半导体二极管参数符号及其意义
CT---势垒电容、Cj---结(极间)电容, 表示在二极管两端加规定偏压下,锗检波二极管的总电容、 Cjv---偏压结电容、 Co---零偏压电容、 Cjo---零偏压结电容、 Cjo/Cjn---结电容变化、 Cs---管壳电容或封装电容 、 Ct---总电容、 CTV---电压温度系数.在测试电流下,稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比、 CTC---电容温度系数 、 Cvn---标称电容
IF---正向直流电流(正向测试电流).锗检波二极管在规定的正向电压 VF 下,通过极间的电流;硅整流管,硅堆在规定的使用条 件下,在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流(平均值),硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流;测稳压 二极管正向电参数时给定的电流 、 IF(AV)---正向平均电流、 IFM(IM)---正向峰值电流(正向最大电流).在额定功率下,允许通过二极管的最大正向脉冲电流.发光二极管极限电流. IH---恒定电流,维持电流. Ii--- 发光二极管起辉电流 IFRM---正向重复峰值电流 IFSM---正向不重复峰值电流(浪涌电流) Io---整流电流.在特定线路中规定频率和规定电压条件下所通过的工作电流 IF(ov)---正向过载电流 IL---光电流或稳流二极管极限电流 ID---暗电流 IB2---单结晶体管中的基极调制电流 IEM---发射极峰值电流 IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流 IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流 ICM---最大输出平均电流 IFMP---正向脉冲电流 IP---峰点电流 IV---谷点电流 IGT---晶闸管控制极触发电流 IGD---晶闸管控制极不触发电流 IGFM---控制极正向峰值电流 IR(AV)---反向平均电流 IR(In)---反向直流电流(反向漏电流).在测反向特性时,给定的反向电流;硅堆在正弦半波电阻性负载电路中,加反向电压规 定值时,所通过的电流;硅开关二极管两端加反向工作电压
VR 时所通过的电流;稳压二极管在反向电压下,产生的漏电流;整流 管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流.
IRM---反向峰值电流 IRR---晶闸管反向重复平均电流 IDR---晶闸管断态平均重复电流 IRRM---反向重复峰值电流 IRSM---反向不重复峰值电流(反向浪涌电流) Irp---反向恢复电流 Iz---稳定电压电流(反向测试电流).测试反向电参数时,给定的反向电流 Izk---稳压管膝点电流 IOM---最大正向(整流)电流.在规定条件下,能承受的正向最大瞬时电流;在电阻性负荷的正弦半波整流电路中允许连续通过锗 检波二极管的最大工作电流 IZSM---稳压二极管浪涌电流 IZM---最大稳压电流.在最大耗散功率下稳压二极管允许通过的电流 iF---正向总瞬时电流 iR---反向总瞬时电流 ir---反向恢复电流 Iop---工作电流 Is---稳流二极管稳定电流
f---频率 n---电容变化指数;电容比 Q---优值(品质因素) δvz---稳压管电压漂移 di/dt---通态电流临界上升率 dv/dt---通态电压临界上升率 PB---承受脉冲烧毁功率 PFT(AV)---正向导通平均耗散功率 PFTM---正向峰值耗散功率 PFT---正向导通总瞬时耗散功率 Pd---耗散功率 PG---门极平均功率 PGM---门极峰值功率 PC---控制极平均功率或集电极耗散功率 Pi---输入功率 PK---最大开关功率 PM---额定功率.硅二极管结温不高于 150 度所能承受的最大功率 PMP---最大漏过脉冲功率 PMS---最大承受脉冲功率 Po---输出功率 PR---反向浪涌功率 Ptot---总耗散功率 Pomax---最大输出功率 Psc---连续输出功率 PSM---不重复浪涌功率 PZM---最大耗散功率.在给定使用条件下,稳压二极管允许承受的最大功率 RF(r)---正向微分电阻.在正向导通时,电流随电压指数的增加,呈现明显的非线性特性.在某一正向电压下,电压增加微小量 △V,正向电流相应增加△I,则△V/△I 称微分电阻 RBB---双基极晶体管的基极间电阻 RE---射频电阻 RL---负载电阻 Rs(rs)----串联电阻 Rth----热阻 R(th)ja----结到环境的热阻 Rz(ru)---动态电阻 R(th)jc---结到壳的热阻 r δ---衰减电阻 r(th)---瞬态电阻
Ta---环境温度 Tc---壳温 td---延迟时间 tf---下降时间 tfr---正向恢复时间 tg---电路换向关断时间 tgt---门极控制极开通时间 Tj---结温 Tjm---最高结温 ton---开通时间 toff---关断时间 tr---上升时间 trr---反向恢复时间 ts---存储时间 tstg---温度补偿二极管的贮成温度 a---温度系数 λp---发光峰值波长 △ λ---光谱半宽度 η---单结晶体管分压比或效率 VB---反向峰值击穿电压 Vc---整流输入电压 VB2B1---基极间电压 VBE10---发射极与第一基极反向电压 VEB---饱和压降 VFM---最大正向压降(正向峰值电压) VF---正向压降(正向直流电压) △VF---正向压降差 VDRM---断态重复峰值电压 VGT---门极触发电压 VGD---门极不触发电压 VGFM---门极正向峰值电压 VGRM---门极反向峰值电压 VF(AV)---正向平均电压 Vo---交流输入电压 VOM---最大输出平均电压 Vop---工作电压 Vn---中心电压 Vp---峰点电压 VR---反向工作电压(反向直流电压) VRM---反向峰值电压(最高测试电压) V(BR)---击穿电压 Vth---阀电压(门限电压) VRRM---反向重复峰值电压(反向浪涌电压) VRWM---反向工作峰值电压 V v---谷点电压 Vz---稳定电压 △Vz---稳压范围电压增量 Vs---通向电压(信号电压)或稳流管稳定电流电压 av---电压温度系数 Vk---膝点电压(稳流二极管) VL ---极限电压
双极型晶体管参数符号及其意义
Cc---集电极电容 Ccb---集电极与基极间电容 Cce---发射极接地输出电容 Ci---输入电容 Cib---共基极输入电容 Cie---共发射极输入电容 Cies---共发射极短路输入电容 Cieo---共发射极开路输入电容 Cn---中和电容(外电路参数) Co---输出电容 Cob---共基极输出电容.在基极电路中,集电极与基极间输出电容 Coe---共发射极输出电容 Coeo---共发射极开路输出电容 Cre---共发射极反馈电容 Cic---集电结势垒电容 CL---负载电容(外电路参数) Cp---并联电容(外电路参数) BVcbo---发射极开路,集电极与基极间击穿电压 BVceo---基极开路,CE 结击穿电压 BVebo--- 集电极开路 EB 结击穿电压 BVces---基极与发射极短路 CE 结击穿电压 BV cer---基极与发射极串接一电阻,CE 结击穿电压 D---占空比 fT---特征频率 fmax---最高振荡频率.当三极管功率增益等于 1 时的工作频率 hFE---共发射极静态电流放大系数 hIE---共发射极静态输入阻抗 hOE---共发射极静态输出电导 h RE---共发射极静态电压反馈系数 hie---共发射极小信号短路输入阻抗 hre---共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe---共发射极小信号短路电压放大系数 hoe---共发射极小信号开路输出导纳 IB---基极直流电流或交流电流的平均值 Ic---集电极直流电流或交流电流的平均值 IE---发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo---基极接地,发射极对地开路,在规定的 VCB 反向电压条件下的集电极与基极之间的反向截止电流 Iceo---发射极接地,基极对地开路,在规定的反向电压 VCE 条件下,集电极与发射极之间的反向截止电流 Iebo---基极接地,集电极对地开路,在规定的反向电压 VEB 条件下,发射极与基极之间的反向截止电流 Icer---基极与发射极间串联电阻 R,集电极与发射极间的电压 VCE 为规定值时,集电极与发射极之间的反向截止电流 Ices---发射极接地,基极对地短路,在规定的反向电压 VCE 条件下,集电极与发射极之间的反向截止电流 Icex---发射极接地,基极与发射极间加指定偏压,在规定的反向偏压 VCE 下,集电极与发射极之间的反向截止电流 ICM---集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值. IBM---在集电极允许耗散功率的范围内,能连续地通过基极的直流电流的最大值,或交流电流的最大平均值 