晶体管静态特性曲线分析
一、仿真目的
以三极管2N2222为例，运用Multisim对三极管的输入输出特性进行分析。
1）参照图一构建用于分析晶体管特性特性曲线的仿真电路。
2）参照图二，以Uce为参变量，通过仿真分析画出输入特性曲线Ube—I b.。3）参照图三，以ib为参变量，通过仿真分析画出输出特性曲线Uce—Ic 二、仿真要求
1）设计出用于分析NPN型晶体管输入输出特性的电路；
2）按要求选择合适的软件工具画出输入输出特性曲线，并对仿真进行总结分析，即：运用Multisim完成性能仿真,再选用自己熟悉的画图工具完成曲线绘制。
探索用Multisim仿真软件中的参数扫描功能，直接获取晶体三极管的特性曲线的方法。若能成功，,这应该是最直接最准确的好方法。
三、仿真电路图
四、仿真过程
静态工作点的设定
由图可知，晶体管处于放大状态，基本符合实验要求。
输入特性曲线：
将c极滑动变阻器调为0时，Uce近似与导线并联，约等于0，此时改变基极滑动变阻器可得到不同的Ube与Ib的值。
如图，令Uce=0V，1V，10V（0V操作简单，忘保存图了）
得到的Ube与Ib的值以及关系曲线分别为：
分析：
输入特性曲线描述了在关押将Uce一定的情况下，基极电流Ib与发射结压降Ube之间的函数关系。Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上时两个二极管并联的正向特性曲线。Uce>1时，Ucb=Uce-Ube>0，集电结进入反偏状态，开始Uce>1V 收集载流子，且基区复合减少，特性曲线将向右稍微移动一点，Ic/Ib增大，但Uce再增加时，曲线右移很不明显。
输出特性曲线：
将基极限流电阻调至很大（例如1M欧）时，基极电流Ib很小，近似约等于0。
令Ib分别=0uA,20uA,40uA,10mA：
得到的Uce与Ic的值以及关系曲线分别为：
说明：当Ib=10mA时，晶体管进入饱和区，Ic过大，若在图中画出就会看不到另几条曲线。
分析：
输出特性曲线描述的时基极电流Ib为一常量时，集电极电流Ic与管压降Uce之间的函数关系。
输出特性曲线可分为三个工作区域，在饱和区内，发射结和集电结均处于正向偏置。Ic 主要随Uce增大而增大，对Ib影响不明显，即当Ube增大时，Ib随之增大，但Ic增大不大。在饱和区内，Ic和Ib不再满足电流传输方程，即不能用放大区中的β来描述Ic和Ib的关系，三极管失去放大作用。
在放大区内，发射结正向偏置，集电结反向偏置，各输出特性曲线近似为水平的直线，表示当Ib一定时，Ic的值基本不随Uce而变化。此时表现出Ib对Ic的控制作用，Ic=βIb。三极在放大电路中主要工作在这个区域中。
一般将Ib<=0的区域称为截止区，由图可知，Ic也近似为零。在截止区，三极管的发射
结和集电结都处于反向偏置状态。
下图摘自网络，用于分析更为清晰：
分析与总结：
分析已在仿真过程中叙述。
总结：该仿真实验采用的手动调节滑动变阻器来达到仿真目的，过程繁杂且耗时，因为在思考用参数扫描方法时，遇到了如下问题：1、最主要的问题是参数扫描功能无法扫描滑动变阻器，可用固定电阻来实现扫描功能，但是输出参数中没有Ube以及Uce，无法直接得到晶体管输入输出曲线。2、当改变任意一个滑动变阻器时，电路中的所有原件的电流电压值都会改变，无法直接定量分析，若要同时调节两端滑动变阻器可实现定量分析，在咨询老师后，老师提示只需将初始值设置好即可，少量变化可忽略不计。3、将电路中的电阻都去掉后可通过直流扫描功能直接得到晶体管输入输出特性曲线，可是这样会使电路无保护机制，在实际电路中容易损坏元器件，无法真正达到目的，所以没有采用。
其实上述问题应该都可以解决，但是由于能力以及时间问题暂时采取了最笨拙的方法。仿真是一个很强大的功能，之后一定会努力学习，多实践！
一起来学习电子管基础知识（最适合初学者） 常见的电子管功放是由功率放大，电压放大和电源供给三部分组成。电压放大和功率放大组成了放大通道，电源供给部分为放大通道工作提供多种量值的电能。 一般而言，电子管功放的工作器件由有源器件（电子管，晶体管）、电阻、电容、电感、变压器等主要器件组成，其中电阻，电容，电感，变压器统称无源器件。以各有源器件为核心并结合无源器件组成了各单元级，各单元级为基础组成了整个放大器。功放的设计主要就是根据整机要求，围绕各单元级的设计和结合。 这里的初学者指有一定的电路理论基础，最好有一定的实做基础 且对电子管工作原理有一定了解的 （1）整机及各单元级估算 1，由于功放常根据其输出功率来分类。因此先根据实际需求确定自己所需要设计功放的输出功率。对于95db的音箱，一般需要8W输出功率；90db的音箱需要20W左右输出功率；84db音箱需要60W左右输出功率，80db音箱需要1 20W左右输出功率。当然实际可以根据个人需求调整。 2，根据功率确定功放输出级电路程式。 对于10W以下功率的功放，通常可以选择单管单端输出级；10－20W可以选择单管单端功放，也可以选择推挽形式；而通常20W以上的功放多使用推挽，甚至并联推挽，如果选择单管单端或者并联单端，通常代价过高，也没有必要。3，根据音源和输出功率确定整机电压增益。 一般现代音源最大输出电压为2Vrms，而平均电压却只有0.5Vrms左右。由输出功率确定输出电压有效值：Uout＝√￣（P·R），其中P为输出功率，R为额定负载阻抗。例如某8W输出功率的功放，额定负载8欧姆，则其Uout＝8V，输入电压Uin记0.5V，则整机所需增益A＝Uout/Uin＝16倍 4，根据功率和输出级电路程式确定电压放大级所需增益及程式。（OTL功放不在讨论之列） 目前常用功率三极管有2A3，300B，811，211，845，805 常用功率束射四极管与五极管有6P1，6P14，6P6P，6P3P（807），EL34，F U50，KT88，EL156，813 束射四极管和五极管为了取得较小的失真和较低的内阻，往往也接成三极管接法或者超线性接法应用。下面提到的“三极管“也包括这些多极管的三极管接法。 通常工作于左特性曲线区域的三极管做单管单端甲类功放时，屏极效率在20%－25%，这里的屏极效率是指输出音频电功率与供给屏极直流电功率的比值。工作于右特性曲线区域的三极管，多极管超线性接法做单管单端甲类功放时，屏极效率在25%－30%。 而标准接法的多极管做单管单端甲类功放时，屏极效率可以达到35%左右 关于电子管特性曲线的知识可以参照 以下链接：/dispbbs.asp?boardID=10&ID=15516&replyID=154656&skin=0 三极管及多极管的推挽功放由于牵涉到工作点，电路程式，负载阻抗，推动情况等多种因素左右，所以一般由手册给出，供选择。
晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线： (1) 直观地分析管子的工作状态 (2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 1.测量晶体管特性的实验线路 图1 共发射极电路 共发射极电路：发射极是输入回路、输出回路的公共端。如图1所示。 2．输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极电压U CE为常数时，输入电路( 基极电路)中基极电流I B与基-射极电压U BE之间的关系曲线I B = f (U BE)，如图2所示。 图2 3DG100晶体管的输入特性曲线 U CE=0V时，B、E间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。 U CE≥1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到
集电极，只有小部分与空穴复合形成I B。U CE>1V以后，I C增加很少，因此I B 的变化量也很少，可以忽略U CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。 由输入特性曲线可知，和二极管的伏安特性一样，晶体管的输入特性也有一段死区。只有在发射结外接电压大于死区电压时，晶体管才会导通，有电流I B。 晶体管死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。晶体管正常工作时发射结电压：NPN型硅管U BE0.6 ~ 0.7) V PNP型锗管U BE0.2 ~ 0.3) V 3．输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流I C与集-射极电压U CE之间的关系曲线I C = f (U CE)，如图3所示。 变化曲线，所以晶体管的输出特性曲在不同的I B下，可得出不同的I C随U CE 线是一族曲线。下面结合图4共发射极电路来进行分析。 图3 3DG100晶体管的输出特性曲线图4 共发射极电路 晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区 (1) 放大区 在放大区I C=βI B，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。 对NPN 型管而言, 应使U BE> 0, U BC< 0，此时，U CE> U BE。 (2) 截止区I B = 0 的曲线以下的区域称为截止区。 I B = 0 时, I C = I CEO(很小)。(I CEO<0.001mA)。对NPN型硅管，当U BE<0.5V 时, 即已开始截止, 为使晶体管可靠截止, 常使U BE≤0。截止时, 集电结也处于反向偏置(U BC≤ 0),此时, I C≈0, U CE≈U CC。 (3) 饱和区当U CE< U BE时，集电结处于正向偏置(U BC> 0)，晶体管工作于饱和状态。
805电子管特性及其电路设计简析 ——版权所有：HIFIDIY论坛Juline 805电子管是一种灵敏度高，性价比高的大功率电子管，容易制成20W以上输出功率的单管A类放大器。因此有不少玩家参与尝试制作，也产生了大量试制电路。但是，往往出现的问题是，频响不宽，音色不平衡，功率不大。本文就805管的本身特性展开一些简易分析，供大家设计制作参考。 1，805电子管特性概述。 805电子管原形是一款丙类发射用电子管， 屏耗 Pa = 125W 放大系数 u = 50 内阻 Ri = 10K， 其屏栅特性曲线见图： 2，按照常用线路的工作点分析： 现在常见电路工作点往往是： 屏压Ua = 1050V 屏流Ia = 100mA 负载阻抗RL = 7~10K
就此工作点，在屏栅特性曲线上简易作图，得： 对805动态工作情况简易分析如下: 805静态工作点， Ug1 = +18V，此时有栅流大致12mA 左右 Ua = 1050V Ia = 100mA 假设推动电压为对称 正弦波 当805电子管动作点移动到负半周某点A处： Ug1 = +45V Ua = 300V Ia = 168mA 此时如果要输出完整对称的正弦波，正半周A'点，根据特性曲线应当为：Ug1= －9V Ua = 1630V Ia = 40mA 输出功率根据负半周，大致为 Po = 0.5(1050 - 300)/(168 - 100)*1000 = 25W 此时栅极动作范围是Ug1 从－9V ~ 45V 栅流变化范围是0mA ~ 40mA （粗略值） 以上要说明的是，805在Ug1 = 0V ~ －9V 区间内，基本是无栅流的。 此时，805输入阻抗近似趋向无穷大（实测在10K左右）
EL34电子管特性参数表 下表是EL34的主要应用特性。由表可知，EL34作单端A类放大时，屏极负载阻抗2kΩ下最大输出功率为l 1 w(失真率10％)。当它作推挽放大时，屏一屏负载阻抗3.8kΩ下的最大输出功率可达36W(失真率5％)。 电子管EL34管脚图
