.7V
UBE=UB−UE=0.7V，且
U
C
E
=
U
C
−
U
E
=
1.7
V
{U\tiny CE}={U\tiny C}-{U\tiny E}=1.7V
UCE=UC−UE=1.7V，
U
C
E
>
U
B
E
{U\tiny CE}>{U\tiny BE}
UCE>UBE。
T
4
T\tiny 4
T4处于截止状态，因为
U
B
E
=
0
V
<
U
o
n
{U\tiny BE}=0V<{U\tiny on}
UBE=0V<Uon。
| 晶体管 | T 1 T\tiny 1 T1 | T 2 T\tiny 2 T2 | T 3 T\tiny 3 T3 | T 4 T\tiny 4 T4 |
|---|---|---|---|---|
| 工作状态 | 放大 | 饱和 | 放大 | 截止 |
在一个单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只管子的参数如下表所示，清选用一只管子，并简述理由。
| 晶体管 参数 | T 1 T\tiny 1 T1 | T 2 T\tiny 2 T2 | T 3 T\tiny 3 T3 |
|---|---|---|---|
| I C B O / u A {I\tiny CBO}/uA ICBO/uA | 0.01 | 0.1 | 0.05 |
| U C E O / V {U\tiny CEO}/V UCEO/V | 50 | 50 | 20 |
| β \beta β | 15 | 100 | 100 |
解：
T
1
T\tiny 1
T1管虽然
I
C
B
O
{I\tiny CBO}
ICBO很小，即温度稳定性好，但
β
\beta
β很小，放大能力差，故不宜选用。
T
3
T\tiny 3
T3管虽然
I
C
B
O
{I\tiny CBO}
ICBO较小且
β
\beta
β较大，但因
U
C
E
O
{U\tiny CEO}
UCEO仅为20V，小于工作电源电压30V，在工作过程中有可能被击穿，故不能选用。
T
2
T\tiny 2
T2管的
I
C
B
O
{I\tiny CBO}
ICBO较小，
β
\beta
β较大，且
U
C
E
O
{U\tiny CEO}
UCEO大于电源电压，所以
T
2
T\tiny 2
T2最适合。
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