晶体管参数在实际使用中的意义（三）
发布时间：2019-08-02 15:33:17来源：
四:对一些异常现象的分析思路和实例
了解晶体管的电参数，是为了用好晶体管。什么叫用好晶体管？是一个智者见智，仁者见仁的问题，我相信不会有唯一的答案。我想，作为电子应用工程师，除了对晶体管有所了解，还必须对其它的电子元器件有所了解。在你设计的电路中，就是你对这些元器件理解的组合。在一个电路中，让晶体管工作在比较合适的工作点上，发挥着比较佳性能，在完成所希望功能的同时，有较高的可靠性，对晶体管而言，基本就算用好了。实际上，晶体管只是我们通常使用的电子元器件中的一类，所有电子产品，都是各类电子元器件的有机组合体。因此，我们在设计一件电子产品时，就是把这些电子器件按人们的要求进行组合。因各人对电子器件的理解不同，对同一类产品的设计理念不同，就导致了功能各异、性能各异的电子产品。但从原则性角度上讲，我认为比较重要的是：要从“系统”的角度来看待在我们手中做出的产品。下面谈谈我亲身经历过的几件事。
一、在我负责收音机电路的售后服务时，曾碰到过这样一种现象，生产线上流出的成品，在入仓库，抽检中出现坏机，坏机的现象是调频灵敏度下降，噪声增大。经查，是主IC的调频输入端已损坏。失效率在3%以上。对此，分析了IC芯片、组装工艺、生产线的状态，均无异常。
对IC芯片进行解剖后发现，在输入端有电场击穿的痕迹。而对生产的现场，进行检查、跟踪，得出了都在该公司的质量控制范围的结论。而且，当时的天气并不是很干燥，找出这种高压电脉冲是从哪里来的，就成了当务之急。因为问题是在入库检查时发现的，所以，就从比较后一道工序往前走。走了几遍，没发现问题。这时我就对每道工序都提了个为什么――“此工序要达到的结果是什么”，然后再问一下自己，“此种操作，会引起IC的损伤吗”？
带着这样的心情再走在生产现场，果然就有收获了：比较后一道工序，是包装，而在包装前，该公司为了收音机表面的清洁，几乎对每台机都用一种有机溶剂，进行了擦试。用这种工艺对外接的拉杆天线进行处理进，产生的静电则由于没有泄放回路，而保留在整机中。当这些电荷通过IC的高放电路对地（对电源同）形成泄放时，而此IC的高放，是整块电路中比较薄弱的部分，所以就很可能使此IC损坏。想通后，就建议在此IC的高放输入端接入了双向保护二极管，问题得到解决。
二、在某电源整机厂，在相同的输出功率情况时，用晶体管Pcm较小（即芯片面积相对较小）的管子正常，而用Pcm较大（即芯片面积相对较大）的晶体管却大量损坏的现象。解剖这些失效的晶体管，都是过功率型损坏。在该公司现场了解到的情况使我大吃一惊：
1.振荡频率达到了75KHZ以上，部分在90KHZ；
2.该公司为了提高产品的质量，对所有整机都进行超功率1.2倍的高温老化。经现场计算，此时，晶体管的Pcm已经超出了规格书的数据。
对此，我作了如下解释：
1.双极型晶体管在用于开关电源时，受ts、tf等参数的影响，其振荡频率不能超过50KHZ，否则，晶体管在转换过程中，因通过放大区的时间太长，晶体管的功耗会明显增大，加上此电源又是处于密封状态，在这些综合因素的影响下，会使晶体管的失效率明显上升；
2.考核时（尤其是在高温环境下），不能让晶体管工作在过功率状态，至于说，为了提高整机的可靠性而加大老化功率，则更是无从谈起，因为，老化只是一种工艺筛选的手段，对产品设计时，只能起到验证的作用。而且，在高温环境中，对电子产品进行过功率老化，有可能使正常的晶体管受损，反而降低了产品的可靠性。
3.综合这些因素，我以为，只要使用这种方案，早晚要出事。所以当时就给出了两个方案：
1、客户改线路，至少要把考核的功率降下来;
2、改供应商。因为我公司产品的性能达不到该整机厂的要求。
此例给我一个启示：工程师在设计东西时，除了对整机要有一个正确的认识外，对电子元器件也要有正确的认识。不然，很可能是好心办坏事。
三、某公司在一款交换机的电源制作中，出现输出效率偏低的异常。一般，开关电源的振荡频率在35―50KHZ，此时常用肖特基管或快恢复二极管作为整流二极管（普通整流二极管的工作频率小于1000HZ）。由于此电源的开路电压较高，就选用了快恢复二极管（国产肖特基二极管的比较高反向击穿电压小于200V）。对此，我认为是整流二极管的工作效率不够而引起。但因没有检测设备，只能把这些异常的二极管带回公司进行测试。