EL34胆管参数 热丝加热 UH……………………………6.3 V IH……………………………1.5 A 极限额定值 阳极电压……………………… 800 V 第二栅极电压………………… 500 V 第一栅极电压………………… -100 V 阳极耗散功率………………… 25 W 第二栅极耗散功率…………… 8 W 阴极电流………………………150 mA 第一栅极电阻 自偏压时………………………0.7 MΩ 固定偏压时……………………0.5 MΩ 热丝阴极间电压………………±100 V 玻壳温度………………………250 ℃ 极间电容 输入电容…………………… 15.2 PF 输出电容…………………… 8.4 PF 跨路电容…………………… 1.1 PF 第一栅极热丝间电容……… 1.0 PF 热丝阴极间电容…………… 10 PF 静态参数 Ua…………………………… 250 V Ug2……………………………250 V Ug3…………………………… 0 V -Ug1…………………………12.2 V Ia…………………………… 100 mA
Gm…………………………… 11 mA/V ri…………………………… 15 kΩ μg1-g2 (11) 推荐工作状态（参考值） 单管A1类放大（固定偏压） Ua(b) …………………… 265 265 V Ua……………………………250 250 V Ug2……………………… Rg2=2k Rg2=0 Ug3……………………………0 0 V -Ug1……………………… 14.5 13.5 V Ia(0) ………………………70 100 mA Ig2(0) …………………… 10 14.9 mA Gm…………………………… 9 11 mA/V ri……………………………18 15 kΩRL…………………………… 3 2 kΩPout………………………… 8 11 W Dtot…………………………10 10 % 推挽B1类放大（固定偏压）Ua……………………………375 400 V ▲Rg2………………………… 600 800 ΩUg3………………………… 0 0 V -Ug1………………………… 33 36 V Ia(0) …………………2×30 2×30 mA Ia(maxsig) ………2×107.5 2×110.5 mA Ig2(0) ………………2×4.7 2×4.5 mA Ig2(maxsig) ………2×23.5 2×23 mA Rl(a-a) ………………3.5 3.5 kΩ ü(g1-g1)(r.M.S) ……… 46.7 50 V Pout……………………48 54 W Dtot……………………2.8 1.6 %
半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量 一、实验目的 1、了解半导体特性图示仪的基本原理 2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。 二、预习要求 1、阅读本实验的实验原理，了解半导体图示仪的工作原理以及XJ4810 型半导体管图示仪的各旋钮作用。 2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。 三、实验原理 （一）半导体特性图示仪的基本工作原理 任何一个半导体器件，使用前均应了解其性能，对于晶体三极管，只要知道其输入、输出特性曲线，就不难由曲线求出它的一系列参数，如输入、输出电阻、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢？最早是利用图4-1 的伏安法对晶体管进行逐点测试，而后描出曲线，逐点测试法不仅既费时又费力，而而且所得数据不能全面反映被测管的特性，在实际中，广泛采用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。 图4-1 逐点法测试共射特性曲线的原理线路用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各种直流参量的基本原理是用图4-2（a）中幅度随时间周期性连续变化的扫描电压UCS代替逐点法中的可调电压EC，用图4-2（b）所示的和扫描电压UCS的周期想对应的阶梯电流iB来代替逐点法中可以逐点改变基极电流的可变电压EB，将晶体管的特性曲线直接显示在示波管的荧光屏上，这样一来，荧光屏上光点位置的坐标便代替了逐点法中电压表和电流表的读数。
1、共射输出特性曲线的显示原理 当显示如图4-3 所示的NPN 型晶体管共发射极输出特性曲线时，图示仪内部和被测晶体管之间的连接方式如图4-4 所示. T是被测晶体管,基极接的是阶梯波信号源,由它产生基极阶梯电流ib 集电极扫描电压UCS直接加到示波器(图示仪中相当于示波器的部分,以下同)的X轴输入端,,经X轴放大器放大到示波管水平偏转板上集电极电流ic经取样电阻R得到与ic成正比的电压,UR=ic,R加到示波器的Y轴输入端,经Y轴放大器放大加到垂直偏转板上.子束的偏转角与偏转板上所加电压的大小成正比,所以荧光屏光点水平方向移动距离代表ic的大小,也就是说,荧光屏平面被模拟成了uce-ic 平面. 图4-4 输出特性曲线显示电路输出特性曲线的显示过程如图4-5 所示 当t=0 时, iB =0 ic=0 UCE =0 两对偏转板上的电压均为零,设此时荧光屏上光点的位置为坐标原点。在0-t1,这段时间内,集电极扫描电压UCS 处于第一个正弦半波周期。
实验题目：晶体管输入输出特性曲线测试电路的设计 班级： 学号： 姓名： 日期：
