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三極管的耐壓與hFE之間是什么關(guān)系?

發(fā)布時間:2021-11-01 來源:TsinghuaJoking 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】于三極管的電流增益在正向與反向(也就是將C,E對調(diào))的變化通過實驗測量,觀察到其中的數(shù)據(jù)的分散。對于三極管的CB,EB的PN的反向擊穿電壓進(jìn)行測量,他們與電流增益之間的也是沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。


01 BJT正反特性


一、BJT正反對稱嗎?


從基本結(jié)構(gòu)上,雙極性三極管(Bipolar Junction Transistor),無論是NPN還是PNP型,關(guān)于基極(base)是對稱。但如果將集電極(collector),發(fā)射極(emitter)進(jìn)行對換,三極管的特性參數(shù)會出現(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;

??

上述不同主要來自于BJT三極管實際結(jié)構(gòu)以及制作C,E半導(dǎo)體的工藝不同。


1635750944409949.png

圖1.1.1 BJT符號表示與實際工藝示意圖

??

那么,有一個問題:兩個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?

??

如果回答這個問題,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)然對于這個問題,也可以從非專業(yè)角度,直接測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、測量hFE方法


1、測量hFE


最簡單測量BJT電流放大倍數(shù)就是使用帶有測量hFE功能的數(shù)字萬用表進(jìn)行測量。

??

根據(jù) How to Measure Gain (β) of a BJT 給出的測量BTJ電流增益電路圖,搭建測量電路圖。


(1)測量NPN型三極管hFE


下圖中參數(shù)設(shè)置:


10.png


1635750915960088.png

圖1.2.1 用于測試的2N3904測試結(jié)果

??

三極管1635750898509724.png的基極被運放固定在GND。假設(shè)它的發(fā)射極的電壓為Vb,那么考慮第一個運放,它的正,負(fù)輸入端都為Vb。根據(jù)R3=R5,所以它的輸出電壓1635750876595422.png與輸入1635750853609528.png滿足:

??

12.png


那么:


13.png


這樣可以計算出1635750827584202.png的大?。?/p>


14.png

??

上式化簡過程使用到


15.png


第二個運放輸出:1635750638172687.png。綜上,可以獲得待測三極管的電流增益為:


17.png


(2)測量PNP型三極管hFE

??

測量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、搭建測試電路


(1)搭建測試電路

??

在面包板上搭建測量電路,其中的雙運放使用 LM358[1] 構(gòu)成。電路的工作電壓為±9V。


18.jpg

圖1.2.2 在面包板上搭建的測量電路


(2)測試三極管

??

選擇一個NPN三極管2N3904進(jìn)行測試。使用 晶體管測試助手[2] 測量它的基本參數(shù)為。


19.jpg

圖1.2.3 用于測試的三極管基本參數(shù)


(3)測試數(shù)據(jù)

??

為了獲得與上述晶體管助手測量的結(jié)果可比性,選取1635750578239843.png,這樣三極管的1635750557334276.png

??

測量得到1635750530199411.png。可以計算出三極管的hFE參數(shù):


23.png


(4)測試三極管反向hFE

??

如果還是維持測量電路工作電壓為±9V,會出現(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。


? ●  測試條件: 


???Va:0.2V

???Vb:2.942

??

根據(jù)上述條件計算出2N3904的反向電流放大倍數(shù):


24.png?


通過上述測量結(jié)果,可以看到,對于2N3904正向與反向的電流增益相差:1635750483455002.png倍。


三、測量反向擊穿電壓


1、測量方法

??

測量三極管的PN結(jié)反向擊穿電壓使用 ?,?AR907C絕緣電阻測試儀基本實驗[3] 的高壓測量特性來測量。


26.jpg

圖1.3.1  利用AR907C+數(shù)字萬用表測量器件的擊穿電壓


2、測量結(jié)果

??

利用上面測量方法,測量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

??

通過上述測量結(jié)果來看,2N3904 的EB,CB的PN結(jié)反向擊穿電壓相差1635750385710192.png倍左右。

??

初步來看,一個三極管的正向,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有數(shù)值上的直接關(guān)系。不過可以通過若干種不同的三極管上述數(shù)值關(guān)系來測量其中存在的關(guān)系。


02 測試數(shù)據(jù)


一、測試一組BJT數(shù)據(jù)


選擇手邊的24鐘三級豐潤樣品,分別測試它們對應(yīng)的正向與反向的電流增益,CB-EB的PN結(jié)反向擊穿電壓。


28.jpg

圖2.1.1 用于實驗的三極管


1、測試方法

??

通過以下步驟對于每個三極管進(jìn)行測試。


●     使用晶體管特性模塊測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量電路elder三極管的正向與反向電流增益;

●     使用絕緣電阻測試表測量三極管的CB,EB反向擊穿電壓數(shù)值;

??

然后對于結(jié)果在進(jìn)行分析。


2、測量結(jié)果


1635750350256611.png

1635750336583567.png

??

自己觀察上面表格測量的數(shù)據(jù),可以看到三極管的hFE的正向與反向的變化并沒有太大的規(guī)律。而對應(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] 測試了BJT的hFE隨著Ic之間的關(guān)系。下面對于前面測量的三極管測量不同Ie下對應(yīng)的hFE。


1、測量9013

??

使用DP1038數(shù)控DC電源設(shè)置Va,測量不同設(shè)置電壓下對應(yīng)的hFE。

??

下面是第一次測量,看到對于電流非常小的情況下,對應(yīng)的hFE非常大,這一點與常見到的BJT在小電流下對應(yīng)的hFE較小矛盾,所以猜測這是由于電路的零偏造成的誤差。


1635750304930266.png

圖2.2.1 測量9013不同的Ie下對應(yīng)的hFE

??

下圖顯示了設(shè)置電壓從0.5 變化到10V對應(yīng)的hFE的情況。對于電壓超過7V左右,hFE呈現(xiàn)線性上升,這一點可有是由于LM358工作電壓在±9V所引起的輸出飽和引起的。


1635750285185069.png

圖2.2.2 測量9013不同的Ie下對應(yīng)的hFE

??

下面將LM358的工作電壓修改到±12V,重新測量輸入電壓在1 ~ 10V的對應(yīng)的測量結(jié)果。


1635750268547632.png

圖2.2.3 測量9013不同的Ie下對應(yīng)的hFE


2、測量8050


1635750250202611.png圖2.2.4 對于不同的Ie下晶體管hFE的數(shù)值


3、測量2222


1635750216133240.png

圖2.2.5 對于不同Ie晶體管的hFE


4、測量BC549


1635750199497719.png圖2.2.6 不同Ie下晶體管hFE


※ 測量總結(jié) ※


關(guān)于三極管的電流增益在正向與反向(也就是將C,E對調(diào))的變化通過實驗測量,觀察到其中的數(shù)據(jù)的分散。對于三極管的CB,EB的PN的反向擊穿電壓進(jìn)行測量,他們與電流增益之間的也是沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。


參考資料


[1]LM358: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120951959

[2]晶體管測試助手: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109223139

[3]希瑪 AR907C絕緣電阻測試儀基本實驗: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120628992

[4]三極管hFE參數(shù)隨著Ic,Vc的變化情況: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/109242968


來源: TsinghuaJoking



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