晶體管參數在實際使用中的意義

　　做模擬電路的工程師，都有過使用晶體管（場效應管也是晶體管中的一種）、運放的經驗和體會。尤其是在設計時，更會對晶體管的一些電參數進行測試和考量。在測試時，許多人對晶體管電參數的實測值與規格書所提供的規范值，為什么會有很大差異，感到不可思議。有時，一些工程師會用實測值來要求供應商，也有一些工程師會把一些特殊參數作為常規參數進行處理。這樣的后果就是整機產品一致性、重復性差，嚴重時還會出現達不到設計指標，更有甚者是在生產中出現大量損壞電子元器件的異常。此時，許多工程師都會把眼光釘住那些損壞的晶體管上，以為是晶體管的質量問題，導致的異常。殊不知晶體管的損壞，只是一個表面現象，而深層次的原因，往往是設計師自己造成的。引起這些問題的原因有很多，對工程師而言，在選用元器件時，對半導體器件電參數的片面理解，或許是個重要因素。

　　晶體管的電參數，在常規情況下可分為極限參數、直流參數（DC）、交流參數（AC）等。但在實際的使用中，我發現還有許多想測而無法測量到的參數，為使工作方便，我便稱其為“功能參數”。分別述之：

　　一、極限參數

　　所謂極限參數，是指在晶體管工作時，不管因何種原因，都不允許超過的參數。這些參數常規的有三個擊穿電壓（BV）、最大集電極電流（Icm）、最大集電極耗散功率（Pcm）、晶體管工作的環境（包括溫度、濕度、電磁場、大氣壓等）、存儲條件等。在民用電子產品的應用中，基本只關心前三個。

　　1、晶體管的反向擊穿電壓

　　定義：在被測PN結兩端施加連續可調的反向直流電壓，觀察其PN結的電流變化情況，當PN結的反向電流出現劇烈增加時，此時施加到此PN結兩端的電壓值，就是此PN結的反向擊穿電壓。

　　每個晶體管都有三個反向擊穿電壓，分別是：基極開路時集電極—發射極反向擊穿電壓（BVceo）、發射極開路時集電極—基極反向擊穿電壓（BVcbo）和集電極開路時基極—發射極反向擊穿電壓。

　　此電參數對工程設計的指導意義是：決定了晶體管正常工作的電壓范圍。

　　由此電參數的特性可知，當晶體管在工作中出現擊穿狀態，將是非常危險的。因此，在設計中，都給晶體管工作時的電壓范圍，留有足夠的余量。實際上，當晶體管長期工作在較高電壓時（晶體管實測值的60%以上），其晶體管的可靠性將會出現數量級的下降。有興趣的可以參考《電子元器件降額準則》。

　　許多公司在對來料進行入庫檢驗時發現，一些品種的反向擊穿電壓實測值要比規格書上所標的要大出許多。這是怎么回事呢？

　　晶體管在生產制造過程中，與一些我們常見的生產完全不一樣。在晶體管的生產過程中，可以分成二大塊：芯片制造和封裝。在工程分類中，習慣把芯片制造統稱為 “前道”，而把封裝行業統稱為“后道”。在前道生產中，從投料開始選原材料，到芯片出廠，一切控制數據，給出的都是范圍。芯片在正常生產時，投料的最小單位是“編號批”，每批為24或25片4英寸到8英寸直徑的園片。就以4寸片為例，每片可出合格的晶體管只數少則上千，多則可近10萬。在實際生產中，最小生產單位是“擴散批”，一個擴散批所投的園片從150片到250片之間。可以想象出，在芯片的前道生產中，每次投料，對以單只來計算的晶體管而言，是一個什么樣的數量概念。不說別的，要讓一個擴散批所有的材料，具有相同的電特性（這里，也可以說是硅片的電阻率），是不可能的。加上硅片中，不可避免的會有一些固有的缺陷（半導體晶格的層錯和位錯），使得在幾乎相同環境中生產出的同一品種的晶體管，不可能具有完全相同的電特性。這樣只能給出一個大家都能接受的范圍，這就是產品規格書。

