实验十六、测量晶体管的穿透电流

文章介绍了用于测试NPN型晶体管穿透电流的电路设计,该电路采用了电压并联负反馈原理,通过集成运放和电阻测量晶体管的ICEO。在Multisim环境下进行了仿真,选择了不同型号的晶体管进行测试,并提供了测试结果数据。

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一、题目

测试 NPN 型晶体管穿透电流的电路图如图1所示。
(1)电路中引入了哪种反馈?测试晶体管穿透电流的原理是什么?
(2)选择合适的 RRR,在 Multisim 环境下测试四种型号晶体管的穿透电流。
在这里插入图片描述图1  测量穿透电流电路图1\,\,测量穿透电流电路1测量穿透电流电路

二、原理分析及仿真电路

(1)电路中引入了电压并联负反馈。若集成运放为理想运放,则 RRR 的电流等于 TTT 的穿透电流 ICEOI_{CEO}ICEO,因此输出电压 Uo=−ICEORU_o=-I_{CEO}RUo=ICEOR
但是,由于实际集成运放的输入电阻不是无穷大,失调因素不为零;又由于基极开路时,晶体管 c - e 间电阻很大,而为了使输出电压不至于太小,RRR 的取值也不能太小,故选择高阻型、高精度的集成运放,会使测试数据准确些。而且需要测得 RRR 两端的电位,来求得 ICEOI_{CEO}ICEO,即ICEO=UN−UoRI_{CEO}=\frac{U_N-U_o}{R}ICEO=RUNUo(2)测试电路如图2所示(注意运算放大器需要供电)。

在这里插入图片描述图2  仿真电路图2\,\,仿真电路2仿真电路

三、仿真数据及结果

测量的四种型号的晶体管的数据如表1所示。其中 BC177AP 为 PNP 型管,其余三个为 NPN 型管。表1  晶体管穿透电流测试结果表1\,\,晶体管穿透电流测试结果1晶体管穿透电流测试结果

型号2N2222A2SC2001MPS2924BC177AP
UNU_NUN/mV2.9962.9962.9962.996
UoU_oUo/mV2.9492.9622.9742.984
ICEOI_{CEO}ICEO/nA0.470.340.220.12
### 关于晶体管输出特性曲线的信息 晶体管的输出特性曲线描述了其工作状态下的电压和电流关系,通常用于分析放大器或其他电路中的性能表现。以下是关于晶体管输出特性曲线的关键点: #### NPN 和 PNP 型晶体管的输出特性曲线 NPN型三极管和PNP型三极管的输出特性曲线具有对称性,二者仅在电压和电流的方向上有所不同[^1]。具体来说: - **NPN型晶体管**:当基极电流 \(I_B\) 给定时,集电极电流 \(I_C\) 随着集电极-发射极间电压 \(V_{CE}\) 的变化而改变。 - **PNP型晶体管**:与NPN型类似,但电流方向相反。 这两种类型的晶体管可以通过其导通电压的不同来区分,其中PNP型的导通电压一般较低[^1]。 #### 测量方法 测量晶体管的输出特性曲线通常是通过实验完成的。例如,在实验室环境中,可以使用万用表或专用仪器记录不同偏置条件下的电压和电流数据[^3]。以常见的9013型号为例,这是一种典型的NPN型晶体管,其直流电流增益范围大约为60至200倍[^3]。 #### 温度影响 温度的变化会对晶体管的参数产生显著影响,尤其是穿透电流 \(I_{CBO}\)[^2]。随着温度升高,\(I_{CBO}\) 会增加,这可能导致静态功耗增大以及放大器失真等问题。因此,在实际应用中,必须考虑温度补偿措施以保持电路稳定运行[^2]。 ```python import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 示例代码绘制简单的NPN晶体管输出特性曲线 IB_values = [1e-6, 2e-6, 3e-6] # 不同的基极电流值 (A) beta = 100 # 放大系数 β Vce = np.linspace(0, 5, 100) # Vce 范围从 0 到 5V for IB in IB_values: IC = beta * IB # 计算对应的IC plt.plot(Vce, IC, label=f'Ib={IB*1e6:.1f} μA') plt.title('NPN Transistor Output Characteristics') plt.xlabel('Collector-Emitter Voltage $V_{CE}$ (V)') plt.ylabel('Collector Current $I_C$ (A)') plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ``` 此代码片段展示了如何基于理论模型生成一条简化版的NPN晶体管输出特性曲线图。
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