ICMP---集电极最大允许脉冲电流 ISB---二次击穿电流 IAGC---正向自动控制电流 Pc---集电极耗散功率 PCM---集电极最大允许耗散功率 Pi---输入功率 Po---输出功率 Posc---振荡功率 Pn---噪声功率 Ptot---总耗散功率 ESB---二次击穿能量 rbb'---基区扩展电阻(基区本征电阻) rbb'Cc---基极-集电极时间常数,即基极扩展电阻与集电结电容量的乘积 rie---发射极接地,交流输出短路时的输入电阻 roe---发射极接地,在规定 VCE,Ic 或 IE,频率条件下测定的交流输入短路时的输出电阻 RE---外接发射极电阻(外电路参数) RB---外接基极电阻(外电路参数) Rc ---外接集电极电阻(外电路参数) RBE---外接基极-发射极间电阻(外电路参数) RL---负载电阻(外电路参数) RG---信号源内阻 Rth---热阻 Ta---环境温度 Tc---管壳温度 Ts---结温 Tjm---最大允许结温 Tstg---贮存温度 td----延迟时间 tr---上升时间 ts---存贮时间 tf---下降时间 ton---开通时间 toff---关断时间 VCB---集电极-基极(直流)电压 VCE---集电极-发射极(直流)电压 VBE---基极发射极(直流)电压 VCBO---基极接地,发射极对地开路,集电极与基极之间在指定条件下的最高耐压 VEBO---基极接地,集电极对地开路,发射极与基极之间在指定条件下的最高耐压 VCEO---发射极接地,基极对地开路,集电极与发射极之间在指定条件下的最高耐压 VCER---发射极接地,基极与发射极间串接电阻 R,集电极与发射极间在指定条件下的最高耐压 VCES---发射极接地,基极对地短路,集电极与发射极之间在指定条件下的最高耐压 VCEX---发射极接地,基极与发射极之间加规定的偏压,集电极与发射极之间在规定条件下的最高耐压 Vp---穿通电压. VSB---二次击穿电压 VBB---基极(直流)电源电压(外电路参数) Vcc---集电极(直流)电源电压(外电路参数) VEE---发射极(直流)电源电压(外电路参数) VCE(sat)---发射极接地,规定 Ic,IB 条件下的集电极-发射极间饱和压降 VBE(sat)---发射极接地,规定 Ic,IB 条件下,基极-发射极饱和压降(前向压降) VAGC---正向自动增益控制电压 Vn(p-p)---输入端等效噪声电压峰值 V n---噪声电压 Cj---结(极间)电容, 表示在二极管两端加规定偏压下,锗检波二极管的总电容 Cjv---偏压结电容 Co---零偏压电容 Cjo---零偏压结电容 Cjo/Cjn---结电容变化 Cs---管壳电容或封装电容 Ct---总电容 CTV---电压温度系数.在测试电流下,稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比 CTC---电容温度系数 Cvn---标称电容 IF---正向直流电流(正向测试电流).锗检波二极管在规定的正向电压 VF 下,通过极间的电流;硅整流管,硅堆在规定的使用条 件下,在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流(平均值),硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流;测稳压 二极管正向电参数时给定的电流 IF(AV)---正向平均电流 IFM(IM)---正向峰值电流(正向最大电流).在额定功率下,允许通过二极管的最大正向脉冲电流.发光二极管极限电流. IH---恒定电流,维持电流. Ii--- 发光二极管起辉电流 IFRM---正向重复峰值电流 IFSM---正向不重复峰值电流(浪涌电流) Io---整流电流.在特定线路中规定频率和规定电压条件下所通过的工作电流 IF(ov)---正向过载电流 IL---光电流或稳流二极管极限电流 ID---暗电流 IB2---单结晶体管中的基极调制电流 IEM---发射极峰值电流 IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流 IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流 ICM---最大输出平均电流 IFMP---正向脉冲电流 IP---峰点电流 IV---谷点电流 IGT---晶闸管控制极触发电流 IGD---晶闸管控制极不触发电流 IGFM---控制极正向峰值电流 IR(AV)---反向平均电流 IR(In)---反向直流电流(反向漏电流).在测反向特性时,给定的反向电流;硅堆在正弦半波电阻性负载电路中,加反向电压规 定值时,所通过的电流;硅开关二极管两端加反向工作电压 VR 时所通过的电流;稳压二极管在反向电压下,产生的漏电流;整流 管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流. IRM---反向峰值电流 IRR---晶闸管反向重复平均电流 IDR---晶闸管断态平均重复电流 IRRM---反向重复峰值电流 IRSM---反向不重复峰值电流(反向浪涌电流) Irp---反向恢复电流 Iz---稳定电压电流(反向测试电流).测试反向电参数时,给定的反向电流 Izk---稳压管膝点电流 IOM---最大正向(整流)电流.在规定条件下,能承受的正向最大瞬时电流;在电阻性负荷的正弦半波整流电路中允许连续通过锗 检波二极管的最大工作电流 IZSM---稳压二极管浪涌电流 IZM---最大稳压电流.在最大耗散功率下稳压二极管允许通过的电流 iF---正向总瞬时电流 iR---反向总瞬时电流 ir---反向恢复电流 Iop---工作电流 Is---稳流二极管稳定电流 f---频率 n---电容变化指数;电容比 Q---优值(品质因素) δvz---稳压管电压漂移 di/dt---通态电流临界上升率 dv/dt---通态电压临界上升率 PB---承受脉冲烧毁功率 PFT(AV)---正向导通平均耗散功率 PFTM---正向峰值耗散功率 PFT---正向导通总瞬时耗散功率 Pd---耗散功率 PG---门极平均功率 PGM---门极峰值功率 PC---控制极平均功率或集电极耗散功率 Pi---输入功率 PK---最大开关功率 PM---额定功率.硅二极管结温不高于 150 度所能承受的最大功率 PMP---最大漏过脉冲功率 PMS---最大承受脉冲功率 Po---输出功率 PR---反向浪涌功率 Ptot---总耗散功率 Pomax---最大输出功率 Psc---连续输出功率 PSM---不重复浪涌功率 PZM---最大耗散功率.在给定使用条件下,稳压二极管允许承受的最大功率 RF(r)---正向微分电阻.在正向导通时,电流随电压指数的增加,呈现明显的非线性特性.在某一正向电压下,电压增加微小量 △V,正向电流相应增加△I,则△V/△I 称微分电阻 RBB---双基极晶体管的基极间电阻 RE---射频电阻 RL---负载电阻 Rs(rs)----串联电阻 Rth----热阻 R(th)ja----结到环境的热阻 Rz(ru)---动态电阻 R(th)jc---结到壳的热阻 r δ---衰减电阻 r(th)---瞬态电阻 Ta---环境温度 Tc---壳温 td---延迟时间 tf---下降时间 tfr---正向恢复时间 tg---电路换向关断时间 tgt---门极控制极开通时间 Tj---结温 Tjm---最高结温 ton---开通时间 toff---关断时间 tr---上升时间 trr---反向恢复时间 ts---存储时间 tstg---温度补偿二极管的贮成温度 a---温度系数 λp---发光峰值波长 △ λ---光谱半宽度 η---单结晶体管分压比或效率 VB---反向峰值击穿电压 Vc---整流输入电压 VB2B1---基极间电压 VBE10---发射极与第一基极反向电压 VEB---饱和压降 VFM---最大正向压降(正向峰值电压) VF---正向压降(正向直流电压) △VF---正向压降差 VDRM---断态重复峰值电压 VGT---门极触发电压 VGD---门极不触发电压 VGFM---门极正向峰值电压 VGRM---门极反向峰值电压 VF(AV)---正向平均电压 Vo---交流输入电压 VOM---最大输出平均电压 Vop---工作电压 Vn---中心电压 Vp---峰点电压 VR---反向工作电压(反向直流电压) VRM---反向峰值电压(最高测试电压) V(BR)---击穿电压 Vth---阀电压(门限电压) VRRM---反向重复峰值电压(反向浪涌电压) VRWM---反向工作峰值电压 V v---谷点电压 Vz---稳定电压 △Vz---稳压范围电压增量 Vs---通向电压(信号电压)或稳流管稳定电流电压 av---电压温度系数 Vk---膝点电压(稳流二极管) VL ---极限电压
场效应管参数符号意义
