簡 介：?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。
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半導體的工藝不同。
▲ 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，只需要從半導體基礎(chǔ)理論，推導出三極管決定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：
▲ 圖1.2.1 用于測試的2N3904測試結(jié)果
??三極管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，負輸入端都為Vb。根據(jù)R3=R5，所以它的輸出電壓與輸入滿足：
??那么：
??這樣可以計算出的大?。?/p>
??上式化簡過程使用到
??第二個運放輸出：。綜上，可以獲得待測三極管的電流增益為：
（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。
▲ 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進行測試。使用?晶體管測試助手[2]?測量它的基本參數(shù)為。
▲ 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，這樣三極管的。
??測量得到。可以計算出三極管的hFE參數(shù)：
（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)象就不出了。
? ● ?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)：
??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：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。
▲ 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。
▲ 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)果在進行分析。
2、測量結(jié)果
|
晶體管 型號 |
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。
▲ 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。
▲ 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。
▲ 圖2.2.3 測量9013不同的Ie下對應(yīng)的hFE
2、測量8050
▲ 圖2.2.4 對于不同的Ie下晶體管hFE的數(shù)值
3、測量2222
▲ 圖2.2.5 對于不同Ie晶體管的hFE
4、測量BC549
▲ 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。