半导体晶体管电路设计须知（一）

晶体管参数在实际使用中的意义

　　做模拟电路的工程师，都有过使用晶体管（场效应管也是晶体管中的一种）、运放的经验和体会。尤其是在设计时，更会对晶体管的一些电参数进行测试和考量。在测试时，许多人对晶体管电参数的实测值与规格书所提供的规范值，为什么会有很大差异，感到不可思议。有时，一些工程师会用实测值来要求供应商，也有一些工程师会把一些特殊参数作为常规参数进行处理。这样的后果就是整机产品一致性、重复性差，严重时还会出现达不到设计指标，更有甚者是在生产中出现大量损坏电子元器件的异常。此时，许多工程师都会把眼光钉住那些损坏的晶体管上，以为是晶体管的质量问题，导致的异常。殊不知晶体管的损坏，只是一个表面现象，而深层次的原因，往往是设计师自己造成的。引起这些问题的原因有很多，对工程师而言，在选用元器件时，对半导体器件电参数的片面理解，或许是个重要因素。

　　晶体管的电参数，在常规情况下可分为极限参数、直流参数（DC）、交流参数（AC）等。但在实际的使用中，我发现还有许多想测而无法测量到的参数，为使工作方便，我便称其为“功能参数”。分别述之：

　　一、极限参数

　　所谓极限参数，是指在晶体管工作时，不管因何种原因，都不允许超过的参数。这些参数常规的有三个击穿电压（BV）、最大集电极电流（Icm）、最大集电极耗散功率（Pcm）、晶体管工作的环境（包括温度、湿度、电磁场、大气压等）、存储条件等。在民用电子产品的应用中，基本只关心前三个。

　　1、晶体管的反向击穿电压

　　定义：在被测PN结两端施加连续可调的反向直流电压，观察其PN结的电流变化情况，当PN结的反向电流出现剧烈增加时，此时施加到此PN结两端的电压值，就是此PN结的反向击穿电压。

　　每个晶体管都有三个反向击穿电压，分别是：基极开路时集电极—发射极反向击穿电压（BVceo）、发射极开路时集电极—基极反向击穿电压（BVcbo）和集电极开路时基极—发射极反向击穿电压。

　　此电参数对工程设计的指导意义是：决定了晶体管正常工作的电压范围。

　　由此电参数的特性可知，当晶体管在工作中出现击穿状态，将是非常危险的。因此，在设计中，都给晶体管工作时的电压范围，留有足够的余量。实际上，当晶体管长期工作在较高电压时（晶体管实测值的60%以上），其晶体管的可靠性将会出现数量级的下降。有兴趣的可以参考《电子元器件降额准则》。

　　许多公司在对来料进行入库检验时发现，一些品种的反向击穿电压实测值要比规格书上所标的要大出许多。这是怎么回事呢？

　　晶体管在生产制造过程中，与一些我们常见的生产完全不一样。在晶体管的生产过程中，可以分成二大块：芯片制造和封装。在工程分类中，习惯把芯片制造统称为 “前道”，而把封装行业统称为“后道”。在前道生产中，从投料开始选原材料，到芯片出厂，一切控制数据，给出的都是范围。芯片在正常生产时，投料的最小单位是“编号批”，每批为24或25片4英寸到8英寸直径的园片。就以4寸片为例，每片可出合格的晶体管只数少则上千，多则可近10万。在实际生产中，最小生产单位是“扩散批”，一个扩散批所投的园片从150片到250片之间。可以想象出，在芯片的前道生产中，每次投料，对以单只来计算的晶体管而言，是一个什么样的数量概念。不说别的，要让一个扩散批所有的材料，具有相同的电特性（这里，也可以说是硅片的电阻率），是不可能的。加上硅片中，不可避免的会有一些固有的缺陷（半导体晶格的层错和位错），使得在几乎相同环境中生产出的同一品种的晶体管，不可能具有完全相同的电特性。这样只能给出一个大家都能接受的范围，这就是产品规格书。

　　为了提高生产效率，现在许多芯片厂都把芯片的“免测率”作为生产线工序能力的一项重要考核指标。所谓的“免测”，是指产品的参数靠设计、工序控制来达到，加工结束后，通过抽测部分相关点的参数，来判断此片的质量情况。当此片的抽测