Cds---漏-源电容 Cdu---漏-衬底电容 Cgd---栅-源电容 Cgs---漏-源电容 Ciss---栅短路共源输入电容 Coss---栅短路共源输出电容 Crss---栅短路共源反向传输电容 D---占空比(占空系数,外电路参数) di/dt---电流上升率(外电路参数) dv/dt---电压上升率(外电路参数) ID---漏极电流(直流) IDM---漏极脉冲电流 ID(on)---通态漏极电流 IDQ---静态漏极电流(射频功率管) IDS---漏源电流 IDSM---最大漏源电流 IDSS---栅-源短路时,漏极电流 IDS(sat)---沟道饱和电流(漏源饱和电流) IG---栅极电流(直流) IGF---正向栅电流 IGR---反向栅电流 IGDO---源极开路时,截止栅电流 IGSO---漏极开路时,截止栅电流 IGM---栅极脉冲电流 IGP---栅极峰值电流 IF---二极管正向电流 IGSS---漏极短路时截止栅电流 IDSS1---对管第一管漏源饱和电流 IDSS2---对管第二管漏源饱和电流 Iu---衬底电流 Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数) gfs---正向跨导 Gp---功率增益 Gps---共源极中和高频功率增益 GpG---共栅极中和高频功率增益 GPD---共漏极中和高频功率增益 ggd---栅漏电导 gds---漏源电导 K---失调电压温度系数 Ku---传输系数 L---负载电感(外电路参数) LD---漏极电感 Ls---源极电感 rDS---漏源电阻 rDS(on)---漏源通态电阻 rDS(of)---漏源断态电阻 rGD---栅漏电阻 rGS---栅源电阻 Rg---栅极外接电阻(外电路参数) RL---负载电阻(外电路参数) R(th)jc---结壳热阻 R(th)ja---结环热阻 PD---漏极耗散功率 PDM---漏极最大允许耗散功率 PIN--输入功率 POUT---输出功率 PPK---脉冲功率峰值(外电路参数) to(on)---开通延迟时间 td(off)---关断延迟时间 ti---上升时间 ton---开通时间 toff---关断时间 tf---下降时间 trr---反向恢复时间 Tj---结温 Tjm---最大允许结温 Ta---环境温度 Tc---管壳温度 Tstg---贮成温度 VDS---漏源电压(直流) VGS---栅源电压(直流) VGSF--正向栅源电压(直流) VGSR---反向栅源电压(直流) VDD---漏极(直流)电源电压(外电路参数) VGG---栅极(直流)电源电压(外电路参数) Vss---源极(直流)电源电压(外电路参数) VGS(th)---开启电压或阀电压 V(BR)DSS---漏源击穿电压 V(BR)GSS---漏源短路时栅源击穿电压 VDS(on)---漏源通态电压 VDS(sat)---漏源饱和电压 VGD---栅漏电压(直流) Vsu---源衬底电压(直流) VDu---漏衬底电压(直流) VGu---栅衬底电压(直流) Zo---驱动源内阻 η---漏极效率(射频功率管) Vn---噪声电压 aID---漏极电流温度系数 ards---漏源电阻温度系数
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八、场效应晶体管放大器
1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管做整个电子设备的输入级，可以获得一般晶体管很难达到的性能。
2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类，其控制原理都是一样的。如图1-1-1是两种型号的表示符号：
3、场效应管与晶体管的比较
（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。
（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。
（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。
（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用
新闻事件： 晶体管也玩立体化 Intel Ivy Bridge前景乐观
事件影响： Intel推出了IvyBridge处理器 22nm的3D晶体管首次亮相
今年年初，Intel正式发布了SandyBridge架构，从笔记本、台式机到服务器都一应俱全，几个月内SnB大潮就已经席卷了整个市场。如今在桌面平台方面，已经更新到第二代Z68等芯片组了，推陈出新速度非常之快。
然而今年的处理器市场竞争非常激烈，三季度AMD的推土机平台就要上市，之前的Llano架构APU就很受关注，其整合的显示核心性能超越了Intel同类产品，功耗方面也得到了很好的控制。因此推土机平台更加值得期待。
不过作为业界老大的Intel自然也有自己的对策，接连抛出了SandyBridge-E和IvyBridge，用以对抗AMD推土机。
SandyBridge-E可以看做是SnB的增强版本，拥有更大容量的三级缓存，支持四通道DDR3内存和更高频率和双路全速PCI-E2.0x16显卡并联，超频不错，存储方面也非常灵活性，支持多达十四个SATA接口，其中十个支持SATA6Gbps、八个支持SAS。
而IvyBridge则是Intel的下一代平台，它将3D晶体管引入了CPU之中，也是首款采用3D晶体管的产品。接下来就让我们来具体了解一下IvyBridge吧。
IvyBridge平台性能强大
IvyBridge处理器采用22nm新工艺制造，在内核架构上与32nmSandyBridge没有太大变化，只是一些细节上的增强和完善，比如支持PCI-E3.0标准规范，内存支持1.5VDDR3-1600。
IvyBridge处理器仍将由处理核心、三级缓存、图形核心、内存控制器、系统助手、显示控制器、显示接口、PCI-EI/O控制器、DMI总线控制器等众多模块整合而成。
IvyBridge处理器拥有8MB三级缓存、超线程技术、TurboBoost2.0动态加速技术、LLCCPU/GPU缓存共享、改进的AVX/AES-NI指令集、电源感应中断路由节能与性能提升技术、DDR电源栅极内存待机节能技术、PCI-E3.0标准规范、第七代图形核心(6/16个执行单元并支持EU电源栅极待机节能)、三屏独立输出、eDP(嵌入式DisplayPort)输出接口、PECI3.0标准规范。
IvyBridge整合的图形核心是Intel的第七代产品，EU执行单元数量最多增至16个，3D方面支持DirectX11、OpenGL3.1、OpenCL1.1。
多媒体方面Intel表示，IvyBridge的QuickSync技术可组建的端到端(EndtoEnd)的高画质会议方案。也就是说可以实现高画质的实时编码，这一点Intel在IDF上就曾经做过演示，非常值得期待。
22nm的3D晶体管首次亮相
从规格方面来看，IvyBridge与当前的SandyBridge区别不是很大，基本就是新技术的加入与增强，而22nm的3D晶体管则是首次应用到处理器当中。
IvyBridge是首款使用3DTri-Gate晶体管的量产芯片。3D晶体管和2D平面晶体管有本质性的区别，它不只可以用在电脑、手机和消费电子产品上，还可以用在汽车、宇宙飞船、家用电器、医疗设备和其它多种产品中。
3DTri-Gate晶体管是什么原理呢?简单的说就是立体化。传统晶体管是2D布局，类似于平房住户，居住的人数非常有限，而工艺的进步则是在有限的空间内压缩面积而已，这样的形式已经出现了瓶颈。3D晶体管就相当于楼房，居住面积立体化，大大节省了空间，是当前晶体管数量激增后一个更好的解决方案。
3-DTri-Gate使用一个非常薄的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极，形象地说就是从硅基底上站了起来。硅鳍片的三个面都安排了一个栅极，其中两侧各一个、顶面一个，用于辅助电流控制，而2-D二维晶体管只在顶部有一个。由于这些硅鳍片都是垂直的，晶体管可以更加紧密地靠在一起，从而大大提高晶体管密度。
通过使用3D晶体管，芯片可以在低电压和低泄露下运行，从而使性能和能耗取得大幅改进。在低电压条件下，22纳米的3-DTri-Gate晶体管比英特尔32纳米平面晶体管性能提高37%。这意味着它能用在许多小的手持设备中。另外，在相同的性能条件下，新的晶体管耗电不及2D平板晶体管、32纳米芯片的一半。
据Intel方面透露，22纳米的芯片性能比现在的32纳米芯片更高。为了扩大制程技术的优势，赶上移动竞赛，上个月英特尔将2011年资本开支提高到102亿美元，原定数额为90亿美元，目的是落实12纳米制程的开发。
目前，Intel的IvyBridge还未进行大规模量产，但Intel也表示IvyBridge可能会提前发布，目的在于对抗即将上市的推土机。从产品技术方面来看，IvyBridge并没有过多出彩的地方，仅仅是SandyBridge的升级版本;而从工艺角度讲，IvyBridge所基于22nm的3-DTri-Gate晶体管则是首次应用到实际产品中，也是晶体管发展的一场革命。不过从当前的一些资料来看，IvyBridge工程样板的测试中功耗表现并不突出，看来还需要进一步优化。
而至截稿之前的最新消息显示，Intel将于2012年3月份到4月份期间正式推出下一代SocketLGA1155插槽22纳米IvyBridge处理器，并且在最新的Roadmap中已有显示。推土机性能到底如何，IvyBridge能否提前到来，让我们拭目以待吧!
