为何晶体三极管会损坏

　　晶体三极管（下称“三极管”）在工作时，因工作电压过高、工作电流过大、工作状态不符合要求等都会造成损坏。那么，具体情况是如何发生呢？本文就这些问题结合教学和维修实践作一简单分析，供同行和初学者及维修人员参考。
　　
　　从三极管结构来看，它有两个PN结：发射结和集电结。三极管的损坏大多是由于PN结的损坏造成。在不同工作状态下发生损坏的情况都与这两个PN结的损坏情况有关。总的来说，工作于正向偏置的PN结，当通过的电流过大时，将会使它的耗散功率过大，结温超过极限值(一般情况下，硅管约为150℃，锗管约为70℃。)而烧坏（表现为PN结开路）。但由于正向偏置的PN结两端电压很低(硅管约为0,7伏V．锗管约为0.2V)，故此时不会使PN结发生击穿；工作于反向偏置的PN结如击穿（电击穿）后又未限制流过它的反向电流就会使电击穿演变为永久性的、不可逆的击穿（热击穿），此时反向电流与反向电压的乘积已超过PN结的允许耗散功率（称为“过耗”），PN结彻底损坏。结果有两种情况：～种是PN结电阻为零或正反接测出的电阻值均相同。但不为零；另一种就是PN结正反向电阻均很大或为无穷大。下面就几种不同情况进行简要分析。
　　
　　1．工作于放大状态的三极管

    工作于放大状态的三极管的特点是：发射结正向偏置、集电结反向偏置，有电流放大作用，故可能出现以下两种情况：
　　
　　(1)输入信号过强或偏置过高，使流过发射结的电流过大，发射结因过耗损坏；或虽尚未造成发射结损坏，但经管子的电流放大作用，使得流过集电极的电流过大，集电结因过耗而损坏。(2)集电极电压过高，使得集电结的反偏压过高造成集电结击穿，进一步使发射结损坏。
　　
　　上述两种情况中，出现较多的是后面一种。
　　
　　2．工作于饱和状态的三极管

  工作于饱和状态的三极管的特点是：发射结和集电结均正向偏置，三极管失去放大作用。因两个PN结承受的电压及c-e间的电压(即饱和压降VCES)均很低，一般不会出现击穿损坏，但是如果输入信号过强或偏置过高，就有可能使流过发射结的电流过大，造成发射结过耗使发射结损坏。同样，如果工作电压过高或负载较重，集电极饱和电流(ICs)将较大，有可能使集电结过耗而损坏。只要合理选择管子，出现这种损坏情况的机率还是比较低的。
　　
　　3．工作于截止状态的三极管

    当发射结处于反向偏置或零偏置时，三极管工作于截止状态。此时，通过各极的电流是反向电流，其值较小，接近于零，三极管失去放大作用。因此，各个PN结的损耗也很小，一般不会出现烧坏的现象，但由于各个PN结都是反向偏置，承受反偏压，故可能出现以下两种情况：
　　
　　(I)由于输入信号过强或加在发射结上的静态反偏压过高，有可能发射结击穿或进一步损坏。由于一般常用小功率管的发射结击穿电压(V(BR)EBO)都不高，如扩散型锗管约为1V，平面型硅管也只有4V左右，假若使用不慎，击穿现象常会发生。如遭雷击后三极管的损坏情况大多如此。(2)由于电源电压过高，使集电结反偏压过高，造成集电结击穿，集电结击穿后，如呈现短路，电源电压还会通过击穿了的集电结直接加在发射结上成为发射结的正向偏压而将发射结损坏。
　　
　　4、工作于脉冲状态的三极管