首先，二极管的所有直流参数全部正常，但要对二极管测试交流参数，则必须在专用测试仪上进行。而此类设备，一般在非专业生产厂家，是不会有的。当时，考虑到普通的整流二极管与快恢复二极管肯定存在着某些差异，而要检测这类差异的，只有一台电容测试仪。于是就对比检测了普通整流二极管4007与107之间的结电容大小。发现反馈样品与4007的结电容量值几乎相同，而与公司库存快恢复二极管的结电容有明显的差异。于是得出了可能是供应商在发货中出现了混料的结论。把这些客户的反馈样品交供货商进行检测，得到了证实。
在前面所写的《晶体管参数在实际使用中的意义》中，提到了晶体管的饱和压降问题，有网友对此问题提出了不同意见。当时，没太在意。过后对此问题又重新思考一下，同时，在网上看看对问题的看法，结果发现，许多的理解是错误的，一些解释也是不完全的。因此，想对此问题重点说说。如有不同意见，欢迎讨论。
众所周知，一个普通的双极型晶体管有二个PN结、三种工作状态（截止、饱和、放大）和四种运用接法（共基、共发、共集和倒置）。对这两个PN结所施加不同的电位，就会使晶体管工作于不同的状态：两个PN结都反偏――晶体管截止；两个PN结都导通――晶体管饱和：一个PN结正偏，一个PN结反偏――晶体管放大电路（注意：如果晶体管的发射结反偏、集电结正偏，就是晶体管的倒置放大应用）。要理解晶体管的饱和，就必须先要理解晶体管的放大原理。
从晶体管电路方面来理解放大原理，比较简单：晶体管的放大能力，就是晶体管的基极电流对集电极电流的控制能力强弱。控制能力强，则放大大。但如果要从晶体管内部的电子、空穴在PN结内电场的作用下，电子、空穴是如何运动的、晶体管的内电场对电子、空穴是如何控制的等一些物理过程来看，就比较复杂了。
对这个问题，许多教课书上有不同的描述。我对此问题的理解是：当晶体管处于放大状态时，基极得到从外电源注入的电子流，部分会与基区中的空穴复合，此时产生的复合电流，构成了基极电流的主体。由于此时晶体管是处于放大状态，故集电结处于反偏。又因集电结的反偏，就在此PN结的内部，就形成了一个强电场，电场的方向由集电极指向基极，即集电极为正，基极为负。也就是说，在此PN结（集电结）联接集电极的一端，集中了大量带正电的空穴。当从基极注入的电子流进入基区后，一部分与基区内部的空穴进行了复合，而大部分电子则在强电场的作用下，被“拉”到了集电极，这种被电场“拉”到集电极的电子流，构成了集电极电流的主要组成部分。由于从基极注入的电子流，只有很少一部分在基区被复合，大部分电子是在集电结的强电场的作用下，集中到了集电极，构成了集电极电流的主体，所以，此时的集电极电流要远大于从基极注入的电流，这就是晶体管放大功能的物理模型。此时，是以NPN型晶体管进行举例。如果是PNP型晶体管，则只要把晶体管的极性由正换成负就行。
如果要从基极电流、集电极电流、发射极电流的组成、流动，PN结的能级等等方面来讲清晶体管的放大机理，就更复杂了。这在许多专业的教课书都有解释。
现在的问题是：如果增大晶体管基极的电流注入，晶体管还能工作在放大区吗？如果不能，则晶体管会从放大状态，向什么状态过渡？另外，基极电流的注入，能不能无限增加？也就是说，晶体管对基极电流有限制吗？限制的条件是什么？这就要从晶体管的放大状态，进入另一个状态的――饱和状态的讨论。在下面的讨论中，以共发射极电路进行。其它形式的放大电路，都可以用这种方法进行。
了解晶体管的电参数，是为了用好晶体管。什么叫用好晶体管？是一个智者见智，仁者见仁的问题，我相信不会有唯一的答案。我想，作为电子应用工程师，除了对晶体管有所了解，还必须对其它的电子元器件有所了解。在你设计的电路中，就是你对这些元器件理解的组合。在一个电路中，让晶体管工作在比较合适的工作点上，发挥着比较佳性能，在完成所希望功能的同时，有较高的可靠性，对晶体管而言，基本就算用好了。实际上，晶体管只是我们通常使用的电子元器件中的一类，所有电子产品，都是各类电子元器件的有机组合体。因此，我们在设计一件电子产品时，就是把这些电子器件按人们的要求进行组合。因各人对电子器件的理解不同，对同一类产品的设计理念不同，就导致了功能各异、性能各异的电子产品。但从原则性角度上讲，我认为比较重要的是：要从“系统”的角度来看待在我们手中做出的产品。下面谈谈我亲身经历过的几件事。
