晶体管参数在实际使用中的意义Word文件下载.docx

1、由此电参数的特性可知，当晶体管在工作中出现击穿状态，将是非常危险的。因此，在设计中，都给晶体管工作时的电压范围，留有足够的余量。实际上，当晶体管长期工作在较高电压时（晶体管实测值的60%以上），其晶体管的可靠性将会出现数量级的下降。有兴趣的可以参考电子元器件降额准则。许多公司在对来料进行入库检验时发现，一些品种的反向击穿电压实测值要比规格书上所标的要大出许多。这是怎么回事呢？晶体管在生产制造过程中，与一些我们常见的生产完全不一样。在晶体管的生产过程中，可以分成二大块：芯片制造和封装。在工程分类中，习惯把芯片制造统称为“前道”，而把封装行业统称为“后道”。在前道生产中，从投料开始选原材料，到芯片

2、出厂，一切控制数据，给出的都是范围。芯片在正常生产时，投料的最小单位是“编号批”，每批为24或25片4英寸到8英寸直径的园片。就以4寸片为例，每片可出合格的晶体管只数少则上千，多则可近10万。在实际生产中，最小生产单位是“扩散批”，一个扩散批所投的园片从150片到250片之间。可以想象出，在芯片的前道生产中，每次投料，对以单只来计算的晶体管而言，是一个什么样的数量概念。不说别的，要让一个扩散批所有的材料，具有相同的电特性（这里，也可以说是硅片的电阻率），是不可能的。加上硅片中，不可避免的会有一些固有的缺陷（半导体晶格的层错和位错），使得在几乎相同环境中生产出的同一品种的晶体管，不可能具有完全相

3、同的电特性。这样只能给出一个大家都能接受的范围，这就是产品规格书。为了提高生产效率，现在许多芯片厂都把芯片的“免测率”作为生产线工序能力的一项重要考核指标。所谓的“免测”，是指产品的参数靠设计、工序控制来达到，加工结束后，通过抽测部分相关点的参数，来判断此片的质量情况。当此片的抽测合格率在96%以上时，就把此片芯片列入“免测片”。要使晶体管芯片达到免测试，就必须对其中的一些参数进行“余量放大”。而晶体管的反向击穿电压就是重点之一。为了提高晶体管的反射击穿电压，芯片投料时，就会对材料进行优化，优化的考虑是在最差的工艺加工情况下，所生产出的晶体管反向击穿电压也要比规格书高1020%，而在生产控制时

4、，为了达到生产工艺设计时的指标，又会考虑在最差的情况下，使产品能够达到设计要求，这样，就使已经被放大过一次的指标再次被大1020%。这样，就使原来只要求反向击穿电压达到2030V的晶体管，在实测时，部分就能达到60V以上，甚至更高。这就是为什么有时一些晶体管的反向击穿电压实测值会远大于规格书的原因。尽管一些晶体管的反向击穿电压值远大于规格书，那么，是否就可以以实测值来作为使用的依据呢？回答是否定的。这是因为，所有的晶体管测试程序，都是以规格书上所提供的参数范围，来作为差别晶体管合格与否的标准。对反向击穿电压而言，只要比规格书上所规定的值大，就判为合格。如果你测量到的反向击穿电压要远高于规格书，

5、不要以为供应商以后发给你的货，都是具有与此相同的电压特性，供应商所提供的商品，永远只会承诺以规格书为准，也只能是以规格书为准提供商品。规格书上所承诺的，是实际的，而其它，都是虚的。因此，建议在设计选型时，一定要以规格书为准，并留下足够的余量，而不是以实物的测试值为准。在一些高反压晶体管的规格书上，有些反向击穿电压以BVcer和BVcbr来表述。此种表述的含义是：BVcer基极与发射极之间，接有一只K量纲的电阻，其它测试原理、测试条件与BVceo相同。同样，BVcbr在测试晶体管的C-B结的反向击穿电压时，其晶体管的发射极不是悬空，而是通过一只K量纲的电阻接到“零电位”。晶体管的反向击穿电压高低