一、实验目的 1. 了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理与方法 2. 熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理与方法 3. 熟悉各单元电路的设计方法 二、实验电路图及其说明 晶体管共发射极输出特性曲线如图所示，它是由函数i c=f (v CE)|i B=常数，表示的一簇曲线。它既反映了基极电流i B对集电极电流i C 的控制作用，同时也反映出集电极和发射极之间的电压v CE对集电极电流i C的影响。 如使示波器显示图那样的曲线，则应将集电极电流i C取样，加至示波器的Y轴输入端，将电压v CE加至示波器的X轴输入端。若要显示i B为不同值时的一簇曲线，基极电流应为逐级增加的阶梯波形。通常晶体管的集电极电压是从零开始增加，达到某一数值后又回到零值的扫描波形，本次实验采用锯齿波。 测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图所示。 矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2，作为晶体管集电极的扫描电压；另一方面经阶梯波形成电路，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为积极驱动电流i B，波形见图3的第三个图（波形不完整，没有下降）。 电阻R C将集电极电流取样，经电压变换电路转换成与电流i C成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y轴输入端，则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。 需要注意，锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步（用同一矩形脉冲
产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件）。阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。另外，每一整幅图形的显示频率不能太低，否则波形会闪烁。 选作：晶体管特性曲线数目可调： 主要设计指标和要求： 1、矩形波电压（V O1）的频率f大于500Hz,误差为±10Hz，占空比为4%~6%，电压幅度 峰峰值大约为20V。 2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0，级数为10级，每极电压0.5V~1V。 3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V，幅度大约为10V。 三、预习 理论计算：电路设计与仿真： 1.矩形波电路：仿真图如下：
近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路
2、锯齿波：幅度0—10V连线可调，输出极性可变。 3、阶梯波：3—10阶连线可调。 4、电压—电流变换器：0.001<=I1<=0.2(mA)，输出电流方向可变（每阶0.001<=Ib<=0.02(mA)）。 实验设计的基本原理： 三极管特性曲线测量电路的基本原理： 晶体三极管为电流控制器件，他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线，一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线，就称为单晶体三极管的输出特性曲线，所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。示波器的地线与测量电路地不可相通。即测量电路的稳压电源不能接大地。（因为示波器外壳已接大地） 晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下: 框图 在本测量电路中，两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。故在实验中需准确调整主要电阻电容的参数。
电阻R10右边输出的波形就是脉冲方波，之后经过U6积分后，在U6的6脚即可输出锯齿波。 电路中，R5和C1的参数会直接影响到输出锯齿波的波形好坏，所以应注意参数。 2、阶梯波产生部分电路 产生阶梯波的原理： 阶梯波电路如下, 十进制同步计数器 (异步清零 ) 74ls161构成八进制计数器, 将比较器 U1 输出矩形波接至其脉冲端作为触发信号,进行计数。八进制计数器四位输出经过八位 DAC0832进行转换成八级阶梯波电压信号, 再经过放大电路进行放大。 电路中的与非门用于调节阶梯波的阶数，从而实现输出特性曲线中的曲线条数可调。由于74ls161的输出Q0—Q3是四个数的组合，对于该电路使用二输入端与非门作为闸门控制，那么可以得到3—10阶之间的任意数字的阶梯。譬如：Q1、Q0组合，分别接入与非门的两端，那么就可以得到3阶的阶梯波；若Q2、Q3组合，分别接到与非门的两端，即可得到10阶的阶梯波。 该阶梯波是下降的阶梯波，对于实验的结果是不会影响的。 电路图如下：
常见的电子管功放是由功率放大，电压放大和电源供给三部分组成。电压放大和功率放大组成了放大通道，电源供给部分为放大通道工作提供多种量值的电能。 一般而言，电子管功放的工作器件由有源器件（电子管，晶体管）、电阻、电容、电感、变压器等主要器件组成，其中电阻，电容，电感，变压器统称无源器件。以各有源器件为 核心并结合无源器件组成了各单元级，各单元级为基础组成了整个放大器。功放的设计主要就是根据整机要求，围绕各单元级的设计和结合。 这里的初学者指有一定的电路理论基础，最好有一定的实做基础且对电子管工作原理有一 定了解的 （1）整机及各单元级估算1，由于功放常根据其输出功率来分类。因此先根据实际需求确定自己所需要设计功放的输出功率。对于95db的音箱，一般需要8W输出功率；90db的音箱需要20W左右输出功率；84db音箱需要60W左右输出功率，80db音箱需要120W 左右 输出功率。当然实际可以根据个人需求调整。 2，根据功率确定功放输出级电路程式。 对于10W以下功率的功放，通常可以选择单管单端输出级；10- 20W可以选择单管单端功放，也可以选择推挽形式；而通常20W以上的功放多使用推挽，甚至并联推挽，如果选择单管单端或者并联单端，通常代价过高，也没有必要。