中心议题：
常见负载的驱动电路 驱动电路及元件的选择 驱动电路的软件仿真及硬件实验
在电子制作时，经常涉及到需要控制蜂鸣器、继电器、电机等元件，发现晶体管负载的不同接法，效果差别很大，有的接法甚至会导致电路工作不可靠，下面将介绍常见的负载驱动电路、驱动电路及元器件的选择和使用进行讨论。
晶体管（又称三极管）可分为NPN 型和PNP 型，目前常用的NPN 型三极管有8050、9013、2N5551 等，PNP 型三极管有8550、9012、2N5401 等。
1、常见负载的驱动电路
图1 是NPN 型、PNP 型晶体管驱动各种负载的典型电路。要求使负载上得到最大的功率，晶体管上消耗最小的功率。
图1 NPN 型、PNP 型晶体管驱动各种负载的典型电路
2、驱动电路及元件选择
使用晶体管驱动负载主要利用晶体管的开关特性，也就是通过控制晶体管在饱和区和截止区之间切换来控制负载的接通和关闭。那么有的电子爱好者会问：什么时候选择NPN 型晶体管驱动电路？什么时候选择PNP 型晶体管驱动负载？对于相同类型的晶体管，该如何选择晶体管的具体型号？基极电阻应该如何选取？下面对这些问题作一下简要说明。
2.1.负载驱动电路的选择
选用NPN 型、还是PNP 型晶体管驱动负载，要看设计者的要求。如图1（a）、（c）、（e）是使用NPN 型晶体管驱动负载的电路，高电平“1”可以控制晶体管导通（负载通电）、低电平“0”使晶体管截止（负载断电）。而图1（b）、（d）、（f）是使用PNP 型晶体管驱动负载的电路，导通条件刚好相反。
2.2.晶体管型号的选择
NPN 型晶体管8050、9013、2N5551 的集电极最大电流分别为1500mA、500mA、600mA，PNP 型晶体管8550、9012、2N5401 的集电极最大电流分别为1500mA、500mA、500mA。驱动蜂鸣器、继电器、电机等负载，主要看晶体管集电极电流是否能满足负载要求。
2.3.基极电阻的选择
如图2 所示是NPN 型晶体管2N5551 的特性曲线，最下方选中的曲线对应Ib=1mA，最上方的曲线对应Ib=5mA。
图2 NPN 型晶体管2N5551 的特性曲线
由图2 中可以看出，基极电流Ib 越大，对应的集电极电流Ic 越大。我们如果希望负载上得到大的电流，那么基极电流就需要尽可能的大。图1 所示的各种驱动电路中，我们经常取基极电阻约1k，对应的基极电流约为4~5mA，集电极电流能满足负载要求。
3、Multisim仿真
初学者使用晶体管驱动负载时，有时会错误地把负载接在晶体管发射极一端，如图3（b）所示，这样做负载上得到的功率会比较小。我们可以通过仿真来分析。
图3
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为了说明晶体管负载的不同接法对驱动电路的影响，我们借助Multisim 10 仿真软件分析负载电阻为100、1k、10k 情况下图3（a）、（b）中电路的各个参数，得到的仿真结果如表1 和表2 所示。
从表1 和表2 中可以看出，如图3（a）所示负载接晶体管集电极的驱动电路，负载上得到的电压Ur 接近电源电压、得到的功率Pr 较大。如图3（b）所示负载接晶体管发射极的驱动电路，由于晶体管导通需要满足Ube>0.7V 条件，所以负载上得到的电压要比偏置电压低0.7V，最大约为4.3V，结果导致负载上得到的功率较小。
同样，对于PNP 型晶体管，负载接晶体管集电极一端时负载上得到的功率也较大。
4、硬件实验
我们制作了晶体管的测试电路板，分别对NPN 型晶体管2N5551、PNP 型晶体管2N5401 驱动电路中相同负载的不同接法做了实物测试。图4（a）是晶体管测试电路板的原理图，将图4（a）左边J1 的1、2 引脚短接，可以测试NPN 型晶体管负载驱动电路；将J1的2、3引脚短接，可以测试PNP型晶体管负载驱动电路。
图4（a）是晶体管测试电路板的原理图，图4（b）是晶体管测试电路的实物连接图，左侧的电流表显示电路的基极电流Ib，中间的电流表显示集电极电流Ic 或发射极电流Ie，右侧电压表显示晶体管集电极和发射极之间电压Uce。实验测得的数据如表3 所示。
表3 （测试条件Vcc=5.04V）
从表3 可以看出，在负载相同情况下，无论选用NPN 型晶体管或PNP 型晶体管，负载接在晶体管集电极端时负载上得到的电压较大、得到的功率也较多，晶体管压降小。
5、结论
通过Multsim 软件仿真和硬件实物测试，我们得出如下结论：在使用晶体管作开关驱动负载时，为了使负载上得到较大的功率，应该将负载接在三极管的集电极使用，通过基极的电流要0.1 倍的负载电流或更大。
新闻事件：法国和瑞士科学家研制成功高性能氮化镓晶体管
事件影响：
- 科学家可据高性能氮化镓晶体管研制出混合电子元件
- 氮化镓晶体管可使计算机、手机及动力电子设备更高效
据悉，法国和瑞士科学家首次使用氮化镓在（100）-硅（晶体取向为100）基座上，成功制造出了性能优异的高电子迁徙率晶体管（HEMTs）。此前，氮化镓只能用于（111）-硅上，而目前广泛使用的由硅制成的互补性金属氧化半导体（CMOS）芯片一般在（100）-硅或（110）-硅晶圆上制成。这表明，新晶体管能同由（110）-硅制成的CMOS芯片兼容，科学家可据此研制出兼具CMOS芯片的计算能力和氮化镓晶体管大功率容量的混合电子元件，以获得更小更快、能耗更低的电子设备。
晶体管主要由硅制成，用在高电压电路中，其作用是计算以及增强电子射频信号。瑞士苏黎世联邦高等工学院（ETH）的科伦坡·博罗内斯说：“硅是上帝赐予工程师们的礼物。硅不仅是做基座，也是做半导体和芯片的基本材料。”
然而，硅也有缺陷。当温度超过200摄氏度后，硅基设备开始出故障。氮化镓晶体管能应对1000摄氏度以上的高温；其能应对的电场强度也是硅的50多倍，这使科学家们可用氮化镓制造出更快的电子线路。博罗内斯说：“这一点对于通讯来说尤为重要，因为工程师们能借此更快更有效地处理信息。”
但科学家们一直认为氮化镓技术太过昂贵，不能取代硅技术。不过，最近工程师们开始利用氮化镓在构建动力电子设备方面的优势，希冀研发出更快、更耐热、能效更高的晶体管。
因为氮化镓和硅这两种材料的属性不同，很难将两者结合在一个晶圆上，并且在加热过程中可能也会产生裂痕。不过，在最新研究中，博罗内斯和法国国家科学研究中心的科学家成功地将氮化镓种植在（100）-硅晶圆上，制造出了新的氮化镓晶体管，也解决了高温可能产生裂痕的问题。
（100）-硅基座的成本为每平方厘米50美分，比常用的蓝宝石或碳化硅基座更便宜（碳化硅基座的成本为每平方厘米5美元至20美元），大大降低了氮化镓技术的成本。科学家们也可以使用硅制造出直径为30厘米的大晶圆，用蓝宝石或碳化硅则无法做到这些。
另外，氮化镓具有良好的耐热性能，因此由其制成的动力电子设备几乎不需要冷却。博罗内斯表示，如果移动通讯基站配备氮化镓晶体管，运营商将不再需要高能耗的冷却系统。照明能耗约占全球能耗的20%，用氮化镓制成的一个5瓦的灯泡与传统60瓦的白炽灯一样明亮，因此，氮化镓有助于为照明领域节省大量能源。