6、的排列是：BVcboBVcbrBVcerBVceo。2、晶体管的最大集电极电流Icm晶体管的最大集电极电流 Icm晶体管处于共发射极工作时，集电极发射极之间的电压为一定值，增加晶体管的Ic，随着Ic的增加，晶体管的放大会减小。当晶体管的放大降到是正常时（测试条件）的一半时，此时的Ic就称为Icm。决定了晶体管正常工作的电流范围。此电参数与放大有关。从放大（此处所说的放大是指晶体管在共发射极电路时的Hfe。在没有特别说明时，都是指此）的公式上可知：Ic=Iceo+*Ib（Vce=常数）Iceo晶体管的漏电流，又称穿透电流晶体管在通电后，总有漏电流（Iceo）的存在。而且Iceo与温度强相关。因此

7、，此参数也与温度强相关。双极型晶体管是电流控制器件。在设计时，对此项参数的考虑要点是必须考虑晶体管的工作环境温度。随着温度升高，放大升高，使晶体管的Ic增大，当进入恶性循环后，晶体管会很快失效。在设计时，整机中Ic的实测值，不要超过规格书所标的60%。如果超过此值，同样会使晶体管的可靠性出现数量级的下降。对此可以从硅材料的导电特性（趋边效应）中，找到答案。3、集电极最大耗散功率Pcm晶体管工作时，施加在集电极发射极之间的电压和流过该晶体管集电极电流的乘积，即为此晶体管的集电极耗散功率。所谓集电极最大耗散功率Pcm则是考虑到晶体管的热阻、最高结温等综合因素，以文字形式，规定的值，此数值由规格书提

8、供。晶体管的Pcm除了与芯片面积有关外，还与封装形式有关。一般情况下，封装为TO-92的，Pcm650mW，封装为TO-126的，Pcm1.25W，封装为TO-220的，Pcm2W。当芯片采用TO-220的封装时，基本就与芯片面积无关了。需要说明的是，在这里的说的Pcm，都是不带散热片的“裸管”。决定了晶体管正常工作的功率范围。需要说明的是，Pcm是无法进行测量的，只能靠设计和工艺保证。如果从单一的极限参数来讲，BV（反向击穿）是可逆的，即降低电压，晶体管仍能恢复原来的特性；瞬间的集电极电流超过Icm了，晶体管也就是放大变差而已。但对Pcm就不是了，如果晶体管工作时的Pc超过了Pcm，那怕是瞬

9、间（毫秒级）的，则晶体管也很可能会永久失效，至少会使P-N结受损，这样，会导致整机的可靠性大大下降。我在进行客户服务的过程中，此类事遇到过多次。遇到这种情况，建议要首先计算一下晶体管的功率。从Pcm的安全区来讲，设计时不要超过50%为好。现在，许多客户在使用晶体管时，往往都把管子的余量用足了，我以为，这是工程师对产品不负责任的表现。要知道，晶体管的余量是分段、分级的，设计、工艺所设定的余量，是留给产品本身的。而且，既然是余量，就会有大有小，而你拿到的样品，则是随机的，如果在这里把样品作为蓝本，则就是埋下了一颗“定时*”，不知什么时候会让你手忙脚乱。所以我们在设计产品时，也应该给客户留下足够的余

10、量，这是我们工程师的职责。对于Pcm的设计，一定要从最坏的处着手分析，同时，还要考虑环境温度的影响。否则，很可能出现意想不到的异常。Pcm对半导体器件的限制，可推广到所有的半导体产品。二、直流参数（DC）常规的直流参数有：三个反向漏电流（Iceo、Icbo、Iebo）、两个饱和压降（Vces、Vbes）、共发射极放大（Hfe或）。分述如下。晶体管反向漏电流在PN结两端加一定值反向直流电压，此时检测到的电流，即为被测晶体管的反向漏电流。一个双极型晶体管的反向漏电流有三个，分别是基极开路，集电极发射极间的漏电流Iceo、发射极开路，集电极基极间的漏电流Icbo、以及集电极开路，基极发射极间的漏电流

