简 介： 三极管的电流增益在正向和反向(即将C,E通过实验测量对调)的变化，观察到数据的分散。CB，EB的PN测量反向击穿电压与电流增益无明显关系。

关键词： hFE，BJT，PN结，反向击穿电压，电流增益

 

§01 BJT正反特性

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一、BJT正反对称吗？

  从基本结构上，双极性三极管（Bipolar Junction Transistor），无论是NPN还是PNP型，关于基极（base）是对称。但如果将集电极(collector)，发射极（emitter）进行对换，三极管的特性参数会出现变化，最为突出的参数是：

• 电流放大倍数hFE（β）；通常情况下，正向的hFE比起反向（也就是将C,E对调）要大；
• 集电极反向击穿电压；通常情况下，集电极的反向电压远大于发射极反向击穿电压；

  上述不同主要来自于BJT三极管实际结构以及制作C,E半导体的工艺不同。

▲ 图1.1.1 BJT符号表示与实际工艺示意图

  那么，有一个问题：两个方向的电流放大倍数的差异与反向击穿电压的差异有关系吗？

  如果回答这个问题，只需要从半导体基础理论，推导出三极管决定hFE、PN反向击穿电压决定参数便可以得到答案。

  当然对于这个问题，也可以从非专业角度，直接测试一批三极管的上述参数，可以检查它们之间是否具有相关联性。

二、测量hFE方法

1、测量hFE

  最简单测量BJT电流放大倍数就是使用带有测量hFE功能的数字万用表进行测量。

  根据 How to Measure Gain (β) of a BJT 给出的测量BTJ电流增益电路图，搭建测量电路图。

（1）测量NPN型三极管hFE

  下图中参数设置：

$$R_1=R_4=1k\Omega ,R_3=R_5=R_2=100k\Omega$$

▲ 图1.2.1 用于测试的2N3904测试结果

  三极管$Q_1$的基极被运放固定在GND。假设它的发射极的电压为Vb，那么考虑第一个运放，它的正，负输入端都为Vb。根据R3=R5，所以它的输出电压$V_O$与输入$V_A$满足：
$$\frac{1}{2}\left(V_O+V_A\right)=V_{EB}$$

  那么：$$V_O=2V_{EB}-V_A$$

  这样可以计算出$I_E$的大小：$$I_E=\frac{V_{EB}-V_O}{R_1}+\frac{V_{EB}}{R_4}=\frac{V_A}{R_1}$$

  上式化简过程使用到$$R_1=R_4$$

  第二个运放输出：$V_B=I_B\cdot R_2$。综上，可以获得待测三极管的电流增益为：$$h_{FE}=1+\frac{V_A}{V_B}$$

（2）测量PNP型三极管hFE

  测量PNP型BJT三极管的hFE，只要将上面的V+修改成负电压就可以了。

2、搭建测试电路

（1）搭建测试电路

  在面包板上搭建测量电路，其中的双运放使用 LM358 构成。电路的工作电压为±9V。

▲ 图1.2.2 在面包板上搭建的测量电路

（2）测试三极管

  选择一个NPN三