三極管的特性曲線是指三極管各極上的電壓和電流之間的關(guān)系曲線，是三極管內(nèi)部性能的外部表現(xiàn)。從使用三極管的角度來(lái)說(shuō)，了解它的特性曲線是重要的。由于三極管有兩個(gè)pn結(jié)，因此它的特性曲線不像二極管那樣簡(jiǎn)單。最常用的有輸入特性和輸出特性曲線兩種，在實(shí)際應(yīng)用中，通常利用晶體管特性圖示儀直接觀察，也可用圖1的電路進(jìn)行測(cè)試逐點(diǎn)描繪。
（一） 輸入特性曲線
輸入特性是指，當(dāng)三極管的集電極與發(fā)射極之間電壓uce保持為某一固定值時(shí)，加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓ube與基極電流ib之間的關(guān)系。
以3dg130c為例，按圖1實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試。當(dāng)uce分別固定在0和1伏兩種情況下，調(diào)整rp1測(cè)得的ib和ube的值，列于表1。它的輸入特性曲線，如圖2所示。為了說(shuō)明輸入特性，圖中畫(huà)出兩種曲線，表示uce不同的兩種情況。但兩條線不會(huì)同時(shí)存在。
圖1 晶體三極管輸入、輸出特性實(shí)驗(yàn)電路 圖2 晶體三極管輸入特性曲線
表1 三極管輸入特性數(shù)據(jù)
1. 當(dāng)uce＝0伏時(shí)，也就是將三極管的集電極與發(fā)射極短接，如圖3所示，相當(dāng)于正向接法的兩個(gè)并聯(lián)二極管。圖2中曲線a的形狀跟二極管的正向伏安特性曲線非常相似， ib和ube也是非線性關(guān)系。
2. 當(dāng)uce＝1伏時(shí)，集電結(jié)反偏，產(chǎn)生集電極電流ic，在相同的ube條件下，基極電流ib就要減小。（圖2中a點(diǎn)降到b點(diǎn)），因此曲線b相對(duì)曲線a右移一段距離?？梢?jiàn)， uce對(duì)ib有一定影響。當(dāng)uce＞1伏以后， ib與uce幾乎無(wú)關(guān)，其特性曲線和uce＝1伏那條曲線非常接近，通常按uce＝1伏的輸出特性曲線分析。
圖3 uce＝0時(shí)的等效電路 圖4 3ax52b的輸入特性曲線
圖4是3ax52b鍺三極管的輸入特性，注意橫坐標(biāo)是－ube，這是指pnp型鍺管的基極電位低于發(fā)射極電位。可見(jiàn)，鍺管和硅管它們的輸入特性曲線都是非線性的，都有“死區(qū)”，鍺管和硅管相比，鍺管在較小的ube值下，就可使發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通。當(dāng)三極管在正常放大狀態(tài)時(shí)，以發(fā)射極作為公共端，則npn型硅管ube約為0.7伏， pnp鍺管ube約為－0.3伏。
（二） 輸出特性曲線
輸出特性是指，當(dāng)三極管基極電流ib一定時(shí)，三極管的集電極電流ic與集電極電壓uce之間的關(guān)系。
以3dg130c為例，仍用圖1所示電路測(cè)試。當(dāng)基極電流固定在某一值時(shí)調(diào)整rp2的阻值，可以測(cè)量若干組uce與ic的值，將它們逐點(diǎn)描繪，就得到它們的關(guān)系曲線。表2所列ib＝0.30毫安時(shí)一組uce與ic的值，描繪的曲線如圖5所示。如果分別在不同的ib時(shí)，測(cè)出相應(yīng)的ic與uce的值，就可描繪出三極管的輸出特性曲線，如圖6所示。
表2 ib＝0.30毫安時(shí)uce與ic數(shù)據(jù)
圖5 ib＝0.30毫安時(shí)輸出特性曲線 圖6 晶體三極管的輸出特性曲線簇
從輸出特性曲線簇上可以看到，每條曲線都有上升彎曲和平行部分，各條曲線的上升部分很陡，幾乎重合在一起，而平行部分按ib的值從小到大，由下向上排列，反映了三極管不同的工作狀態(tài)。
我們知道三極管具有電流放大作用，但這種放大作用并不是在任何情況下都能實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)三極管各極上電壓和電流發(fā)生變化時(shí)，它的工作狀態(tài)就不同。三極管有截止、飽和、放大三種工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)這三種工作狀態(tài)，可把三極管的輸出特性曲線簇分為三個(gè)區(qū)域。