科学家们也已证明，氮化镓晶体管能更快发光，且频率可高达205G赫兹，足以使计算机、手机以及动力电子设备更快、更小且更经济。
中心议题：
功率晶体管二次击穿的原因 避免功率晶体管二次击穿的措施 开关电源中可选用的缓冲电路解决方案：
耗能式关断缓冲电路 耗能式开通缓冲电路 无源回馈关断缓冲电路 无源回馈开通缓冲电路 复合缓冲电路
随着电子技术的不断发展和新型元器件的问世， 开关电源以其体积小、重量轻、效率高、对电网电压适应范围宽等优势， 越来越受到大家的青睐， 在绝大多数领域中取代了传统的线性电源并被广泛地应用于不同的电子产品中。
在大部分的开关电源中， 功率开关晶体管工作在高电压、大电流的高频脉冲状态下，在这种条件下的开与关会给晶体管造成很大的冲击。二次击穿是造成晶体管损坏的重要原因之一。要设计出高性能、高可靠性的开关电源， 清楚地了解晶体管二次击穿的有关知识和避免措施很有必要。
本文分析了晶体管二次击穿的现象和产生原因， 并结合开关电源的设计及生产实际， 介绍了缓冲回路的应用及其它有关晶体管防护措施。
1 二次击穿的原因
二次击穿主要是由于器件体内局部温度过高造成。温度升高的原因是当正向偏置时由热不均衡性引起， 反向偏置时由雪崩击穿引起。
因为晶体管的热阻在管子内部各处分布是不均匀的， 在一些薄弱的区域， 温升将比其它部分高，形成所谓"热点", 局部温引起局部电流增加， 电流增加又使温度升高， 如此循环直至一个临界温度，造成管子的击穿。
雪崩击穿引起的二次击穿是由于发生一次雪崩击穿后， 在某些点上因电流密度过大， 改变了结的电场分布， 产生负阻效应从而使局部温度过高的一种现象。
2 避免二次击穿的措施
开通与关断损耗是影响开关器件正常运行的重要因素。尤其是晶体管在动态过程中易产生二次击穿的现象， 这种现象又与开关损耗直接相关， 所以减少自关断器件的开关损耗是正确使用器件的必备措施。要减少损耗可通过两条途径来实现：
（1） 在尽量低的集- 射极电压（ Vce ） 下关断晶体管；
（2） 射极电压升高过程中关断晶体管要尽量减小射极电流。引入缓冲电路是达到上述目的途径之一。
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103 开关电源中可选用的缓冲电路
在开关电源的设计中可选用下列缓冲电路， 以确保晶体管在安全区（SOA） 内运行。
1） 常用的关断缓冲电路是一种耗能式关断缓冲电路。它虽然耗能较多， 但电路简单。如图1 所示。
图1 常用的关断缓冲回路
它由RCD 网络与晶体管开关并联组成。当晶体管关断时， 负载电流经二极管D 给电容C充电，使管子的集电极电流逐渐减小。因为电容C 两端电压不能突变， 故而其集电极电压受到牵制。避免了集电极电压与电流同时达到最大值的情况， 因而不会出现最大的瞬时尖峰功耗。管子开通时， 电容放出能量并将其消耗在电阻上。
2） 两种常用的耗能式开通缓冲电路。
a.具有非饱和电抗的开通缓冲电路（图2） : 电感- 二极管网络与晶体管集电极串联， 形成开通缓冲电路。当管子开通时， 在集电极电压下降期间， 电感Ls 控制电流的上升率di/ dt .当管子关断时，贮存在电感Ls 中的能量1/ 2（LsI2m） 通过二极管Ds 续流，其能量消耗在Ds 和电抗器的电阻中。
图2 具有非饱和电抗的开通缓冲回路
b. 具有饱和电抗器的开通缓冲电路（图3） : 采用开通缓冲电路的目的就是为了使正在开通的晶体管在集电极电流较小时， 集电极电压就下降至0 , 以使开通损耗最小。特别对电感性负载效果更为显着。设计的饱和电抗器应作到： 集电极电压下降到零后， 缓冲电抗器处于饱和态； 在饱和前， 即集电极电压下降到零前， 电抗器呈高阻， 流过管子的磁化电流很小从而达到减小开通损耗的目的。
图3 具有饱和电抗的开通缓冲回路
3） 无源回馈关断缓冲电路（图4）： 图中Co 为转移电容， Dc 为回馈二极管，由这两个元件将能量回馈到负载上。当管子关断时，缓冲电容Cs 充电至电源电压Vcc ,在管子下一次开通时，负载电流从续流二极管Df 转移至晶体管。同时， Cs 上的电压谐振到Co 上。 当管子再关断时，电容Cs 再次充电，电容Co向负载放电，能量得到回馈。
图4 无源回馈关断缓冲回路
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4） 无源回馈开通缓冲电路（图5） :此电路通过变压器将磁场贮能回馈到电源。变压器为双线绕制，其原边具有一定电感；幅边的极性与原边相反，并且接有反向二极管。管子开通时，原边承受全部电源电压，副边无通电回路。管子关断时，副边感应电压极性换向，当其电压高于电源电压Vcc 时， 向电源馈送能量。
图5 无源回馈开通缓冲回路
5） 复合缓冲电路： 将开通缓冲电路与关断缓冲电路结合在一起， 则形成复合缓冲电路， 在晶体管开通和关断时复合缓冲电路均有保护作用。这种电路也分为耗能式和馈能式两类。
a. 耗能式复合缓冲电路（图6） : 在管子开通时， 缓冲电容经Cs 、Rs 、Ls 回路放电， 减少了管子承受的电流上升率。此外，在管子开通时，电感Ls 还可限制续流二极管Df 的反向恢复电流。
图6 耗能式复合缓冲回路
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b. 馈能式复合缓冲电路（图7） : 当晶体管关断时， 电容Co和电感Ls 并联运行，将贮存的能量馈送到负载。当电容Co 放电时，电感Ls 上的电压逐渐减小为0 ,在这段时间内负载电流经续流二极管Df 导通。
图7 馈能式复合缓冲回路
上述各种缓冲电路不外乎分为两大类型， 即耗能式和馈能式。耗能式线路简单但相对耗能较高，适合于较小功率电源使用。馈能式线路复杂， 但在大功率电源中， 如果将缓冲电路所耗散的能量以热的形式散发， 势必造成很大麻烦， 因此， 要采用馈能式缓冲电路。
4 其它保护措施
传统上我们在开关电源输入单元的设计中， 在整流桥和滤波电容之间加入一个线绕电阻或负温系数的热敏电阻R , 用以抑制开启瞬间的浪涌电流， 同时它在某种程度上延缓了滤波电容两端电压的上升速度（如图8 示） .设计中要在电压达一定值时就使脉宽调制IC 工作， 再配合IC 上所设的软启电路， 使得功率晶体管在相对低的电压下以相对短的导通时间开始工作， 并逐步达到稳定状态。设计好这个时序， 能很好地提高电源的可靠性。图中的可控硅SCR 一般用在较大功率电源中， 其控制端与功率变压器的一个副绕组相连， 在电源正常工作后使其导通， 以减小功耗。
图8 传统开关电源中的输入单元
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笔者在1000W半桥式开关电源的设计中， 首次用一个单向可控硅代替前端AC 输入整流桥的一个桥臂， 其控制端由主变压器的一个副绕组来控制（如图9 所示） .这样， 在电源接通的初始态， 该整流桥处于半波整流态。待电源启动后， 可控硅导通， 整流桥转为全波整流。由此可达到降低启动电压的目的。同时， 还可有效地抑止浪涌电流。实践证明， 该电路简单可靠很值得大家借鉴。
