三極管的耐壓與hFE之間是什么關(guān)系？
[導(dǎo)讀]簡(jiǎn)介：于三極管的電流增益在正向與反向（也就是將C,E對(duì)調(diào)）的變化通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，觀察到其中的數(shù)據(jù)的分散。對(duì)于三極管的CB，EB的PN的反向擊穿電壓進(jìn)行測(cè)量，他們與電流增益之間的也是沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵詞：hFE，BJT，PN結(jié)，反向擊穿電壓，電流增益01BJT正反特性一、BJT...
簡(jiǎn) 介： 于三極管的電流增益在正向與反向（也就是將C,E對(duì)調(diào)）的變化通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，觀察到其中的數(shù)據(jù)的分散。對(duì)于三極管的CB，EB的PN的反向擊穿電壓進(jìn)行測(cè)量，他們與電流增益之間的也是沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。
關(guān)鍵詞：hFE，BJT，PN結(jié)，反向擊穿電壓，電流增益
01 BJT正反特性
一、BJT正反對(duì)稱(chēng)嗎？從基本結(jié)構(gòu)上，雙極性三極管（Bipolar Junction Transistor），無(wú)論是NPN還是PNP型，關(guān)于基極（base）是對(duì)稱(chēng)。但如果將集電極(collector)，發(fā)射極（emitter）進(jìn)行對(duì)換，三極管的特性參數(shù)會(huì)出現(xiàn)變化，最為突出的參數(shù)是：
-
電流放大倍數(shù)hFE（β）；通常情況下，正向的hFE比起反向（也就是將C,E對(duì)調(diào)）要大；
-
集電極反向擊穿電壓；通常情況下，集電極的反向電壓遠(yuǎn)大于發(fā)射極反向擊穿電壓；
上述不同主要來(lái)自于BJT三極管實(shí)際結(jié)構(gòu)以及制作C,E半導(dǎo)體的工藝不同。
▲ 圖1.1.1 BJT符號(hào)表示與實(shí)際工藝示意圖那么，有一個(gè)問(wèn)題：兩個(gè)方向的電流放大倍數(shù)的差異與反向擊穿電壓的差異有關(guān)系嗎？
如果回答這個(gè)問(wèn)題，只需要從半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論，推導(dǎo)出三極管決定hFE、PN反向擊穿電壓決定參數(shù)便可以得到答案。
當(dāng)然對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，也可以從非專(zhuān)業(yè)角度，直接測(cè)試一批三極管的上述參數(shù)，可以檢查它們之間是否具有相關(guān)聯(lián)性。
二、測(cè)量hFE方法
1、測(cè)量hFE
最簡(jiǎn)單測(cè)量BJT電流放大倍數(shù)就是使用帶有測(cè)量hFE功能的數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量。
根據(jù) How to Measure Gain (β) of a BJT 給出的測(cè)量BTJ電流增益電路圖，搭建測(cè)量電路圖。
（1）測(cè)量NPN型三極管hFE
下圖中參數(shù)設(shè)置：
▲ 圖1.2.1 用于測(cè)試的2N3904測(cè)試結(jié)果三極管的基極被運(yùn)放固定在GND。假設(shè)它的發(fā)射極的電壓為Vb，那么考慮第一個(gè)運(yùn)放，它的正，負(fù)輸入端都為Vb。根據(jù)R3=R5，所以它的輸出電壓與輸入滿(mǎn)足：
那么：
這樣可以計(jì)算出的大?。?span>
上式化簡(jiǎn)過(guò)程使用到
第二個(gè)運(yùn)放輸出：。綜上，可以獲得待測(cè)三極管的電流增益為：
（2）測(cè)量PNP型三極管hFE