11、Iebo。此参数对工程的指导意义是提供了晶体管在设计时所需考虑的电流影响及整机工作时因温度升高，对晶体管此参数的要求。实际上，目前所使用的晶体管，大部份是以硅材料制成的。由硅材料的特性可知，在常温下其漏电是很小的，基本是微安级。但，当温度升高后，其漏电的增涨速率则很高。因此，在用于精密放大（测量）时，一定要注意此参数对放大器的影响。2、晶体管的饱和压降当晶体管的两个结（集电结、发射结）都处于正偏时，则称此晶体管处于饱和状态，此时，发射结对电流阻碍时产生的电压降，称为前向饱和压降（又称正向压降），记为Vbes；集电结对电流阻碍时产生的电压降，称为反向饱和压降，记为Vces。当晶体管处于饱和状态时

12、，其基极电流对晶体管的控制将失去作用，此时，集电极发射极间的管压降最小。此参数对工程的指导意义是：Vces限制了晶体管工作时的动态范围；而Vbes则是指出了晶体管的输入要求及范围。此参数在实际应用中，出问题的较少。在设计时，只要考虑到随着温度升高，饱和压降会变小，对基极注入来讲，Vbes小，导致的结果是Ib增大，对晶体管的输出来讲，Vces小会出现工作点偏移。晶体管的共发射极直流放大系数Hfe晶体管在共发射极的工作状态时，固定晶体管的集电极发射极电压（VCE=一定值），在规定的Ic条件下，测量Ib的值，用公式Ic=Iceo+*Ib（Vce=常数）（Iceo晶体管的漏电流，又称穿透电流）求出Ic

13、/Ib（忽略晶体管的漏电流Iceo）。此参数与温度强相关。此参数指明了晶体管基极电流对集电极电流的控制能力。其指导意义是给出了晶体管输出与输入之间的关系。在设计一个电路时，都是从末级输出开始，一步一步往前推，一级一级往前算，这就是对每个晶体管的放大量、工作点进行计算和确认。我在做售后服务近程中，所碰到问题最多的是客户在进厂检验时，对供应商所供给晶体管的放大提出疑问。在处理此类问题时，发现了对放大检测过程中的误区，在此想通过解释，使大家对晶体管的放大有一个正确的理解。A：晶体管的放大，在前道生产中是最重要的一个物理控制参数。测试时，除了严格安照产品设计规格要求的测试条件进行外，对环境温度也进行了

14、严格的控制。一般，芯片加工厂测试工序的温度控制范围是22.50.5，而在封装厂，因各个公司的生产条件不尽相同，所能进行控制的精度不尽相同，这样，同一品种的晶体管，在不同的时期，出现冬天放大偏小，夏天放大偏大的现象。而在整机厂的进厂检验工位，其环境温度的控制远不如封装厂这样讲究，在这样的环境下检测晶体管的放大，出现误差就在所难免。当某批货的放大在规格书范围的边缘时，就会出现进厂检验不合格。对此，建议整机厂在对晶体管的放大进行专项验收时，应该在规格书上所承诺的范围上适当地放宽接收标准。B：晶体管的放大系数，是在一种特定的条件下测得的。从晶体管的各种等效电路上可知，Hfe与Ic的值强相关。有些整机厂

15、为了降低生产成本，采用数字万用表对几乎所有的晶体管进行测试，并以此来作为进厂检验的标准，这实在是对晶体管放大的理解太肤浅了。根据我对数字万用表的检测，发现几乎所有的数字万用表测晶体管时所提供的测试条件是Vce=3V，Ic=0.51mA,此测试条件与9014、9015的常规条件相近外，与9012、8050等Icm较大的品种，相距甚远。如果你说，我以所保留的样品为准，同样是很荒唐的。因为，你的所谓样品的放大，是在芯片加工的控制范围以外的，对此，没有重复性可言。C:对于选取Hfe的原则。当我们确定使用某款晶体管后，首先要对此管子的放大有一个初步了解。有人说，规格书不是已经提供了吗？而我以为，规格书所