1. 截止區(qū)即ib＝0這根曲線以下的陰影部分。三極管截止的條件是，集電結(jié)與發(fā)射結(jié)都處于反向偏置狀態(tài)。從圖中我們看到，當(dāng)ib＝0時(shí)， ic≠0，此時(shí)的ic叫穿電流iceo，而且iceo很小，它不受基極控制，與放大無(wú)關(guān)。因此截止?fàn)顟B(tài)的特征是ib≤0， ic≈0， uce≈ugb2，相當(dāng)于集電結(jié)－發(fā)射結(jié)之間斷開(kāi)，三極管失去放大作用。
2. 飽和區(qū)即曲線左側(cè)的陰影區(qū)，包括曲線的上升和彎曲部分。三極管飽和的條件是，集電結(jié)與發(fā)射結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。飽和的特征是， uce很低（即uce≤ube）ic不受ib控制，相當(dāng)于集電結(jié)－發(fā)射結(jié)之間短路接通，三極管也失去放大作用。
當(dāng)uce＜ube時(shí)，稱為深度飽和。由于集電結(jié)正偏，其內(nèi)電場(chǎng)很弱，對(duì)到達(dá)基區(qū)的電子吸引力不大，這時(shí)即使增大ib， ic也幾乎不增大，此時(shí)各線靠攏，表示ic不受ib影響。而ic受uce影響很大， uce稍有增大，從基區(qū)到集電區(qū)的電子也增加，因此ic隨uce增大而增大，這就是曲線的上升部分。當(dāng)uce＝ube時(shí)，集電結(jié)處于零偏置，各曲線在這時(shí)開(kāi)始彎曲，稱為臨界飽和。
飽和時(shí)的集電極電流，由外電路參數(shù)ugb2和rc決定。飽和狀態(tài)時(shí)的uce叫飽和壓降uces，晶體管手冊(cè)上一般列出在某個(gè)條件下的飽和壓降uces，如3dg130c在ic＝300毫安時(shí)， uces≤0.8伏。一般npn型小功率硅管的uces取0.3伏（對(duì)pnp鍺管?。?.1伏），大功率硅管在大電流工作時(shí)， uces將大于1伏。有關(guān)三極管飽和與截止?fàn)顟B(tài)的運(yùn)用，我們?cè)诤竺娴臄?shù)字電路中還要討論。
3. 放大區(qū)指飽和區(qū)和截止區(qū)所夾的中間部分，特性曲線是一組間距近似相等的平行直線簇。三極管放大的條件是，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。當(dāng)uce大于某一數(shù)值（約1伏）后，集電結(jié)電場(chǎng)已足夠強(qiáng)，使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子絕大部分到達(dá)集電區(qū)。因此，在放大區(qū)，當(dāng)ib一定時(shí)， ic基本不隨uce變化，即ic與uce基本無(wú)關(guān)，這稱為三極管的恒流特性。ic主要由ib控制， ib每增加一定數(shù)量，特性曲線就向上移一次， ic的變化比ib的變化大得多，即δic＝βδib，這正是三極管的放大作用。利用輸出特性曲線，只要知道三極管的ib、 ic、 uce三個(gè)數(shù)值中的兩個(gè)，就能很方便確定另一個(gè)數(shù)值。若以實(shí)際工作時(shí)的uce作垂線，就能算出基極電流變化值為δib時(shí)，集電極電流的變化值δic，從而計(jì)算出三極管電流放大系數(shù)β。曲線越平坦，間距越均勻，表明三極管的放大線性越好，顯然，在相同的δib下， δic越大β值越高。
圖2-15是鍺三極管3ax52b的共發(fā)射極接法時(shí)的輸出特性。與硅管相比，它的飽和壓降較小，且ib＝0的一條曲線上移了。此外由于電源極性不同，橫坐標(biāo)為－uce。 圖7 3ax52b的輸出特性曲線簇
由于pn結(jié)流過(guò)的電流是有一定限制的，正反向電流過(guò)大將使pn結(jié)過(guò)熱燒毀，所以為了安全使用三極管，在輸出特性曲線簇上還有一些限制區(qū)域，如圖2-14中，虛線右邊為集電極最大允許功率限制區(qū)。三極管不能在這個(gè)區(qū)域工作。
綜上所述，利用輸入、輸出特性曲線，我們可以了解某只三極管容許的工作范圍，計(jì)算電流放大系數(shù)及工作中有關(guān)電壓電流值，正確確定該管工作狀態(tài)。在實(shí)際中，還可按表3所列數(shù)據(jù)測(cè)量三極管各極之間電壓來(lái)判別三極管工作狀態(tài)。
表3 npn型三極管的電壓典型數(shù)據(jù)
注：對(duì)pnp型電壓極性應(yīng)相反。電壓?jiǎn)挝?，伏?br>