測(cè)量PNP型BJT三極管的hFE，只要將上面的V 修改成負(fù)電壓就可以了。
2、搭建測(cè)試電路
（1）搭建測(cè)試電路
在面包板上搭建測(cè)量電路，其中的雙運(yùn)放使用 LM358[1] 構(gòu)成。電路的工作電壓為±9V。
▲ 圖1.2.2 在面包板上搭建的測(cè)量電路
（2）測(cè)試三極管
選擇一個(gè)NPN三極管2N3904進(jìn)行測(cè)試。使用 晶體管測(cè)試助手[2] 測(cè)量它的基本參數(shù)為。
▲ 圖1.2.3 用于測(cè)試的三極管基本參數(shù)
（3）測(cè)試數(shù)據(jù)
為了獲得與上述晶體管助手測(cè)量的結(jié)果可比性，選取，這樣三極管的。
測(cè)量得到。可以計(jì)算出三極管的hFE參數(shù)：
（4）測(cè)試三極管反向hFE
如果還是維持測(cè)量電路工作電壓為±9V，會(huì)出現(xiàn)Vb電壓為負(fù)值，考慮到這種情況是三極管2N3904在方向后，也就是將C，E對(duì)調(diào)，B-E PN結(jié)反向擊穿，造成的結(jié)果，將LM358的工作電壓降低到±6V，這種現(xiàn)象笑出了。
● 測(cè)試條件：
Va：0.2V
Vb：2.942
根據(jù)上述條件計(jì)算出2N3904的反向電流放大倍數(shù)：
通過(guò)上述測(cè)量結(jié)果，可以看到，對(duì)于2N3904正向與反向的電流增益相差：倍。
三、測(cè)量反向擊穿電壓
1、測(cè)量方法
測(cè)量三極管的PN結(jié)反向擊穿電壓使用 希瑪 AR907C絕緣電阻測(cè)試儀基本實(shí)驗(yàn)[3] 的高壓測(cè)量特性來(lái)測(cè)量。
▲ 圖1.3.1 利用AR907C 數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量器件的擊穿電壓
2、測(cè)量結(jié)果
利用上面測(cè)量方法，測(cè)量2N3904的PN結(jié)反向擊穿電壓。
● PN結(jié)反向擊穿電壓：
E-B PN結(jié)：9.84V
C-B PN結(jié)：108.7V
通過(guò)上述測(cè)量結(jié)果來(lái)看，2N3904 的EB，CB的PN結(jié)反向擊穿電壓相差倍左右。
初步來(lái)看，一個(gè)三極管的正向，反向的電流增益相差結(jié)果與CB，EB PN結(jié)反向擊穿電壓之間并沒(méi)有數(shù)值上的直接關(guān)系。不過(guò)可以通過(guò)若干種不同的三極管上述數(shù)值關(guān)系來(lái)測(cè)量其中存在的關(guān)系。
02 測(cè)試數(shù)據(jù)
一、測(cè)試一組BJT數(shù)據(jù)
選擇手邊的24鐘三級(jí)豐潤(rùn)樣品，分別測(cè)試它們對(duì)應(yīng)的正向與反向的電流增益，CB-EB的PN結(jié)反向擊穿電壓。
▲ 圖2.1.1 用于實(shí)驗(yàn)的三極管
1、測(cè)試方法
通過(guò)以下步驟對(duì)于每個(gè)三極管進(jìn)行測(cè)試。
-
使用晶體管特性模塊測(cè)量三極管的管腳分布以及電流增益；
-
使用上面搭建面包板上的三極管測(cè)量電路elder三極管的正向與反向電流增益；
-
使用絕緣電阻測(cè)試表測(cè)量三極管的CB，EB反向擊穿電壓數(shù)值；
然后對(duì)于結(jié)果在進(jìn)行分析。
2、測(cè)量結(jié)果
晶體管
型號(hào)
電流
增益
管腳
分布
正向
電流增益
反向
電流增益
EB擊
穿電壓
CB擊
穿電壓
9012
57
PNP-ebc
406
23.98
11.03
70.4
9013
266
PNP-ebc
266
162
9.05
112.1
9014
366
NPN-ebc
394
7.45
9.84
186.1
9015
355
PNP-ebc
378
16.83
11.58
104.9
8050
256
NPN-ebc
260
51.5
9.03
126.6
8550
342
PNP-ebc
387
81
11.66
67.1
2222
254
NPN-ebc
233
33.47
8.17
151.2