  三极管工作于脉冲状态就是指三极管在一定频率的脉冲输入信号的控制下不断交替工作于饱和与截止两种状态。三极管正常工作时的功耗是很小的，这是因为三极管集电极耗散功率(Pc)等于集电极电流(IC)与c-e间的电压(VCE)的乘积(即Pc=IcVCE)。在管子饱和导通时，虽然Ie大，但VCE小；而当管子截止时，尽管VCE较高，但Ic却很小。
　　
　　下面从四个方面来分析三极管在脉冲状态时的损坏情况：
　　
　　(1)输入信号不足（即“欠激励”）或三极管电流放大系数B大小，会使三极管无法完全进入饱和与截止状态，而工作于放大或饱和、截止的临界状态，导致VCE增加，功率消耗增大，如持续时间过长，集电结会因结温过高而损坏。如电视机出现行激励不足时，行管不能迅速地饱和与截止：造成行输出电路的功耗增加，引起行输出管发烫，一旦超过行输出管功耗的极限值，则会使行输出管烧坏，其时间间隔有长有短，有的开机即烧行输出管，有的工作一段时间后才烧行输出管。
　　
　　(2)输入信号过强（即“过激励”）时，在过高正向电压作用下，发射结虽然导通，但反向阻挡层变薄，使管子反向关断时间缩短，由于输入信号周期不变，截止（关断）时间变短，相当于管子导通时间变长，使Ic增大导致Pc增大而损坏。如电视机在更换了与原装件不匹配的行输出变压器、行偏转线圈、行推动变压器、行推动管、行输出管等元件后，都有可能引起加在行输出管b—e间的行激励脉冲幅值增大（即“过激励”），从而使行输出管温升增加和行输出管的开启损耗增大。显然在这种“过激励”情况下，行输出管将面临功耗过大而损坏和行逆程脉冲电压异常升高而被击穿的双重考验，实际情况是随着管子的温升，管子的耐压能力必然降低，故行输出管最终被击穿是在劫难逃。为此，现在带阻尼的行输出管内部的发射结几乎都并联了一只阻值在20Ω～60Ω的阻尼电阻，其目的就是防止因“过激励”而损坏行输出管。有的设计人员甚至还在行输出管外面的基极与发射极间并联阻尼电阻，防止过激励现象的发生。
　　
　　(3)输入信号的频率低于设计值较多时，导致IC(集电极电流的瞬时值)在一个周期内的平均值增加，长时间工作后使管子过耗而损坏。
　　
　　(4)三极管的特征频率(Ft)达不到要求时，会引起三极管由饱和状态转入截止状态时的损耗增加，长时间工作时亦会因过耗而损坏。如某SVGA显示器行输出管2SC3886损坏后，如用2SD1402代换就会出现：在中、低分辨率扫描模式下能正常工作，而在高分辨率(1024x768)扫描模式下，开机不久，甚至几秒内就可能损坏，此时行输出管发热烫手，分析原因可能就是在高分辨率扫描模式下，行频较高，而2SD1402的fT达不到要求所致，而在中、低分辨率扫描模式下，因行频较低，25D1402则可正常工作。另外，对于高清电视机屡烧行管现象，部分维修人员在代换推动管时，用普通的2SC4544、2SC2482之类来代换，亦会出现行管不定期的损坏，所以，高清电视的推动管是不能用普通三极管代换的，一般只能用原型号三极管替换，现在用的较多的型号是2SC2383(Ft=100MHz)。
　　
　　5．工作于倒置状态下的三极管

  三极管工作于倒置状态就是集电结和发射结互换使用。如TTL数字集成电路中作为信号输入用的多发射极三极管，当输入为“1”（高电平）时，就是一个倒置的三极管。三极管在倒置使用时，其两个PN结的偏置情况与工作在放大状态时是相反的，即发射结反向偏置，集电结正向偏置，故集电结可能烧坏断路，发射结可能击穿。
　　
　　6．大量实践证明

  要保证功率管安全工作，除了满足由ICM（集电极最大允许电流）、PCM（集电极最大允许耗散功率）、V(BR)CEO（集电极一发射极间反向击穿电压）所规定的安全工作条件外．还必须避免发生二次击穿。
　　
　　当集电极电压升高至V(BR)CEO时，集电极电流迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，被称为一次击穿（前述的“电击穿”），出现一次击穿后，如果由于外接串联电阻的限制，流过三极管的电流不太大，一般不会引起三极管特性变坏。待VCE(c-e间电压的瞬时值)减小到小于V(BR)CEO后，管子也就恢复正常工作，因此这种击穿是可逆的，不是破坏性的。但一次击穿出现后，如果继续增加外接电压，则Ie将继续增大，当Ic增大到某个临界点时，VCE会突然降低到一个较小的数值，然后Ic迅速增大，这种现象称为二次击穿。
　　
　　二次击穿的持续时间在纳秒到微秒的范围内，在这样短的时间内就能使三极管内部出现明显的电流集中点并引起局部过热，使三极管彻底损坏。发生二次击穿的过程是：结面某些薄弱点上电流密度增大，引起这些局部点的温度升高，从而使局部点上电流密度更大，温度更高……如此反复作用，最后导致过热点的晶体熔化，在c-e间形成低阻通道，导致VCE下降，Ic居8增，结果功率管尚未发烫就已损坏(这种现象叫“穿通”)。“穿通”后，穿透电流ICEO非常大，致使c-e短路，这时，如用万用表检查两个PN结的正反向电阻正常，c-e间的电阻却接近于零，说明三极管已穿通，不能再使用。
　　
　　因此二次击穿是不可逆、破坏性的。
　　
　　7．过流损坏和过压损坏三极管的特点

  用万用表测量损坏三极管的c-e静态电阻，如果c-e阻值在数百欧姆，一般是在使用过程中，过流后过热慢慢烧毁，在烧毁之前需要有一定的时间积累，三极管有发烫现象；如果c-e阻僮在数欧姆，此类情况一般是过压烧毁，多数都是瞬间意外突然烧毁的，在烧毁之前没有异常征兆，没有规律：或者是开机即烧，或者是使用几天也没有问题，或者是某次开机时突然烧毁。
　　
　　总之，三极管损坏的常见情况有上述几种，使用时为防止损坏应注意以下几点：(1)电源电压要适当，不宜过高；(2)输入信号要合适，防止信号过载；(3)负载要合适，防止短路；(4)脉冲输入信号的功率不宜太小、要保证三极管可靠截止和饱和：(5)脉冲输入信号的频率要准确；(6)正确选用三极管，使各项参数符合要求；(7)工作环境要符合三极管的工作条件；(8)必要时，在电路中采取保护措施。

本文关键字：三极管  器件命名及常用参数，元器件介绍 - 器件命名及常用参数