3，根据音源和输出功率确定整机电压增益。 一般现代音源最大输出电压为2Vrms,而平均电压却只有左右。由输出功率确定输出电压有效值：Uout="—（P?R），其中P为输出功率，R为额定负载阻抗。例如某8W俞出功率的功放，额定负载8欧姆，则其Uout= 8V,输入电压Uin记, 则整机所需增益A= Uout/Uin = 16倍 4，根据功率和输出级电路程式确定电压放大级所需增益及程式。（OTL功放不 在讨论之列） 目前常用功率三极管有2A3，300B，811，211，845，805 常用功率束射四极管与五极管有6P1，6P14，6P6P，6P3P（807），EL34，FU50，KT88，EL156，813 束射四极管和五极管为了取得较小的失真和较低的内阻，往往也接成三极管接法或者超线性接法应用。下面提到的“三极管“也包括这些多极管的三极管接法。 通常工作于左特性曲线区域的三极管做单管单端甲类功放时，屏极效率在20%- 25%，这 里的屏极效率是指输出音频电功率与供给屏极直流电功率的比值。 工作于右特性曲线区域的三极管，多极管超线性接法做单管单端甲类功放时，屏极效率在25%- 30%。 而标准接法的多极管做单管单端甲类功放时，屏极效率可以达到35%左右关于电子管特性曲线的知识可以参照 以下链接：/boardID=10&ID=15516&replyID=154656&skin=0 三极管及多极管的推挽功放由于牵涉到工作点，电路程式，负载阻抗，推动情况等多种因素左右，所以一般由手册给出，供选择。 链接如下： /boardID=10&ID=8354&skin=0 在决定输出级用管和电路程式之后，根据输出级功率管满 功率输出时所需推动电压Up（峰峰值）和输入音源信号电压U'in （这里的U'in需要折算成峰峰值）确定电压放大级增益。Au= Up/U'in。例如2A3单管单端所需推动电压峰峰
常见的电子管功放是由功率放大、电压放大和电源供给三部分组成。电压放大和功率放大组成了放大通道 电源供给部分为放大通道工作提供多种量值的电能。 一般而言 电子管功放的工作器件由有源器件 电子管、晶体管 、电阻、电容、电感、变压器等主要器件组成 其中电阻、电容、电感、变压器统称无源器件。以各有源 器件 为核心并结合无源器件组成了各单元级 各单元级为基础组成了整个放大器。功放的设计主 要就是根据整机要求 围绕各单元级的设计和结合。 这里的初学者指有一定的电路理论基础 最好有一定的实做基础 且对电子管工作原理有一定了解 一、整机及各单元级估算 1、由于功放常根据其输出功率来分类。因此 先根据实际需求确定自己所需要设计功 放的 输出功率。 对于95db的音箱 一般需要8W输出功率 90db的音箱需要20W左右输出功率
84db音箱需要60W左右输出功率 80db音箱需要120W左右输出功率。当然 实际可以根据个人需求调整。 2、根据功率确定功放输出级电路程式。 对于10W以下功率的功放 通常可以选择单管单端输出级 10~20W可以选择单管 单端功放 也可以选择推挽形式 而通常20W以上的功放多使用推挽 甚至并联推挽 如 果选择单管单端或者并联单端 通常代价过高 也没有必要。 3、根据音源和输出功率确定整机电压增益。 一般 现代音源最大输出电压为2Vrms 而平均电压却只有0.5Vrms左右。由输出 功率确定输出电压有效值 Uout √ˉ(P?R) P为输出功率 R为额定负载阻抗 。例如 某8W输出功率的功放 额定负载8欧姆 则其Uout 8V 输入电压Uin记0.5V 则整 机所需增益A Uout/Uin 16倍。
晶体管的输入输出特性曲线详解 届别 系别 专业 班级 姓名 指导老师
二零一二年十月 晶体管的输入输出特性曲线详解 学生姓名：指导老师： 摘要：晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。 根据晶体管的结构进行分类，晶体管可以分为：NPN型晶体管和PNP 型晶体管。依据晶体管两个PN结的偏置情况，晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映，通常称为伏安特性。 生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值 晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。由于
其响应速度快，准确性，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。 关键字：晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。 【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis. 一、晶体管的基本结构 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图 1-1(a)、(b)所示。从三个区引出相应的电极，发射极，基极，集电极，各用“E”（或“e”）、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。 发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。当前国内生产的锗管多为PNP型(3A
