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。

妖兽喽

5487人浏览 · 2023-11-23 10:30:45

妖兽喽 · 2023-11-23 10:30:45 发布

温度对晶体管特性及参数的影响

温度对 $I\tiny CBO$ 的影响
温度对输入特性的影响
温度对输出特性的影响

温度对 $I\tiny CBO$ 的影响

因为 $I\tiny CBO$ 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 $I\tiny CBO$ 增大。可以证明，温度每升高10℃， $I\tiny CBO$ 增加约一倍。反之，当温度降低时， $I\tiny CBO$ 减小。
由于硅管的 $I\tiny CBO$ 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 ${I\tiny CEO}=(1+{\={\beta}})I\tiny CBO$ ，所以温度变化时， ${I\tiny CEO}$ 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。
温度对晶体管输入特性的影响
$|{\large u\tiny BE}|$ 具有负温度系数，当温度变化1℃时， $|{\large u\tiny BE}|$ 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 ${\large u\tiny BE}$ 不变，则当温度升高时 ${i\tiny B}$ 将增大，反之 ${i\tiny B}$ 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。
温度对晶体管输出特性的影响

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 ${I\tiny B1}$ 、 ${I\tiny B2}$ 、 ${I\tiny B3}$ 分别等于 ${I'\tiny B1}$ 、 ${I'\tiny B2}$ 、 ${I'\tiny B3}$ 。当温度从20℃升高至60℃时，集电结电流的变化量 ${\Delta}{i'\tiny C}>{\Delta}{i\tiny C}$ ，说明温度升高时 $\beta$ 增大。
可见温度升高时，由于 $I\tiny CEO$ 、 $\beta$ 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 $U\tiny on$ 均为0.5V。试说明各管子的工作状态。

晶体管	$T\tiny 1$	$T\tiny 2$	$T\tiny 3$	$T\tiny 4$
基极直流电位 ${U\tiny B}/V$	0.7	1	-1	0
发射极直流电位 ${U\tiny E}/V$	0	0.3	-1.7	0
集电极直流电位 ${U\tiny C}/V$	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 ${\large u\tiny BE}<U\tiny on$ 时，管子截止；
当 ${\large u\tiny BE}＞U\tiny on$ 且管压降 ${\large u\tiny CE}≥{\large u\tiny BE}$ (或 ${\large u\tiny C}≥{\large u\tiny B}$ )时，管子处于放大状态；
当 ${\large u\tiny BE}＞U\tiny on$ 且管压降 ${\large u\tiny CE}＜{\large u\tiny BE}$ (或 ${\large u\tiny C}＜{\large u\tiny B}$ )时，管子处于饱和状态。
硅管的 $U\tiny on$ 约为0.5V，锗管的 $U\tiny on$ 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，
$T\tiny 1$ 处于放大状态，因为 ${U\tiny BE}=0.7V$ 且 ${U\tiny CE}=5V$ ， ${U\tiny CE}>{U\tiny BE}$ 。
$T\tiny 2$ 处于饱和状态，因为 ${U\tiny BE}=0.7V$ ，且 ${U\tiny CE}={U\tiny C}-{U\tiny E}=0.4V$ ， ${U\tiny CE}<{U\tiny BE}$ 。
$T\tiny 3$ 处于放大状态，因为 ${U\tiny BE}={U\tiny B}-{U\tiny E}=0.7V$ ，且 ${U\tiny CE}={U\tiny C}-{U\tiny E}=1.7V$ ， ${U\tiny CE}>{U\tiny BE}$ 。
$T\tiny 4$ 处于截止状态，因为 ${U\tiny BE}=0V<{U\tiny on}$ 。

晶体管	$T\tiny 1$	$T\tiny 2$	$T\tiny 3$	$T\tiny 4$
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	$T\tiny 1$	$T\tiny 2$	$T\tiny 3$
${I\tiny CBO}/uA$	0.01	0.1	0.05
${U\tiny CEO}/V$	50	50	20
$\beta$	15	100	100

解：
$T\tiny 1$ 管虽然 ${I\tiny CBO}$ 很小，即温度稳定性好，但 $\beta$ 很小，放大能力差，故不宜选用。
$T\tiny 3$ 管虽然 ${I\tiny CBO}$ 较小且 $\beta$ 较大，但因 ${U\tiny CEO}$ 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。
$T\tiny 2$ 管的 ${I\tiny CBO}$ 较小， $\beta$ 较大，且 ${U\tiny CEO}$ 大于电源电压，所以 $T\tiny 2$ 最适合。

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