图9 实用软启动电路
结束语
有效地避免主开关管的二次击穿是提高开关电源可靠性的关键， 也是值得研究的一个课题。当前， 开关电源正朝着高频化、大功率化的方向发展， 上面所讨论的问题会显得更为突出。应引起足够的重视。
中心议题： 判别端子的晶体管测试仪解决方案： 电路使用两只CD4022或CD4017计数器IC1和IC2 测试时采用的是CD4520计数器与CD4028解码器
图1中的简单晶体管测试仪可以判断出晶体管的类型，并且能帮助检测出晶体管的发射极、集电极和基极。其方法是检查被测晶体管三个端子T1、T2和T3之间流过的各种可能电流方向的组合。
电路使用两只CD4022或CD4017计数器IC1和IC2；一只单门方波振荡器G4；以及一个CD4011四与非门，G1至G3。每个测试端子串接一对LED，用于指示电流的方向。LED的颜色直接表示出晶体管的结端。
图2是一个简单示意图，有助于理解测试的过程。每个端子都有一对NPN晶体管Q1与Q3和PNP晶体管Q4与Q6，连接到-V或+V上，它们在端子之间建立了所需电势差。电路生成端子之间所有可能或需要的+V与-V组合，以建立起结的关系。Q7和Q8作为电压转换器，而G1至G3是抑制器，防止T1至T3出现同时为+V和-V的冲突情况。
当一只正常晶体管插在测试端子之间时，它限制电流只能沿某些方向流动。串联的LED表示出这些方向，因此指示出了晶体管的类型。例如，对NPN晶体管，LED发光为红-绿-红；而对PNP晶体管，发光为绿-红-绿。
了解这点以后，就能轻松地选择出晶体管的基极。至于集电极与射极的区别，必须了解其特性，即在反偏时，基-射结的击穿要比基-集电极结更容易，后者在正常工作情况下是反偏的。
由于晶体管的基-集电极反偏击穿电压各不相同，因此电路提供了一种改变电源电压的简单方式（图3）。随着电压的升高，与发射极连接的两只LED都发光，而集电极只有一个LED发光（图2中b和d）。±4V的基本电压足够用于检测晶体管的基极或类型。如将电源电压从±4V增至±15V，就可以测试很多种晶体管的发射极。考虑到串联LED的压降，这个范围可为基射结提供最高26V以上的反向击穿电压。
本电路经过了测试，可正常工作。但是，测试时采用的是CD4520计数器与CD4028解码器（因为手头没有CD4022/CD4017 IC），这种替换应该不成问题。关键是电压电平，对CMOS器件的逻辑1或逻辑0来说，它们基本是相同的。另外，也可以只采用两个电源电压：±5V用于检测基极，±15V用于检测射极。
中心议题：
开关电源中开关晶体管的损耗 开关电源中开关晶体管的电子辐照实验 电子辐照双极晶体管和钳位型双极晶体管的比较
功率双极晶体管的损耗是开关电源总损耗中的最多的器件之一， 采用10M eV电子辐照来降低功率双极晶体管的下降延时， 以此来降低功率双极晶体管的关断损耗。在一个典型的充电器开关电源中， 85 V 交流输入电压下， 功率双极晶体管总损耗最多降低了42%, 系统效率提高了2.1%.
开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率体积比高、重量轻等特点， 因此被广泛应用于手机充电器和笔记本电脑适配器等消费类电子产品中， 如何降低开关电源的损耗受到越来越多的关注。而要在系统层面上优化使开关电源效率提高1% 左右， 已经变得非常困难。功率开关管是开关电源的核心部件之一， 其损耗是总的电源损耗最多的器件之一。为了使开关电源的变压器、电抗器等磁性元件和平滑波形的电容器小型化， 并且进一步提高电源系统的动态响应性能， 需要提高开关频率。但频率越高， 开关管的开关损耗越大， 这不仅降低了电能转换效率， 使开关管发热， 而且限制开关频率的提高， 严重时会影响电源系统的可靠性。因此，为了提高电源转换效率和工作频率， 就必须要降低开关管的损耗。
功率双极晶体管由于其低廉的成本， 在开关电源中作为功率开关管得到了广泛的应用。应用电子辐照技术可以减小少子寿命， 降低功率双极晶体管的储存时间、下降时间， 提高开关速度， 且一致性、重复性好， 成品率高， 这是高反压功率开关晶体管传统制造工艺无法比拟的。为了降低功率双极晶体管的损耗， 本文采用了10 MeV 电子辐照来减小其关断延迟时间， 提高开关电源转换效率。
通过在功率双极晶体管中加入钳位电路使得晶体管不能达到深饱和也能降低关断延时和关断损耗，本文也对电子辐照双极晶体管和钳位型双极晶体管进行了比较。
本文实验中采用的开关电源为BCD 半导体公司研发的3765序列充电器， 采用的功率双极晶体管是BCD半导体公司提供的APT13003E, 它被广泛应用于电子镇流器、电池充电器及电源适配器等功率开关电路中。
1 开关电源中开关晶体管的损耗
图1所示为一个典型的反激式开关电源示意图。在示意图中， 开关晶体管Q1 的集电极连接变压器T1.当控制器驱动为高电平时， Q1 导通， 能量存储到变压器T1 中。当控制器驱动为低电平时， Q1关断， 能量通过变压器T1 释放到后端。图2所示为开关晶体管开关过程中集电极电压和电流的波形示意图。
开关晶体管在工作过程中的损耗分为开关损耗和稳态损耗， 其中开关损耗包括导通损耗和关断损耗， 稳态损耗包括通态损耗和截止损耗， 其中截止损耗占总的损耗的比率很小， 可以忽略不计。我们把Vce由90% Vindc降到110% Vcesat所用的时间定义为导通延时， 即图2中的t1 - t0, 把IC 由90% Icmax下降到0所用的时间定义为关断延时， 即t3 - t2。
在开关晶体管开通时， 集电极电压在控制器驱动电压为高时， 基极电流变大， 集电极电压由Vindc下降为0, 此时由于变压器与原边并联的寄生电容两端的电压差也从0变为Vindc, 寄生电容充电， 因此在开关晶体管集电极产生一个尖峰电流， 另一方面， 如果副边整流二极管的反向恢复电流没有降到0, 也会进一步加大这个尖峰电流。开关晶体管出现集电极电压和电流交替现象， 产生导通损耗， 直到集电极电压降到Vcesat.导通损耗可以表示为：
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00在晶体管导通后， 集电极电流从0逐渐变大， 而Vcesat不为0, 因此产生通态损耗。通态损耗可以表示为：
在开关晶体管关断时， 集电极电流不能马上降为0, 而集电极电压已经从Vcesat开始上升， 在开关晶体管上产生电压电流交替现象， 从而产生关断损耗。
由于变压器是电感元件， 当开关突然关断时， 变压器电感元件电流不能突变， 会产生较大的反激电压， 阻碍电流变化， 通过电路加在开关管上， 产生比较大的损耗。关断损耗可以表示为：
开关管总的损耗可以表示为：
一般情况下， 关断损耗在开关损耗中占的比率最大， 而关断损耗跟开关晶体管的关断延迟时间有关， 减小关断延迟时间（ t3 - t2 ）， 加快集电极电流下降速度， 可以降低开关晶体管的总损耗。
2 电子辐照实验
