三極管的“雪崩擊穿”是怎麼一回事?

閔鋼毅


三極管是一個具有兩個PN結的半導體器件,它們的發射結和集電結所加的反向電壓若超過其允許值,PN結將會被反向擊穿。雪崩擊穿就是指加在三極管PN結兩端的反向電壓足夠大時,PN結內部載流子(電子或空穴)可能和晶體結構中的外層電子碰撞而使其脫離原子核的束縛,這種被撞出來的載流子在獲得能量之後,又去碰撞其它的外層電子,從而導致載流子突然急劇增加,這種擊穿就是雪崩擊穿。




▲ 三極管發射結和集電結等效電路。

上圖所示為NPN型三極管的等效電路,從圖中可見,其發射結和集電結可以視為一個二極管。三極管在使用時,不論其發射結還是集電結或者c-e兩極之間所加的反向電壓不能過高,否則三極管將可能被擊穿損壞。

對於NPN型硅三極管,其發射結的反向擊穿電壓一般都在5~7V,集電結的反向擊穿電壓一般從十幾伏到數百伏不等,具體大小與型號有關。譬如常用的9013三極管的BVcbo(即集電結的反向擊穿電壓)為40V,而高反壓三極管MJE13001的BVcbo可達600V。另外,三極管的c-e兩極之間所加的電壓也不能過高,否則管子也可能會被擊穿損壞。像上述的9013三極管的BVceo(即c-e兩極之間的擊穿電壓)為25V,MJE13001的BVceo為400V。一般三極管的BVceo略小於BVcbo。


▲ 三極管耐壓值的測試。

有興趣的讀者可以實測一下9013三極管的BVceo,測試時,將數字萬用表直流2mA檔串聯一個1MΩ的電阻接在9013的集電極與一個可調電源的正極之間,在電源電壓≤20V時,電流表顯示的電流不到1μA,當電源電壓>25V(約)時,電流表顯示的電流會急劇增大,此時說明管子已擊穿。不過由於電路中串聯有1MΩ的限流電阻,三極管雖然被擊穿,但不會發生熱擊穿,導致器件永久性損壞,只要電壓降低至管子的BVceo以下,管子還可以恢復正常。


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