16、提供的范围，是非常粗的。这里，你所设置的工作点，不见得与规格书所标的测试条件相同，你所要求的放大，不见得就是规格书所标出的值。因此，当你设计计算结束后，应该把晶体管在你所设定的电流条件下对所有品种的晶体管都测试一遍，从中看看自己的设定有没有问题，然后，还要查一下规格书中的曲线图，验证一下所选的晶体管是不是在安全区内。跟着才是做样板或样机。在对样机的检测中，要注意晶体管的温度变化（尤其是功放级），是不是在自己的控制这内。如果一切都顺利，也不能就此掉以轻心，以为大功告成，因为许多异常，只有在大生产时才会出现。（末完待续）已近年关，经常出现中断，剩余两部分分别为交流参数、应用注意事项，尽量在年前完成

17、。三、交流参数（AC）晶体管的AC参数有很多，不同的使用环境、要求、功能，对晶体管的交流参数要求的侧重点是完全不一样的。例：当晶体管用于调频收音机的高放时，普通收音机只要关心fT就够了，但如果此收音机在二级以上，则就要对完成高放功能的晶体管，还会有噪声（NF）的要求。对此类参数重点叙述fT、ts及相关的tf和td.分述如下：共发射极放大时的截住频率fT晶体管处于共发射极的工作状态时，基极输入信号的频率达到一定数量时，晶体管的放大会出现下降。当频率升高到此管的放大等于1时，此频率就称为晶体管的截住频率，又称为特征频率。一般，在规格书上，都会有fT的值。注意此参数与晶体管的Ic有关，一情况下，Ic

18、越大，测到的fT越高。此参数另一个特性是，当放大下降到10倍后，频率的升高与放大的下降呈线性关系。完全可以用直流方程来求解其中的点。此参数对工程设计的指导意义是规定了晶体管在共发射极状态下，最高工作频率范围。当所设计的线路，要考虑到晶体管的fT时，放大器的工作频率只能是fT的十分之一以下。但，不是晶体管的频率越高越好，如果晶体管的频率太高，则会增加引起放大器在工作时自激的可能。在做样板时，还要注意因频率升高后，对PCB板的一些特殊要求。晶体管的开关参数当晶体管用于模拟开关作用时，其工作区是晶体管的工作点从截止区到饱和区轮换进行。无论哪种开关，都会有延迟出现。在规格书上，往往会提供ton、tof

19、f的规范。此参数对开关三极管来讲，是一组很重要的参数。在这里，对此参数不进行专门说明。在开关电源普遍应用于各类电器时，各种门类的开关电源，已经是遍地开花。但我在与一些电源生产公司的工程师交流时发现，许多工程师对开关电源的性能、安全性影响极大的晶体管开关时间，很少关注，而往往只关注晶体管的击穿电压、放大等。对晶体管的这种片面理解，往往会导致生产中出现问题时，感到无从下手。下面重点谈谈此问题。当晶体管工作在开关状态时，首先假设晶体管是处于截止状态（即关闭状态）。当在晶体管的基极注入一足够大的正向电流开始，到完成一次翻转，要经过4个阶段，分别是：集电极电流从“0”开始增大，升至Icm的10%所需的时

20、间，称为延迟时间，记作td；集电极电流从Icm的10%开始，升至Icm的90%时所需的时间，称为上升时间，记作tr；此时，晶体管被认为呈开启状态。注意，此时因输入信号仍维持高电平，所以晶体管的Ic将继续增大，只要此注入信号维持足够长的时间，晶体管就会进入深饱和状态。当晶体管进入深饱和后，基极电流的增加，对集电极电流将失去控制，仅仅能起维持作用。这一点很重要！这两段时间之和相当于规格书中的开启时间ton.也就是说：ton=td+tr当注入信号由上升转为下降，集电极电流将从饱和区退出。集电极电流在基极注入反向电流后，从Icm开始下降，到下降至90%时，所需的时间，称为储存时间，记作ts；集电极电流