晶体管输出特性曲线测试电路的设计 无 29班 宋林琦 2002011547 一、实验任务： 设计一个测量NPN 型晶体管特性曲线的电路。测量电路设置标有e 、b 、c 引脚的插 孔。当被测晶体管插入插孔通电后，示波器屏幕上便显示出被测晶体管的输出特性曲线。要有具体指标的要求。 二、实验目的： 1、了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理和方法。 2、熟悉脉冲波形的产生和波形变 换的原理和方法。 3、熟悉各单元电路的设计方法。 三、实验原理： 晶体管共发射极输出特性曲 线如图1所示，它是由函数i c =f (v CE )|i B=常数，表示的一簇曲线。它 既反映了基极电流i B 对集电极电 流i C 的控制作用，同时也反映出 集电极和发射极之间的电压v CE 对集电极电流i C 的影响。 如使示波器显示图1那样的曲线，则应将集电极电流i C 取样，加至示波器的Y 轴输入端，将电压v CE 加至示波器的X 轴输入端。若要显示i B 为不同值时的一簇曲线，基极电流应为逐级增加的阶梯波形。通常晶体管的集电极电压是从零开始增加， 达到某一 图2 晶体管输出特性测试电路 图1 晶体管输出特性曲线 V CC 3
数值后又回到零值的扫描波形，本次实验采用锯齿波。 测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图2所示。矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2，作为晶体管 集电极的扫描电压；另一方面经阶梯波 形成电路，通过隔离电阻送至晶体管的基极，作为积极驱动电流i B ，波形见图3 的第三个图（波形不完整，没有下降）。 电阻R C 将集电极电流取样，经电压变换电路转换成与电流i C 成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y 轴输入端，则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。 需要注意，锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步（用同一矩形脉冲产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件）。阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。另外，每一整幅图形的显示频率不能太低，否则波形会闪烁。 四、主要设计指标和要求： 1、矩形波电压（V O1）的频率f 大于500Hz,误差为±10Hz ，占空比为4%~6%，电压幅 度峰峰值大约为20V 。 2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0，级数为10级，每极电压0.5V~1V 。 3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V ，幅度大约为10V 。 五、电路设计及仿真结果： 1、 电路基本组成： 电路由5个基本部分组成，包括矩形波产生电路、锯齿波产生电路、阶梯波产生电路、电压变换电路和由以上4个电路组成的晶体管测试电路。 2、 矩形波产生电路： 用来产生窄的矩形脉冲，要求占空比为4％～6％，所用电路为一个由LM741组成的施密特触发器，用来产生矩形窄脉冲，由于二极管D3的单向导通功能，使得充放电时的回路电阻不同，以至于时间常数不同，从而决定了矩形脉冲的占空比不是50％，而是远小于50％。电路图以及仿真结果如下，矩形脉冲的峰峰值幅度大约为21V 。 时钟源 锯齿波发生器 阶梯波发生器 图3 输出特性曲线测试电路工作波形
电子管电路基础知识大全 （第1页） （一）二极管的结构及其工作原理 电子管是利用电子在真空中受电场力的吸引或排斥作用，进行工作的电子器件。 最简单的电子管是二极管，它是在高度真空的密封容器内装有两个金属电极，一个是阴极，呈细长管状丝外面，另一个是阳极，呈圆筒状，套在阴极外面。当灯丝通电点燃，间接将阴极加热到1000~C以上时，量电子获得能量从金属中逸出，逸出的热电子在阴极金属表面附近堆积，成为空间电荷。 我们知道，电子是带负电荷的，此时如果在另一金属板（阳极）加上一个直流正电压并与阴极构成闭合回电子在正电压（电场）的吸引下将从阴极经过空间到达阳极，形成电流，如图1。 反之，如果在阳极加上直流负电压（电场），它将排斥从阴极发射出来的热电子，回路就没有电流。只有电位高于阴极电位时。闭合回路才有电流流过，因此二极管具有单向导电性。利用二极管的单向导电性，就能 电变为直流电。 （二）三极管的结构及其工作原理 1.结构 在二极管的两个电极之间插入一个栅栏状的电极就构成三极管（如图2所示）。这个栅栏状的电极叫做控极，简称栅极，用符号G（grid）表示。结构一般是用镍锰合金丝在支撑物上绕成螺旋形，每圈之间有一定的便从阴极发射出来的电子能通过这些空隙流到屏极。 从三极管各个电极的相对位置来看。栅极与阴极之间的距离较屏极与阴极之间的距离近得多，这使栅极对射的电子的作用力也比屏极大得多，因而三极管具有放大作用。 2.三极管的基本电路 要使任何电路工作，都必须是一个闭合的回路。三极管在电路中，有3个基本回路：一是屏极回路，二是
路，三是灯丝回路，如图3所示。 在电子管电路中，各极电压都是以阴极为公共端的。屏极与阴极之间的电路是屏极回路。 它们之间的电压叫做屏压，以u。表示，一般屏压总是正的，即屏极电位比阴极电位高，因此屏极回路经流ia流动。屏极回路的正电源叫做屏极电源。用Ea表示。 3.三极管的放大作用 将三极管按图3连接好工作电源。这时在电子管阴极附近将产生两个电场，一个是屏极吸引电子的正电场个是栅极排斥电子的负电场。因此电子管屏流i。的大小不仅与屏压有关，并且也与栅负压大小有关。 如果设定屏压固定不变，则栅压越负。对电子的排斥力越大，则屏流越小。反之，如果把栅极负电压减小对值减小），则栅极对电子的排斥力将减小，屏流ia将随之增加。这个现象说明，在栅极上加入大小不同的负就能控制由阴极流向屏极的电子数量，即栅极有控制屏极电流ia大小的作用。而且由于栅极与阴极的距离比屏极的距离近，根据电场力和电场强度原理。 栅极控制电子的能力比屏极大得多，即栅压ug有微小的变化，就能引起屏流ia发生较大的变化，这就是具有放大作用的原因。 图4是一个简单的三极管放大电路。栅极回路叫输入回路，屏极回路叫输出回路。当在栅极回路接入一个交流电源ex时，就会使栅压ug发生变化，如果在屏极回路中接人一个电阻Ra，ia流过Ra时在Ra两端的压比ug的变化大得多，因此就具有电压放大作用，电阻Ra我们叫它负载电阻。