　　為了提高生產效率，現在許多芯片廠都把芯片的“免測率”作為生產線工序能力的一項重要考核指標。所謂的“免測”，是指產品的參數靠設計、工序控制來達到，加工結束后，通過抽測部分相關點的參數，來判斷此片的質量情況。當此片的抽測合格率在96%以上時，就把此片芯片列入“免測片”。要使晶體管芯片達到免測試，就必須對其中的一些參數進行“余量放大”。而晶體管的反向擊穿電壓就是重點之一。為了提高晶體管的反射擊穿電壓，芯片投料時，就會對材料進行優化，優化的考慮是在最差的工藝加工情況下，所生產出的晶體管反向擊穿電壓也要比規格書高10~20%，而在生產控制時，為了達到生產工藝設計時的指標，又會考慮在最差的情況下，使產品能夠達到設計要求，這樣，就使已經被放大過一次的指標再次被大10~20%。這樣，就使原來只要求反向擊穿電壓達到20~30V的晶體管，在實測時，部分就能達到60V以上，甚至更高。這就是為什么有時一些晶體管的反向擊穿電壓實測值會遠大于規格書的原因。盡管一些晶體管的反向擊穿電壓值遠大于規格書，那么，是否就可以以實測值來作為使用的依據呢？回答是否定的。

　　這是因為，所有的晶體管測試程序，都是以規格書上所提供的參數范圍，來作為差別晶體管合格與否的標準。對反向擊穿電壓而言，只要比規格書上所規定的值大，就判為合格。如果你測量到的反向擊穿電壓要遠高于規格書，不要以為供應商以后發給你的貨，都是具有與此相同的電壓特性，供應商所提供的商品，永遠只會承諾以規格書為準，也只能是以規格書為準提供商品。規格書上所承諾的，是實際的，而其它，都是虛的。因此，建議在設計選型時，一定要以規格書為準，并留下足夠的余量，而不是以實物的測試值為準。

　　在一些高反壓晶體管的規格書上，有些反向擊穿電壓以BVcer和BVcbr來表述。此種表述的含義是：

　　BVcer ——基極與發射極之間，接有一只KΩ量綱的電阻，其它測試原理、測試條件與BVceo相同。同樣，BVcbr在測試晶體管的C-B結的反向擊穿電壓時，其晶體管的發射極不是懸空，而是通過一只KΩ量綱的電阻接到“零電位”。晶體管的反向擊穿電壓高低的排列是： BVcbo≥BVcbr》BVcer》BVceo。


一、巧用晶體管測試儀增加高壓包在路測量功能

　　如果要增加高壓包在路測量功能，將下圖中K為反壓測試按鈕VBR、Rl、Q1、Ll、L2組成自激振蕩電路，Dl、D2、D3與Cl、C2、C3、C4、C5、C6構成倍壓整流電路，D4為次級線圈L4的整流電路。在次級空載的情況下，測試L4兩端的輸出電壓為250Vp-p，頻率約為5000 Hz。L3與L4輸出電壓之和大于400 Vp-p。

　　改制方法：由于L4兩端電壓為中壓，電流較小，而L3與L4輸出電壓之和大于400

　　Vp-p，雖然電流也不大，但是從安全角度考慮，選用L4兩端作為脈沖信號的輸出端，引出兩根帶鱷魚夾的導線作為測試信號線。

　　測試方法如下：　　斷開“高壓包”初級任意一端，同時拔掉尾座(目的是斷開燈絲繞組，因為燈絲電壓很低，對于測試儀來說，相當于“高壓包”次級負載短路)，將測試儀信號引出夾夾在“高壓包”的初級，按壓反壓測試按鈕VBR，如果“高壓包”內部無短路，外部負載也無短路，則測試儀表針偏轉(只要偏轉既可)。如果表針不偏轉，則說明“高壓包”內部或外部負載有短路，可用萬用表R×1kΩ電阻檔，紅表筆接地，黑表筆分別測試“高壓包”

　　次級180V、12V、26V等整流二極管負極，大致判斷幾個“二次”供電電路有無短路。若表針指示均有一定阻值，則可以判斷“高壓包”內部短路，可去掉“高壓包”進一步開路測試確認。

　　說明：

　　(1)所有測試過程，均應在主機不通電的狀況下進行，否則，可能造成人身安全事故或者使故障擴大。

　　(2)測試儀測量的范圍，可以是任何開關電源、任何行掃描電路。所以對于VCD、DVD、顯示器、復印機、錄像機等，都有其用武之地。

　　(3)對于“高壓包”的層間短路，由于用萬用表可以很方便的檢查出來，所以本改進不測試層間短路，也不能測試。

　　(4)測試儀與“高壓包”連接后測試時，測試儀自激振蕩頻率會變高，約為41.667kHz，電壓為110Vp-p。

　　這是由于“高壓包”初級電感與測試儀次級電感并聯及負載增大造成的，不影響測試結果。