第15节 晶体管额定值和封装 (BJT) (修订中)
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与所有电气和电子元件一样，晶体管 (opens new window)的电压和电流量受到限制，每个晶体管都可以处理而不会造成损坏。由于晶体管比您现在看到的其他一些组件更复杂，因此它们往往具有更多种类的评级。以下是一些典型晶体管额定值的逐项描述。
# 1. 功耗
当晶体管在集电极和发射极之间传导电流时，它也会在这两点之间降低电压。在任何给定时间，晶体管消耗的功率等于集电极电流和集电极- 电阻 (opens new window)一样，晶体管的额定功率是每个可以安全耗散多少瓦而不会造成损坏。
高温是所有半导体器件的死敌，双极晶体管往往比大多数晶体管更容易受到热损坏。额定功率总是参考环境（周围）空气的温度。当晶体管要在 >25 o的较热环境中使用时，必须降低其额定功率_以_避免缩短使用寿命。
# 2. 反向电压
与二极管 (opens new window)一样，双极晶体管的 PN 结上允许的最大反向偏置电压是额定的。这包括发射极 - 基极结 V EB、集电极 - 基极结 V CB以及集电极到发射极 V CE的额定电压。
V EB，对于一些小信号晶体管，从发射极到基极的最大反向电压约为 7 V。一些电路设计人员将分立 BJT 用作带有串联限流电阻的7 V齐纳二极管。 (opens new window)模拟集成电路的晶体管输入也具有 V EB额定值，如果超过该值将导致损坏，不允许输入齐纳。
最大集电极-发射极电压 V CE的额定值可以被认为是它在截止模式（无基极电流）下可以承受的最大电压。当使用双极晶体管作为开关时，此额定值特别重要。小信号晶体管的典型值是 60 到 80 V。在功率晶体管中，这个值可以达到 1000 V，例如，阴极射线管显示器中的水平偏转晶体管。
# 3. 集电极电流
集电极电流 IC 的最大值将由制造商以安培为单位给出。小信号晶体管的典型值为 10s 至 100s mA，功率晶体管为 10s A。理解这个最大值假设一个饱和状态（最小集电极-发射极电压降）。如果晶体管_没有_饱和并且在集电极和发射极之间下降了相当大的电压，则可能会在最大集电极电流额定值之前超过最大功率耗散额定值。设计晶体管电路时要记住的一点
# 4. 饱和电压
理想情况下，饱和晶体管充当集电极和发射极之间的闭合开关触点，在全集电极电流时降为零电压。实际上，这_绝不_是真的。制造商将指定晶体管在饱和时的最大电压降，包括集电极和发射极之间以及基极和发射极之间（该 PN 结的正向电压降）。饱和时的集电极-发射极电压降通常预计为 0.3 伏或更低，但这个数字当然取决于特定类型的晶体管。低压晶体管，低 V CE，显示出较低的饱和电压。对于较高的基极驱动电流，饱和电压也较低。
基极-发射极正向压降 V BE与等效二极管的 ≅0.7 V 相似，这不足为奇。
# 5. 贝塔
集电极电流与基极电流之比__β是表征双极晶体管放大能力的基本参数__。在电路计算中，通常假定 β 是一个常数，但不幸的是，这在实践中远非如此。因此，制造商提供了一组 β（或“h fe”) 给定晶体管在各种工作条件下的数据，通常以最大/最小/典型额定值的形式。看到 β 在正常操作范围内变化的幅度可能会让您感到惊讶。一种流行的小信号晶体管 2N3903 被宣传为具有 15 到 150 的 β 值，具体取决于集电极电流的大小。通常，对于中等集电极电流，β 最高，对于非常低和非常高的集电极电流，β 会降低。h fe为小信号交流增益；hFE 的大交流信号增益或直流增益。
# 6. Α
集电极电流与发射极电流之比，α=I C /I E。α可以从β导出，即α=β/(β+1)。双极晶体管有多种物理封装。封装类型主要取决于晶体管所需的功耗，就像电阻一样：最大功耗越大，设备就必须越大才能保持凉爽。下图显示了三端半导体器件的几种标准化封装类型，其中任何一种都可用于容纳双极晶体管。除了具有三个连接点的双极晶体管之外，还有许多其他半导体器件。请注意，塑料晶体管的引脚输出可以在单一封装类型中有所不同，例如下图中的 TO-92。这是_不可能的_无需参考印在其上的零件编号或对其进行一组电气测试即可肯定地识别三端子半导体器件。
晶体管封装，尺寸单位为 mm。
像 TO-92 这样的小型塑料晶体管封装可以耗散几百毫瓦。金属罐，TO-18 和 TO-39，可以消耗更多的功率，几百毫瓦。TO-220 和 TO-247 等塑料功率晶体管封装的功耗远远超过 100 瓦，接近全金属 TO-3 的功耗。上图中列出的耗散额定值是作者所遇到的大功率器件的最大值。大多数功率晶体管的额定功率为所列功率的一半或更低。有关实际额定值，请参阅特定器件数据表。TO-220 和 TO-247 塑料封装中的半导体芯片安装在导热金属块上，该金属块将热量从封装背面传递到金属_散热器_，未显示。在将晶体管安装到散热器之前，先在金属上涂上一层薄薄的导热油脂。由于 TO-220 和 TO-247 块以及 TO-3 外壳连接到集电极，因此有时需要通过插入的云母或聚合物垫圈将它们与接地的散热器电隔离。功率包的数据表额定值仅在安装到散热器时有效。在没有散热器的情况下，TO-220 在自由空气中安全地耗散大约 1 瓦。
数据表的最大功耗额定值在实践中很难实现。最大功耗基于将晶体管外壳保持在不超过 25°C 的散热器。这对于风冷散热器来说是困难的。允许的功耗随着温度的升高而降低。这称为降额。许多功率器件数据表都包含功耗与外壳温度的关系图。
# 7. 总结
- 功耗：持续的最大允许功耗。
- 反向电压：最大允许 VCE、V CB、V EB。
- 集电极电流：最大允许集电极电流。
- _饱和电压_是饱和（全导通）晶体管中的 V CE电压降。
- β：β=I C /I B
- 阿尔法：α=I C /I E , α= β/(β+1)
- 晶体管_封装_是功耗的主要因素。更大的封装会消耗更多的功率。
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