电子辐照能在硅中引入多种深能级， 这些能级将根据其在禁带中的位置， 对电子空穴俘获截面的大小以及能级密度的大小等均对非平衡载流子的复合起贡献， 从而引起少子寿命、载流子浓度的降低，因此影响了与少子寿命有关的一些参数， 如晶体管的开关时间、电流放大系数（ hFE ）等。
实验中我们把未经封装的功率双极晶体管APT13003E 圆片分为四组， 其中第一组作为对照组， 不做辐照处理， 其余三组经过10M eV 的电子辐照， 辐照剂量分别为5 kGy、10 kGy、15 kGy, 辐照完成后， 经过200℃2 h的高温退火处理， 然后四组圆片经过封装后成为成品。表1是四组晶体管的FT测试结果。
表1 四组APT13003E 的FT测试结果
从表1中我们可以看到， 经过辐照后， 储存时间ts 随着辐照剂量的增大有很大幅度的减小， 下降时间tf 有所减小， 上升时间tr 有所增加； 电流放大系数随着辐照剂量的增加而下降； 饱和压降和击穿电压HBVceo随辐照剂量的增大而增大。
3 系统测试结果
将四组不同的APT13003E 开关晶体管放入同一个使用BCD半导体公司研发的AP3765充电器系统中， 该充电器的功率是3W, 输入交流电压范围是85V ~ 264 V, 输出直流电压是5 V.图3所示为85 V、115 V、230 V 和264 V 交流输入电压下， 使用电子辐照后的APT13003E 与常规的APT13003E在输出负载电流分别是0. 15 A、0. 30 A、0. 45 A、0. 60 A（即25%、50%、75%、100%负载）下的系统平均效率增加值。
图3 电子辐照后的APT13003E与常规的APT13003E在各个交流输入电压下系统平均效率增加百分比
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从图3 中可以看到， 在较低的交流输入电压（如85 V和115 V ）下， 使用辐照后的APT13003E比使用未辐照的APT13003E 系统效率都有所提高， 而在较高交流输入电压下（如230 V 和264 V ）， 辐照后的APT13003E 未能使系统效率提高。在85 V 交流输入电压下， 辐照剂量为10 kGy 的APT13003E的性能最好， 开关晶体管的总损耗由0. 209W 降低到0. 121W, 降低了42% , 使得系统整体效率提高了2. 1% , 若该开关晶体管采用TO - 92封装， 这将使开关晶体管的结温降低约11 ℃ ; 在115 V交流电压下， 系统的整体效率也提高了约1. 4%, 开关晶体管的结温将降低约7℃, 这就有效地提高开关晶体管的可靠性， 降低了开关电源的损耗。
当辐照剂量进一步增加到15 kGy后， 系统效率提高的幅度反而降低， 因此要获得最佳的系统效率，需要采用最合适的辐照剂量。
我们对85 V 和264 V 交流输入电压， 输出电流为0. 45 A 条件下四组APT13003E的集电极电压电流波形进行了测试， 分析了开关晶体管工作的各个阶段的损耗， 结果如表2所示， tON表示导通延时， toff表示关断延时， Tw 为开关周期， P in为充电器输入功率， P los STot为开关晶体管总的损耗， P loss tot /P in为开关晶体管损耗占系统输入功率的百分比。
表2 四组APT13003E在充电器系统中各个阶段的损耗分析
从表2中可以看出， 在85 V 交流输入电压下，辐照之后的APT13003E 比未辐照的APT13003E 的关断延时有了大幅的减小， 因此关断损耗大幅的减小， 如辐照为10 kGy的管子的关断损耗减小为未辐照管子的1 /6; 导通延时有所增加， 但增加的幅度较小， 导通损耗有较小的增加； 饱和压降随辐照剂量的增加而增加， 因此通态损耗随辐照剂量的增加而增加。开通损耗、通态损耗的增加与关断损耗的减小是一对矛盾， 因此必须选择合适的辐照剂量， 才能使开关晶体管总的损耗最小。
而在264 V输入电压下， 辐照后关断损耗只有较小幅度的减小， 因此总损耗基本不变， 系统效率也没有改善。如图4 和图5 分别为未经辐照的APT13003E 在85 V 和264 V输入电压下基极电流、集电极电压和电流的波形。比较图4和图5中可以看出， 在264 V 输入电压条件下导通时集电极电流的尖峰比起85 V 时要大很多， 这是因为导通时变压器寄生电容充电电压增大了2. 1倍， 但充电时间只增加了约0. 6倍， 所以充电电流就会大大增加， 这也导致了APT13003E 的导通损耗由85 V 下的0. 016W 变为264 V下的0. 183W, 此时导通损耗占了总的损耗的大部分， 而电子辐照对导通损耗并没有改善； 另一方面， 在APT13003E 关断时， 集电极电压并没有直接降到0, 而是先经过一个近100 ns的电流“ 尾巴”之后， 才又下降到0, 此时集电极电压已经比较大了， 因此这个电流“尾巴”所造成的损耗占关断损耗的比例较大。产生这个“尾巴”的原因是， 关断开关晶体管时， 由于管子的基区比较薄， 过大的基极电流引起较大的基区电位差， 使VBE 为负的情况下发射结局部正向偏置， 集电极电流迟迟降不下来。
图4 85 V交流输入电压下APT13003E基极电流、集电极电压、集电极电流波形图
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图5 264 V 交流输入电压下APT13003E 基极电流、集电极电压、集电极电流波形图
而经过电子辐照后的APT13003E, 其集电极电流的这个“尾巴”并没有减小， 所以造成了辐照后的APT13003E 的关断损耗并没有大幅的降低， 因此系统的效率并没有改善。我们一方面可以优化基极驱动电路， 使关断初始时基极反向电流不至于太大， 避免产生电流“尾巴”, 而关断的最后阶段突增反向基极电流， 则在高输入电压下， 系统的效率就会有所提高； 另一方面， 通过分段绕制、使用介电常数小的绝缘材料、适当增加绝缘层厚度和静电屏蔽等方法， 降低变压器的寄生电容， 降低开关晶体管的导通损耗，系统效率也将提高。
4 电子辐照管与钳位型开关管的比较
采用钳位型开关晶体管也能降低开关晶体管的关断延时， 其原理是通过钳位电路使VBC在晶体管导通时不能增加到深饱和所需的0. 7 V, 这样注入集电结两侧的少子很少， 使超量储存电荷很少， 这样储存时间大大缩短。采用钳位型开关晶体管主要有两种， 一种是在集电结并联肖特基二极管的晶体管，由于在高温下漏电电流较大， 其ts - Vcesat的Trade??o ff关系最差， 目前应用较少。另一种是横向PNP钳位型晶体管， 其结构图如图6所示， 它在高温下漏电较小， 能得到较好的Trade-off关系，电流放大系数基本不变， 目前得到了越来越多的应用， 如吉林华微电子股份有限公司研发的产品3DD13003A 就采用了这种结构。
图6横向PNP钳位型晶体管结构图
表3是AP3765序列充电器中采用经过10 kGy电子辐照的APT13003E 及3DD13003A 在85 V 和230 V 输入电压下输出负载电流分别是0. 15 A、0.30 A、0. 45 A、0. 60 A 系统平均效率的结果。从表3中可以看出， 10 kGy电子辐照后的APT13003E的效率与3DD13003A 的效率基本相同。
