深入理解三极管的输出特性曲线

以上共射输出特性曲线(IC-UCE曲线)摘自Fairchild SS8050手册，为了便于理解，添加了一些描述信息。不少人看到以上三极管输出特性曲线都会一脸蒙圈，不管怎么看都是别别扭扭的，但是又说不出来哪里别扭。本文直接引用三极管的一些基本知识，具体请参考上一篇文章《三极管原理详解》。要理解以上输出特性曲线，首先说一下什么是截止、饱和、放大。

1、截止

当发射结小于开启电压，集电结反偏，此时Ib和Ic几乎都为零，集电结反向偏置再强也没用，此时Ube太小，发射区不能发送电子到基区，或者发送很少电子到基区，也就是不能形成明显集电极电流。

2、放大

发射结正向偏置且大于开启电压，集电结反向偏置，此时Ube足够大，能够把大量电子发送到基区，集电结反向偏置能够把大量基区电子吸入集电区，形成明显集电极电流。放大状态下Ib和Ic呈现固定比例关系，如特性曲线所示，具体原理请参考上一篇文章《三极管原理详解》。

3、饱和

截止和放大都好理解，一提到饱和好多人就蒙圈了，什么是饱和?我们一般理解饱和是这样的，Ib增大到一定程度后，Ic不按照固定比例增大，增大程度减小，或者说不增大，就是饱和，这时候Ic不再受Ib控制，三极管失去了电流放大能力。

4、共射特性曲线解读

特性曲线中有三个参数，Ib、Ic、Uce，为了便于理解，我们假设某个参数为定值，进行电路分析。

1)假定Ib一定的情况下，人为控制Uce，使Uce逐渐减小或者增大，这里以逐渐减小为例进行分析。

Ib不变，那么Ube基本不变，发射区发送到基区的电子数量基本不变，如果Ucb的反偏电场强度大，那么收集电子的能力就强，几乎所有基区电子都被收集，“有多少吃多少”，这时Ic电流主要取决于发射区送入基区的电子数量，Ib和Ic呈固定比例关系，即，处于放大区。随着Uce逐渐减小，Ucb也逐渐显小，集电结的收集电子能力减弱，发射区送过来的电子不能全部“吃下”，导致Ic减小。当Uce电压等于Ube的时候Ucb电压为0，集电结处于临界饱和状态。随着Uce进一步减小，集电结开始正向偏置，三极管饱和失去放大能力。说的通俗点，集电结就像个“桥”，处于放大状态时，桥上的车辆通行顺畅，随着Uce减小，这个桥变窄了，车流量不变(Ib、Ube不变)的情况下，桥上必然拥堵不堪，通行能力下降(Ic减小)。此时就算增大车流量(Ib、Ube增大)也于事无补，通行能力还是不能提高(Ic不变)。

下图中电路工作点从A位置沿着Ib=1.5mA曲线移动到B位置，刚开始Ic和Ib保持固定的比例关系，即图片中的蓝色箭头位置，和Uce基本不相关。随着Uce的进一步减小，Ic逐渐减小，如红色箭头位置，Ib不变，Ib和Ic的固定比例关系遭到破坏，三极管逐渐趋于饱和。

可以通过以下电路验证：

2)Uce一定的情况下，人为控制Ib，使Ib逐渐增大或者减小，这里以逐渐增大为例进行分析。

随着Ib逐渐增大，Ube同样增大，越来越多的电子从发射区进入基区，如果集电结能够全部吃下这些电子，说明此时处于放大区，Ic取决于Ib(图中的A工作点)。随着Ib进一步增大，集电区发送到基区的电子越来越多，但Uce不变，Ucb反偏电压减小，集电结收集电子能力下降。基区电子增多，收集能力下降，慢慢地集电结开始对基区的电子有点力不从心了，集电结不能使所有电子进入集电区，慢慢进入饱和，Ib和Ic固定比例关系被破坏，随着Ib增大，Ic增长放缓，直至不在增长。

Δ1、Δ2、Δ3几乎相等，Ib和Ic呈固定比例关系。

Δ4明显偏小，说明集电结“力不从心”，Ic增长放缓，快饱和了。

可以通过以下电路验证：

3)下面以常见的共射放大电路，进一步介绍特性曲线

以上是常见的共射放大电路，电路中的Ib和Ic、Uce都不是固定不变的。工作点在特性曲线呈现出来的是一条倾斜的轨迹。如下电路，此时工作点在A点，随着基极电流逐渐增大，Ic也成比例增大，因为集电极和射极电阻的存在，Ic增大，导致Uce减小。所以随着Ib增大，工作点在特性曲线上是一个向左上倾斜的轨迹，逐渐走向饱和。