晶体管静态特性曲线分析 一、仿真目的 以三极管2N2222为例，运用Multisim对三极管的输入输出特性进行分析。 1）参照图一构建用于分析晶体管特性特性曲线的仿真电路。 2）参照图二，以Uce为参变量，通过仿真分析画出输入特性曲线Ube—I b.。3）参照图三，以ib为参变量，通过仿真分析画出输出特性曲线Uce—Ic 二、仿真要求 1）设计出用于分析NPN型晶体管输入输出特性的电路； 2）按要求选择合适的软件工具画出输入输出特性曲线，并对仿真进行总结分析，即：运用Multisim完成性能仿真,再选用自己熟悉的画图工具完成曲线绘制。 探索用Multisim仿真软件中的参数扫描功能，直接获取晶体三极管的特性曲线的方法。若能成功，,这应该是最直接最准确的好方法。 三、仿真电路图 四、仿真过程 静态工作点的设定
由图可知，晶体管处于放大状态，基本符合实验要求。 输入特性曲线： 将c极滑动变阻器调为0时，Uce近似与导线并联，约等于0，此时改变基极滑动变阻器可得到不同的Ube与Ib的值。 如图，令Uce=0V，1V，10V（0V操作简单，忘保存图了） 得到的Ube与Ib的值以及关系曲线分别为：
分析： 输入特性曲线描述了在关押将Uce一定的情况下，基极电流Ib与发射结压降Ube之间的函数关系。Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上时两个二极管并联的正向特性曲线。Uce>1时，Ucb=Uce-Ube>0，集电结进入反偏状态，开始Uce>1V 收集载流子，且基区复合减少，特性曲线将向右稍微移动一点，Ic/Ib增大，但Uce再增加时，曲线右移很不明显。 输出特性曲线： 将基极限流电阻调至很大（例如1M欧）时，基极电流Ib很小，近似约等于0。 令Ib分别=0uA,20uA,40uA,10mA：
如何理解晶体管的三种基本特性 电子线路中晶体三极管是一个核心知识点，对三极管的认识程度直接影响对电路的理解和应用。而对一个初学者来说，晶体三极管的基本特性又是一个学习的难点，因为三极管的工作原理十分复杂，涉及半导体微观层面的诸多概念与因素。如何有效地理解三极管的基本工作原理，是电子线路入门的一个必须解决的问题。 替换理解是对复杂整体认识的一个有效方法。所谓替换理解，是指用我们熟知的现象去理解我们难以根本认识的内容。例如光在镜面上的反射是一个十分复杂的问题，而且我们很难从微观的角度来认识它，牛顿则将光想象成由若干弹性小球组成，并将这些弹性小球叫做“光子”，于是光的反射就可以理解为弹性小球撞击到平面后被反弹回去，从而从一个方面解释了光在镜面上的反射。虽然光子并非弹性小球，但这光的反射这个现象中，这样理解却是合理的，这就是替换理解。 一．三极管的水流模型与三端电流的关系 在三极管基本特性的理解中，我们也可以用这样的方式来理解。为了详细地说明这一问题，我们先做一个小装置： 我们先用一根直径大一点的水管，我们把它叫做主管，在它的中央横断地开一个槽，但不要锯断它，并在这个槽中嵌入一块厚度与槽宽相等的闸板，即闸板，如图1所示： 图1 带有闸板的水管（剖面） 这样一来就形成了一个阀：将闸板推进去，阀就关小，推到底后阀就关死了；将闸板拉出来阀就开大，拉得越多就开得越大，全部拉出来后阀就完全打开了。我们将这根水管的上端（入水口）叫做“集电极”，用“C”表示，而将管的下端（出水口）叫做“发射极”，用“E”表示。 下面我们再找一根直径较小的水管，我们且叫它做支管，将它弯曲后焊在主管上，
如图2所示： 图2 增加一根小管（剖面） 显然，从支管也可以注入水，这些水也会从主管的下端流出，如果我们将支管的入口叫做“基极”，用“B ”来表示，应可以得出结论：E 端流出的水是C 端和B 端注入水的总和，如果我们用“I ”来表示水流，即为： B C E I I I += 下面我们再做一点复杂一些装置在上面：我们在支管上做一个水车，如果支管有水流I B 流过，水车就会逆时针旋转。我们再在水车的轴上固定上一根细绳，当水车旋转时就会将细绳缠绕在轴上，同时在细绳的另一头形成拉力。如果将细绳的另一头拴在闸板上，水车的转动就会将闸板拉出来，从而将阀打开。为了保证在没有水时阀是关闭的，可以用两根弹簧将闸板压进管槽内，如图3所示。
2.4 晶体管伏安特性曲线 各极电压与电流之间的关系-------外部特性 各极电压：V BE 、V CB 、V CE ，由于V BE + V CB = V CE ，所以两个是独立的。 各极电流：I E 、I B 、I C 。由于I B + I C = I E ，所以两个是独立的。 一、 共E 输入特性曲线 共E ： 输入：I B 、V BE 。 输出：I C 、V CE 。 共E 输入特性曲线：当V CE 维持不同的定值，输入电流I B 随输入 电压V BE 变化的特性 1() CE B E BE V I f V =定值 V BE 是自变量 I B 是因变量 V CE 是参变量 测试原理图： 是一族曲线，每根都类似二极管的伏安特性曲线。 特点： （1） 当V CE = 0时，两PN 结并联，I B 较大 （2） 当V CE 从0→0.3V 时，曲线右移。 （3） 当V CE >0.3V 后，曲线基本重合（V CE 的 影响很小）， 不完全重合的原因：基区宽度调制效应。 当V CE ↑，集电结空间电荷区宽度↑，基区宽度↓，复合几率↓，I B ↓。 实际影响很小，所以一般只画一根。 （4） 存在发射结正向导通电压V BE(on) ,类似二极管正向导通电压V D(on) 。 即发射结正向导通时，不管I B 多大，V BE = V BE(on) 基本不变（分析外电路时）。 () 0.60.7:(0.60.7)BE on V NPN Si V V PNP ?=?-? 例：如右上图求I B 。 等效电路如右下图 () BB BE on B B V V I R -= （5） 反向特性 V BE <0 (NPN) 发射结反偏，集电结反偏 反向电流 I B =－（I EBO + I CBO ） 很小 I EBO ：发射结反向饱和电流 I C I C I V V V V V BE CE CE CE B =0=0.3V =10V (BR)BEO C BB CC R V V I B B BB BE(o n) R V V