21、从Icm的90%降到10%的Icm所需的时间，称为下降时间，记作tf.显然，这两段时间之和，就相当于规格书中的关断时间toff.也就是说：toff=ts+tf.在这四个时间段里，ts所占用的时间最长。对电路的影响也最大。但其它几个时间段如果不给予足够的注意，同样会出大漏子。在此，给出晶体管一个工作周期的功耗：晶体管截止时的功耗：Poff=Iceo*Vcc*toff/T；晶体管导通时的功耗：Pon=Ic*Vces*ton/T；晶体管开通过程中的功耗：Pr=1/6T Ic（Vc+2Vces）tr；D：晶体管关断过程中的功耗：Pf=1/6T Ic（Vc+2Vces）tf。总功耗Pc=A+B+C+D=

22、Poff+Pon+Pr+Pf在以上这组公式中，截止功耗和导通功耗都比较好理解。对于开通、关断过程的功耗，没有进行推导，直接采用了在许多专业书籍上推导的结果。有兴趣的可以在介绍这方面原理的书中找到。以上是从理论上对晶体管的开关状态时的功耗进行了分析。从中可以发现，晶体管的功耗，与晶体管的开关时间直接相关。晶体管工作的物理过程中，我们已知的事实是：晶体管从截止到饱和，经过放大区的时间可以做得很短，也就是说，从晶体管的截止到饱和，只要给晶体管注入足够大的基极电流，晶体管就能很快进入饱和状态。但晶体管要从饱和退回到截止，就不是那么容易了。因ts的存在，使晶体管在经过放大区时，所需的时间很长。晶体管在功

23、耗，在放大区是最大的。因此，晶体管在转换过程中，此过程中的功耗，起了主要作用。实践中发现，晶体管的ts,对振荡频率的影响最大。当晶体管起振后，随着晶体管壳温升高，晶体管几乎所有的电参数发生了变化。其中，影响最大的是放大、和开关参数。放大变化后，对电路所产生的影响，相信工程师们都有体会，但对开关参数变化所引起的后果，则往往很少注意。而晶体管在开关电源应用中的失效，恰恰大部分是因开关时间在高温下的变化率太大而致。我曾做过这方面的实验：用一组放大基本相似、但开关时间不同的晶体管在同样的条件下试验，结果发现，凡是温度异常升高，严重时炸管的，都是tf较大的晶体管。通过反复对比，发现当晶体管用于节能灯时，

24、tf的影响，不如开关电源那么敏感。而当晶体管用于节能灯时，则对ts相当敏感。在此，可以给出试验结论：晶体管用于节能灯时，ts对灯功率、启动电压相当敏感。在芯片面积小于1平方毫米时，希望ts的取值越大越好，至少要在0.7微秒以上；在芯片面积大于1平方毫米、小于1.84平方毫米时，要求ts的范围在2.54.5微秒左右；而当芯片面积大于2平方毫米时，因芯片加工工艺的关系，不能给出统一的标准，只能说靠实验来定了。顺便说一下，芯片面积越大，则ts也就越大。当晶体管用于开关电源时，如果是线路是采用单管变压器反馈振荡的，则要求tf小于0.7微秒，如果线路采用的是集成电路控制PWM的双管变换线路的，则除了对t

25、s有要求外，对晶体管的tf、td都得加以注意，一定要通过试验得出结论后，才能投产。顺便说一下，tf与BVCEO电压强相关，击穿电压越高，则tf越大。而且，要使ts减小，可以通过辐照等工艺，使参数满足要求，而辐照，对tf几乎没有影响。所以，在选用晶体管的参数时，不能只考虑某项单一参数，而要进行全面权衡。讲到这里，基本上就把我对工作实际中，对晶体管参数的考虑要点，全部说完了。大家在做工程中，肯定还有许多的体会和认识。这是在我们上课时，教室里学不到的体会。在这里，我不谈什么理论的出处，如何推导。因为我想，晶体管基础理论的书已经出得够多的了。但，要提高自己的业务能力，光靠读书，是没有用。在此，仅作为抛砖引玉吧。四:对一些异常现象的分析思路集电极电流从Icm的90%降到10%的Icm所需的时间，称为下降时间，记