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）的變化通過實驗測量，觀察到其中的數據的分散。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關系。
關鍵詞：?hFE，BJT，PN結，反向擊穿電壓，電流增益
01?BJT正反特性
一、BJT正反對稱嗎？
??從基本結構上，雙極性三極管（Bipolar Junction Transistor），無論是NPN還是PNP型，關于基極（base）是對稱。但如果將集電極(collector)，發射極（emitter）進行對換，三極管的特性參數會出現變化，最為突出的參數是：
電流放大倍數hFE（β）；通常情況下，正向的hFE比起反向（也就是將C,E對調）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射極反向擊穿電壓；
??上述不同主要來自于BJT三極管實際結構以及制作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的差異與反向擊穿電壓的差異有關系嗎？
??如果回答這個問題，只需要從半導體基礎理論，推導出三極管決定hFE、PN反向擊穿電壓決定參數便可以得到答案。
??當然對于這個問題，也可以從非專業角度，直接測試一批三極管的上述參數，可以檢查它們之間是否具有相關聯性。
二、測量hFE方法
1、測量hFE
??最簡單測量BJT電流放大倍數就是使用帶有測量hFE功能的數字萬用表進行測量。
??根據?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
??下圖中參數設置：
▲ 圖1.2.1 用于測試的2N3904測試結果
??三極管的基極被運放固定在GND。假設它的發射極的電壓為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小：
??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]?測量它的基本參數為。
▲ 圖1.2.3 用于測試的三極管基本參數
（3）測試數據
??為了獲得與上述晶體管助手測量的結果可比性，選取，這樣三極管的。
??測量得到。可以計算出三極管的hFE參數：
（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，B-E PN結反向擊穿，造成的結果，將LM358的工作電壓降低到±6V，這種現象就不出了。
? ● ?測試條件：
???Va：0.2V
???Vb：2.942
??根據上述條件計算出2N3904的反向電流放大倍數：
??通過上述測量結果，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結反向擊穿電壓使用?希瑪 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+數字萬用表測量器件的擊穿電壓
2、測量結果
??利用上面測量方法，測量2N3904的PN結反向擊穿電壓。
? ● ?PN結反向擊穿電壓：
???E-B PN結：9.84V
???C-B PN結：108.7V
??通過上述測量結果來看，2N3904 的EB，CB的PN結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果與CB，EB PN結反向擊穿電壓之間并沒有數值上的直接關系。不過可以通過若干種不同的三極管上述數值關系來測量其中存在的關系。
02?測試數據
一、測試一組BJT數據
??選擇手邊的24鐘三級豐潤樣品，分別測試它們對應的正向與反向的電流增益，CB-EB的PN結反向擊穿電壓。
▲ 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反向擊穿電壓數值；
??然后對于結果在進行分析。
2、測量結果
|
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據，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律。而對應的CB，EB的PN的反向擊穿電壓則大體處在相同的數值。
二、測量Ie與hFE關系
??在?三極管hFE參數隨著Ic，Vc的變化情況[4]?測試了BJT的hFE隨著Ic之間的關系。下面對于前面測量的三極管測量不同Ie下對應的hFE。
1、測量9013
??使用DP1038數控DC電源設置Va，測量不同設置電壓下對應的hFE。
??下面是第一次測量，看到對于電流非常小的情況下，對應的hFE非常大，這一點與常見到的BJT在小電流下對應的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下對應的hFE
??下圖顯示了設置電壓從0.5 變化到10V對應的hFE的情況。對于電壓超過7V左右，hFE呈現線性上升，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的對應的測量結果。
▲ 圖2.2.3 測量9013不同的Ie下對應的hFE
2、測量8050
▲ 圖2.2.4 對于不同的Ie下晶體管hFE的數值
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 ※
??關于三極管的電流增益在正向與反向（也就是將C,E對調）的變化通過實驗測量，觀察到其中的數據的分散。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關系。