电子管功放中用电子管整流的好处体现在那里 这几年“胆”“石”之争从来就没有停止过。依笔者认为：随着半导体的发明和数码音源的应用，电子管的退出、复出符合事物发展“螺旋式”的客观规律。与晶体管相比，电子管肯定有许多缺点，但是也有许多晶体管所没有的优点。哪怕在今后纯数字功放普及时，电子管这些优点也决定着它不可能马上退出历史舞台。然而，如果我们在使用中不是用批判的眼光去看待电子管的优缺点，或者完全否定，都是违背客观规律的。但是，就在电子管放大器电源的设计上，众说纷纭，有许多偏左或极右的观点，长期以来给众“发烧友”造成困惑。虽然也有过一些有识之士提出过一些批评，但是近两年来这些错误的做法似乎大有发展之势。对此笔者谈谈自己对这个问题的看法，并提出自己的建议。 严格说来，任何音响放大器都是一台能量转换器，因此一个有利于提高音响系统各项指标的、低消耗高可靠性的电源对音响系统来说是相当重要的。在这一点上电子管放大器绝对不符合“绿色环保”的要求，当年笔者开始玩胆机时，笔者的姐夫好奇的一句“你怎么还玩这老古董?又笨重、又耗电，不过音质还不错。”那语气和表情给我留下永恒的记忆。 “笨重、耗电，音质还不错”刚好就是电子管放大器恰如其分的写照。然而“发烧友”们所追求的也就是这不错的音质，但是在新技术一日千里的今天，我们为什么不留下优美的音质而舍弃那“笨重和耗电”呢?当然，现在我们还无法改变电子管本身的缺点，但是在电源电路中我们是可以有所作为的。遗憾的是，近两年来笔者却看到，在电子管电源方面，尤其是在前级放大器电源方面，复古越来越严重。似乎是越古老的技术越好。大家都知道：一个“大能量的、高速度的、无波纹的、零内阻的电源”是我们所追求的理想目标。只要能达到我们的目的你又何必在乎它是用什么做的呢?为此，笔者曾统计了一下％年以来在众多音响期刊上所发表的制作电子管放大器的文章，从中得出表(一)和表(二)的一些数据，感觉在文章中有一些观点和做法容易给“初哥”误导。 误区之一，滤波非电感线圈不可。不管是前级电源还是后级电源，这种做法所占比例非常大，占35．7％以上。由于电感线圈有“通直流、阻交流”的特点，用它来滤波效果确实不错。但是它也是一个非常笨重的耗能大户，它的工作原理是利用“感抗”的阻碍作用把各种高次谐波变成热和电磁波损耗掉。在一些电子管纯后级中，特别是六、七十年代的古董机中，常见到它的身影。那是在滤波电容的容量偏小，而且非常昂贵的情况下，前辈们无可奈何的选择(参看图1)。但是现在，电容的瓶颈作用不存在了，一些“发烧友”和厂家还在用电感，我认为是不足取的。它的缺点非常明显，滤波和稳压的效果完全可以由现在的高质量电容和已经非常成熟的晶体管电源电路所取代。不少的“发烧友”认为用电感听感好、胆味浓，笔者不敢苟同，笔者曾经用过晶体管有源滤波电路和大电感滤波电路进行同一前级的听音对比，听不出音质的差异，只听得出噪声的大小不同。事实上大多数“发烧友”都明白：所谓的胆味主要取决于电子管的特性和电路的设计、调试。之所以还有不少的朋友用电感滤波，也许是一种心理现象吧，而厂家总是要迎合顾客的。 误区二，在后级的影响下，电子管工作时不需要稳压，用RC滤波就可以了。用RC滤波往往是一些对电源不太重视的“发烧友”所为，在使用中效果也还可以。这是因为电子管有着与其它电子元器件不同的供电要求：电子管是靠热电子发射工作的，工作时灯丝要充分预热，否则寿命会大打折扣；它的绝大部分能量消耗在灯丝，灯丝要求工作在低电压、大电流的条件下。除灯丝外，电子管主要工作在高电压小电流的状态下，这对稳压供电来说难度加大，这也就是为什么在胆后级中难寻稳压驱动的机器。不过通过特性曲线可以看到，由于电子管的增益不是很高，电子管的工作点受电源波动影响没有晶体管大。这就是为什么有这么
XJ4810晶体管特性图示仪说明书 晶体管测量仪器是以通用电子测量仪器为技术基础，以半导体器件为测量对象的电子仪器。用它可以测试晶体三极管（NPN型和PNP型）的共发射极、共基极电路的输入特性、输出特性；测试各种反向饱和电流和击穿电压，还可以测量场效管、稳压管、二极管、单结晶体管、可控硅等器件的各种参数。下面以XJ4810型晶体特性图示仪为例介绍晶体管图示仪的使用方法。 图A-23XJ4810型半导体管特性图示仪 7.1XJ4810型晶体管特性图示仪面板功能介绍 XJ4810型晶体管特性图示仪面板如图A-23所示： 1.集电极电源极性按钮，极性可按面板指示选择。 2.集电极峰值电压保险丝：1.5A。 3.峰值电压%：峰值电压可在0～10V、0～50V、0～100V、0～500V之连续可调，面板上的标称值是近似值，参考用。 4.功耗限制电阻：它是串联在被测管的集电极电路中，限制超过功耗，亦可作为被测半导体管集电极的负载电阻。 5.峰值电压范围：分0～10V/5A、0～50V/1A、0～100V/0.5A、0～500V/0.1A四挡。当由低挡改换高挡观察半导体管的特性时，须先将峰值电压调到零值，换挡后再按需要的电压逐渐增加，否则容易击穿被测晶体管。 AC挡的设置专为二极管或其他元件的测试提供双向扫描，以便能同时显示器件正反向的特性曲线。 6.电容平衡：由于集电极电流输出端对地存在各种杂散电容，都将形成电容性电流，因而在电流取样电阻上产生电压降，造成测量误差。为了尽量减小电容性电流，测试前应调节电容平衡，使容性电流减至最小。 7.辅助电容平衡：是针对集电极变压器次级绕组对地电容的不对称，而再次进行电容平衡调节。 8.电源开关及辉度调节：旋钮拉出，接通仪器电源，旋转旋钮可以改变示波管光点亮度。 9.电源指示：接通电源时灯亮。 10.聚焦旋钮：调节旋钮可使光迹最清晰。 11.荧光屏幕：示波管屏幕，外有座标刻度片。 12.辅助聚焦：与聚焦旋钮配合使用。 13.Y轴选择（电流/度）开关：具有22挡四种偏转作用的