表3 AP3765充电器采用以下三种开关晶体管系统效率的比较
采用电子辐照工艺方法简单， 成本很低， 辐照后将使得开关晶体管的反向击穿电压增大， 使开关晶体管的可靠性增加， 特征频率基本不变， 其缺点是电流放大系数降低， 在大功率应用时可能会无法正常导通， 因此主要应用于中小功率开关电路中。而横向PNP钳位型开关晶体管对电流放大系数基本没有影响， 由于在侧面增加了一个pn 结， 所以晶体管面积和结电容会增加， 减小了晶体管的特征频率， 但不能提高反向击穿电压， 可以应用在双极数字电路和中小功率开关电路中。
5 结论
本文采用了10MeV 电子辐照来降低开关晶体管的下降延时， 以此来降低开关晶体管的关断损耗， 在较低交流输入电压下使得开关电源效率得到了提高，但在较高交流输入电压下由于变压器寄生电容充电造成导通损耗过大及关断阶段集电极电流“尾巴”的存在， 使得系统效率没有改善。由于电子辐照使得导通损耗和通态损耗增加， 因此只有采用合适的电子辐照剂量才能使系统效率得到最大的提高。采用合适的电子辐照剂量的开关晶体管与采用横向PNP钳位型晶体管的开关电源系统效率基本相同。
中心议题：晶体管的热阻测试技术原理 晶体管的热阻测试系统设计
解决方案：晶体管热阻测试系统构架及ΔVbe测试 热阻测试系统的软件实现
1.引言
热阻可以反映芯片、焊接层和管壳的烧结或粘结等质量问题，热阻特性对晶体管的可靠性有着至关重要的影响。利用晶体管ΔVbe参数与热阻在一定条件下满足某种数学关系式，通过测量晶体管ΔVbe参数间接地测试热阻参数，具有测量效率高、成本低、对器件无损伤等优点，但是晶体管热特性具有复杂、敏感及不稳定的特点。要达到实用需要的测量精度有较大的难度，目前，国外已研制出原理性的热阻测试系统。国内市场迫切需要性价比较高的晶体管测试筛选设备。
本系统能对功率双极型晶体管 (NPN 和 PNP 型) 测量瞬态热阻和稳态热阻，还能测试二极管和发光管热阻。通过加载测试条件到测试系统，根据晶体管的热阻特性反映的温度变化，在计算机屏幕上显示测量数据，并根据测试结果进行快速筛选。系统具有接触检测和震荡探测功能，以防止接触不良和震荡造成的温度测量错误，系统还具有防雪崩的自我保护电路，可用作测量安全工作区SOA (safe operating area)，以提高了测试系统的稳定性。
2.热阻测试技术
晶体管的热阻一般由芯片热阻、芯片管座接触热阻和管壳热阻组成。生产中与芯片烧结有关的芯片管座接触热阻最难以控制，烧结不好，会使管座芯片热阻大大增加，使用中会由于结温过高而导致器件失效。
晶体管在脉冲工作状态下的热阻为结温升值与耗散脉冲功率幅值之比。对功率晶体管通常以壳温作为温度参考点，其表达式为：θjc=(Tj-Tc)/P，其中Tj为芯片结温，Tc为壳温，P为脉冲功率。热阻测量归结为对脉冲功耗P、Tc壳温及结温Tj的测量，显然晶体管的结温Tj无法进行直接测量。为此，利用发射结的正向压降Vbe与结温Tj在一定的范围内有很好的线性关系：ΔVbe =M·ΔTj，其中M为温敏参数，这一关系被用作测量晶体管器件热阻的物理基础，而测量ΔVbe需要设定以下几个主要参数，它们分别是Vcb（C，B极间电压）；Ie（加载电流）；Im (感应电流)；Pt（功率时间）；Dt（延迟时间）；upper limit(上限)；lower limit(下限)。由于各个生产厂家在工艺上的一些差别，有时虽为同一型号的管子，但属于不同厂家的产品，施加的脉冲功率、测试时间及选择的温敏参数都有所不同。
3.测试系统构架
热阻测试系统的基本构架是计算机通过软件控制精密模拟和数字电路，实现对被测器件的条件施加→结果采样→筛选→计算→比较→判别等一系列程序控制，完成对被测器件电参数的自动测试，每次测试的全过程小于0.2秒。系统主要有模拟多路板、数字多路板、ADC板、Im 板、Ie板和Vcb板组成，如图1所示。
图1 热阻测试系统的基本构架
4.Δvbe测试流程图
ΔVbe是晶体管的一个重要参数，它与晶体管的热阻有一个定量的线性关系，它反映了晶体管的功耗能力，对晶体管的封装工艺及失效分析有着重要的指导意义，对ΔVbe测试流程如下图2所示。
图2 ΔVbe测试流程
5.软件功能实现模块
系统软件设计则是使用visual C++语言和汇编语言二者相结合完成的，软件功能实现模块有：
1、户管理模块，程序运行时需要确定用户的身份，用户类型有操作员、维护员、工程师、系统管理员。操作员权限是运行测试程序；维护员权限是测试仪器的自检和校准；工程师权限是编辑测试程序；系统管理员具有全部权限。
2、编辑模块，用于器件选择、分类设置、调试、建立测试程序，初始测试程序的界面如图3所示：
图3 初始测试程序界面
3、运行模块，根据用户的参数设置，对器件进行测试，并将测试结果和数据显示在计算机屏幕上。
4、其它模块，有系统工具、筛选模块、打印模块等。系统工具，具有自检校准仪器，用于对热阻测试系统的自检、校准、磁场测试；筛选模块，可根据用户设置的筛选条件，对器件进行不同测试，将测试结果发送到筛选机；打印模块，可根据预先设置，将测试结果和数据以相应格式打印，供分析和存档。
新闻事件：
韩科研人员制造出以可伸缩透明石墨烯为基底的新型晶体管
事件影响：
可伸缩石墨烯晶体管克服了传统半导体晶体管的缺陷
据悉，韩国科研人员制造出了一种以可伸缩的透明石墨烯作为基底的新型晶体管。由于石墨烯具有出色的光学、机械和电性质，新型晶体管克服了由传统半导体材料制成的晶体管面临的很多问题。
首尔崇实大学的曹贞和（音译）研究员和成均馆大学的安钟炫（音译）表示，这种新型石墨烯晶体管具有可被整合至其他材料的优势，只需在室温下通过印刷过程就能实现，无需真空或高温等苛刻的条件，大大简化了制造技术。这些系统的性能已远远超越了以传统材料作为基底的系统。
为了制造该晶体管，研究人员首先合成了单层石墨烯，并将它们一层一层堆放在铜箔上。再通过光刻和蚀刻技术，在石墨烯上摹制了电极和半导体沟道等晶体管必需的元素。而后将这些部件转移至可伸缩的橡胶基底，并用可伸缩的离子凝胶，将栅绝缘层和栅电极等剩余部件印刷在相关装置上。
一般来说，基于橡胶板等传统材料制成的普通基座，制造出同时能兼顾机械拉伸性和高光学透明度的晶体管几乎是不可能的。传统无机半导体材料制成的晶体管，由于机械性能很差，限制了自己的可伸缩范围。而此次研究的实验结果显示，新型装置能够延伸5%达1000次，并保有良好的电特性。
研究人员预测，这种新型石墨烯晶体管能够作为未来透明、可伸缩电子产品的重要组件，拥有传统电子材料很难达到的性能，并可应用于卷轴式显示器和共形生物传感器等。
安钟炫表示，他们下一步将努力提高现在石墨烯设备的延伸范围。他认为，可伸缩电子产品对于当前和未来的多种应用都十分有用，比如可穿戴式显示器和通讯设备、机器人的感应皮肤、健康监测器以及眼球照相机等；还可将可伸缩传感器嵌入手套和衣物，令外科医生能不间断地检测病患的血液pH值和其他化学物质水平等。