原创 晶体管参数在实际使用中的意义（续三）

晶体管参数在实际使用中的意义（续三）
三、交流参数（AC）

晶体管的AC参数有很多，不同的使用环境、要求、功能，对晶体管的交流参数要求的侧重点是完全不一样的。例：当晶体管用于调频收音机的高放时，普通收音机只要关心fT就够了，但如果此收音机在二级以上，则就要对完成高放功能的晶体管，还会有噪声（NF）的要求。对此类参数重点叙述fT、ts及相关的tf和td.分述如下：

1、  共发射极放大时的截住频率fT

定义：晶体管处于共发射极的工作状态时，基极输入信号的频率达到一定数量时，晶体管的放大会出现下降。当频率升高到此管的放大等于1时，此频率就称为晶体管的截住频率，又称为特征频率。

一般，在规格书上，都会有fT的值。注意此参数与晶体管的Ic有关，一情况下，Ic越大，测到的fT越高。此参数另一个特性是，当放大下降到10倍后，频率的升高与放大的下降呈线性关系。完全可以用直流方程来求解其中的点。

此参数对工程设计的指导意义是规定了晶体管在共发射极状态下，最高工作频率范围。

当所设计的线路，要考虑到晶体管的fT时，放大器的工作频率只能是fT的十分之一以下。但，不是晶体管的频率越高越好，如果晶体管的频率太高，则会增加引起放大器在工作时自激的可能。在做样板时，还要注意因频率升高后，对PCB板的一些特殊要求。

2、  晶体管的开关参数

当晶体管用于模拟开关作用时，其工作区是晶体管的工作点从截止区到饱和区轮换进行。无论哪种开关，都会有延迟出现。在规格书上，往往会提供ton、toff的规范。此参数对开关三极管来讲，是一组很重要的参数。在这里，对此参数不进行专门说明。在开关电源普遍应用于各类电器时，各种门类的开关电源，已经是遍地开花。但我在与一些电源生产公司的工程师交流时发现，许多工程师对开关电源的性能、安全性影响极大的晶体管开关时间，很少关注，而往往只关注晶体管的击穿电压、放大等。对晶体管的这种片面理解，往往会导致生产中出现问题时，感到无从下手。下面重点谈谈此问题。

当晶体管工作在开关状态时，首先假设晶体管是处于截止状态（即关闭状态）。当在晶体管的基极注入一足够大的正向电流开始，到完成一次翻转，要经过4个阶段，分别是：

集电极电流从“0”开始增大，升至Icm的10%所需的时间，称为延迟时间，记作td；

集电极电流从Icm的10%开始，升至Icm的90%时所需的时间，称为上升时间，记作tr；

此时，晶体管被认为呈开启状态。注意，此时因输入信号仍维持高电平，，所以晶体管的Ic将继续增大，只要此注入信号维持足够长的时间，晶体管就会进入深饱和状态。当晶体管进入深饱和后，基极电流的增加，对集电极电流将失去控制，仅仅能起维持作用。这一点很重要！这两段时间之和相当于规格书中的开启时间ton.也就是说：

ton=td+tr

当注入信号由上升转为下降，集电极电流将从饱和区退出。集电极电流在基极注入反向电流后，从Icm开始下降，到下降至90%时，所需的时间，称为储存时间，记作ts；

集电极电流从Icm的90%降到10%的Icm所需的时间，称为下降时间，记作tf.

显然，这两段时间之和，就相当于规格书中的关断时间toff.也就是说：

toff=ts+tf.

在这四个时间段里，ts所占用的时间最长。对电路的影响也最大。但其它几个时间段如果不给予足够的注意，同样会出大漏子。

在此，给出晶体管一个工作周期的功耗：

A：晶体管截止时的功耗：Poff=Iceo*Vcc*toff/T；

B：晶体管导通时的功耗：Pon=Ic*Vces*ton/T；

C: 晶体管开通过程中的功耗：Pr=1/6T Ic(Vc+2Vces)tr；

D：晶体管关断过程中的功耗：Pf=1/6T Ic(Vc+2Vces)tf。

总功耗Pc=A+B+C+D=Poff+Pon+Pr+Pf

在以上这组公式中，截止功耗和导通功耗都比较好理解。对于开通、关断过程的功耗，没有进行推导，直接采用了在许多专业书籍上推导的结果。有兴趣的可以在介绍这方面原理的书中找到。

以上是从理论上对晶体管的开关状态时的功耗进行了分析。从中可以发现，晶体管的功耗，与晶体管的开关时间直接相关。晶体管工作的物理过程中，我们已知的事实是：晶体管从截止到饱和，经过放大区的时间可以做得很短，也就是说，从晶体管的截止到饱和，只要给晶体管注入足够大的基极电流，晶体管就能很快进入饱和状态。但晶体管要从饱和退回到截止，就不是那么容易了。因ts的存在，使晶体管在经过放大区时，所需的时间很长。晶体管在功耗，在放大区是最大的。因此，晶体管在转换过程中，此过程中的功耗，起了主要作用。实践中发现，晶体管的ts,对振荡频率的影响最大。当晶体管起振后，随着晶体管壳温升高，晶体管几乎所有的电参数发生了变化。其中，影响最大的是放大、和开关参数。放大变化后，对电路所产生的影响，相信工程师们都有体会，但对开关参数变化所引起的后果，则往往很少注意。而晶体管在开关电源应用中的失效，恰恰大部分是因开关时间在高温下的变化率太大而致。我曾做过这方面的实验：用一组放大基本相似、但开关时间不同的晶体管在同样的条件下试验，结果发现，凡是温度异常升高，严重时炸管的，都是tf较大的晶体管。通过反复对比，发现当晶体管用于节能灯时，tf的影响，不如开关电源那么敏感。而当晶体管用于节能灯时，则对ts相当敏感。在此，可以给出试验结论：

晶体管用于节能灯时，ts对灯功率、启动电压相当敏感。在芯片面积小于1平方毫米时，希望ts的取值越大越好，至少要在0.7微秒以上；在芯片面积大于1平方毫米、小于1.84平方毫米时，要求ts的范围在2.5—4.5微秒左右；而当芯片面积大于2平方毫米时，因芯片加工工艺的关系，不能给出统一的标准，只能说靠实验来定了。顺便说一下，芯片面积越大，则ts也就越大。

当晶体管用于开关电源时，如果是线路是采用单管变压器反馈振荡的，则要求tf小于0.7微秒，如果线路采用的是集成电路控制PWM的双管变换线路的，则除了对ts有要求外，对晶体管的tf、td都得加以注意，一定要通过试验得出结论后，才能投产。顺便说一下，tf与BVCEO电压强相关，击穿电压越高，则tf 越大。而且，要使ts减小，可以通过辐照等工艺，使参数满足要求，而辐照，对tf几乎没有影响。所以，在选用晶体管的参数时，不能只考虑某项单一参数，而要进行全面权衡。

讲到这里，基本上就把我对工作实际中，对晶体管参数的考虑要点，全部说完了。大家在做工程中，肯定还有许多的体会和认识。这是在我们上课时，教室里学不到的体会。在这里，我不谈什么理论的出处，如何推导。因为我想，晶体管基础理论的书已经出得够多的了。但，要提高自己的业务能力，光靠读书，是没有用。在此，仅作为抛砖引玉吧。

四:对一些异常现象的分析思路
（待续)