3904
190
NPN-ebc
195
5.25
10.72
155.8
3906
192
PNP-ebc
181
8.5
11.13
100.0
A1015
369
PNP-ecb
407.5
16.1
11.53
108.4
C1815
375
NPN-ecb
383
6.81
9.81
192.1
C945
365
NPN-ecb
374
6.8
9.88
182.2
5401
181
PNP-ebc
186
3.62
10.96
214.2
5551
161
NPN-ebc
164
3.23
9.75
374.2
BC327
316
PNP-cbe
340
50.5
11.1
74.1
BC337
207
NPN-cbe
210
52.4
8.01
125.7
BC517
29.8k
NPN-cbe
17.71
155.1
BC547
315
NPN-cbe
324
6.13
11.05
165.5
BC548
380
NPN-cbe
383
11.2
8.52
134.1
BC549
360
NPN-cbe
335
5.84
10.93
173.9
BC550
376
NPN-cbe
348
7.2
11.01
157.2
BC556
370
PNP-cbe
409
17
11.02
99.1
BC557
323
PNP-cbe
334
8.63
9.37
113.2
BC558
427
PNP-cbe
348
6.32
8.39
76.7
自己觀察上面表格測(cè)量的數(shù)據(jù)，可以看到三極管的hFE的正向與反向的變化并沒(méi)有太大的規(guī)律。而對(duì)應(yīng)的CB，EB的PN的反向擊穿電壓則大體處在相同的數(shù)值。
二、測(cè)量Ie與hFE關(guān)系
在 三極管hFE參數(shù)隨著Ic，Vc的變化情況[4] 測(cè)試了BJT的hFE隨著Ic之間的關(guān)系。下面對(duì)于前面測(cè)量的三極管測(cè)量不同Ie下對(duì)應(yīng)的hFE。
1、測(cè)量9013
使用DP1038數(shù)控DC電源設(shè)置Va，測(cè)量不同設(shè)置電壓下對(duì)應(yīng)的hFE。
下面是第一次測(cè)量，看到對(duì)于電流非常小的情況下，對(duì)應(yīng)的hFE非常大，這一點(diǎn)與常見(jiàn)到的BJT在小電流下對(duì)應(yīng)的hFE較小矛盾，所以猜測(cè)這是由于電路的零偏造成的誤差。
▲ 圖2.2.1 測(cè)量9013不同的Ie下對(duì)應(yīng)的hFE下圖顯示了設(shè)置電壓從0.5 變化到10V對(duì)應(yīng)的hFE的情況。對(duì)于電壓超過(guò)7V左右，hFE呈現(xiàn)線性上升，這一點(diǎn)可有是由于LM358工作電壓在±9V所引起的輸出飽和引起的。
▲ 圖2.2.2 測(cè)量9013不同的Ie下對(duì)應(yīng)的hFE下面將LM358的工作電壓修改到±12V，重新測(cè)量輸入電壓在1 ~ 10V的對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。
▲ 圖2.2.3 測(cè)量9013不同的Ie下對(duì)應(yīng)的hFE
2、測(cè)量8050
▲ 圖2.2.4 對(duì)于不同的Ie下晶體管hFE的數(shù)值
3、測(cè)量2222
▲ 圖2.2.5 對(duì)于不同Ie晶體管的hFE
4、測(cè)量BC549
▲ 圖2.2.6 不同Ie下晶體管hFE
※ 測(cè)量總結(jié) ※
關(guān)于三極管的電流增益在正向與反向（也就是將C,E對(duì)調(diào)）的變化通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，觀察到其中的數(shù)據(jù)的分散。對(duì)于三極管的CB，EB的PN的反向擊穿電壓進(jìn)行測(cè)量，他們與電流增益之間的也是沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。
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