一、在我负责收音机电路的售后服务时，曾碰到过这样一种现象，生产线上流出的成品，在入仓库，抽检中出现坏机，坏机的现象是调频灵敏度下降，噪声增大。经查，是主IC的调频输入端已损坏。失效率在3%以上。对此，分析了IC芯片、组装工艺、生产线的状态，均无异常。
对IC芯片进行解剖后发现，在输入端有电场击穿的痕迹。而对生产的现场，进行检查、跟踪，得出了都在该公司的质量控制范围的结论。而且，当时的天气并不是很干燥，找出这种高压电脉冲是从哪里来的，就成了当务之急。因为问题是在入库检查时发现的，所以，就从比较后一道工序往前走。走了几遍，没发现问题。这时我就对每道工序都提了个为什么――“此工序要达到的结果是什么”，然后再问一下自己，“此种操作，会引起IC的损伤吗”？
带着这样的心情再走在生产现场，果然就有收获了：比较后一道工序，是包装，而在包装前，该公司为了收音机表面的清洁，几乎对每台机都用一种有机溶剂，进行了擦试。用这种工艺对外接的拉杆天线进行处理进，产生的静电则由于没有泄放回路，而保留在整机中。当这些电荷通过IC的高放电路对地（对电源同）形成泄放时，而此IC的高放，是整块电路中比较薄弱的部分，所以就很可能使此IC损坏。想通后，就建议在此IC的高放输入端接入了双向保护二极管，问题得到解决。
二、在某电源整机厂，在相同的输出功率情况时，用晶体管Pcm较小（即芯片面积相对较小）的管子正常，而用Pcm较大（即芯片面积相对较大）的晶体管却大量损坏的现象。解剖这些失效的晶体管，都是过功率型损坏。在该公司现场了解到的情况使我大吃一惊：
1.振荡频率达到了75KHZ以上，部分在90KHZ；
2.该公司为了提高产品的质量，对所有整机都进行超功率1.2倍的高温老化。经现场计算，此时，晶体管的Pcm已经超出了规格书的数据。
对此，我作了如下解释：
1.双极型晶体管在用于开关电源时，受ts、tf等参数的影响，其振荡频率不能超过50KHZ，否则，晶体管在转换过程中，因通过放大区的时间太长，晶体管的功耗会明显增大，加上此电源又是处于密封状态，在这些综合因素的影响下，会使晶体管的失效率明显上升；
2.考核时（尤其是在高温环境下），不能让晶体管工作在过功率状态，至于说，为了提高整机的可靠性而加大老化功率，则更是无从谈起，因为，老化只是一种工艺筛选的手段，对产品设计时，只能起到验证的作用。而且，在高温环境中，对电子产品进行过功率老化，有可能使正常的晶体管受损，反而降低了产品的可靠性。
3.综合这些因素，我以为，只要使用这种方案，早晚要出事。所以当时就给出了两个方案：
1、客户改线路，至少要把考核的功率降下来;
2、改供应商。因为我公司产品的性能达不到该整机厂的要求。
此例给我一个启示：工程师在设计东西时，除了对整机要有一个正确的认识外，对电子元器件也要有正确的认识。不然，很可能是好心办坏事。
三、某公司在一款交换机的电源制作中，出现输出效率偏低的异常。一般，开关电源的振荡频率在35―50KHZ，此时常用肖特基管或快恢复二极管作为整流二极管（普通整流二极管的工作频率小于1000HZ）。由于此电源的开路电压较高，就选用了快恢复二极管（国产肖特基二极管的比较高反向击穿电压小于200V）。对此，我认为是整流二极管的工作效率不够而引起。但因没有检测设备，只能把这些异常的二极管带回公司进行测试。
首先，二极管的所有直流参数全部正常，但要对二极管测试交流参数，则必须在专用测试仪上进行。而此类设备，一般在非专业生产厂家，是不会有的。当时，考虑到普通的整流二极管与快恢复二极管肯定存在着某些差异，而要检测这类差异的，只有一台电容测试仪。于是就对比检测了普通整流二极管4007与107之间的结电容大小。发现反馈样品与4007的结电容量值几乎相同，而与公司库存快恢复二极管的结电容有明显的差异。于是得出了可能是供应商在发货中出现了混料的结论。把这些客户的反馈样品交供货商进行检测，得到了证实。
在前面所写的《晶体管参数在实际使用中的意义》中，提到了晶体管的饱和压降问题，有网友对此问题提出了不同意见。当时，没太在意。过后对此问题又重新思考一下，同时，在网上看看对问题的看法，结果发现，许多的理解是错误的，一些解释也是不完全的。因此，想对此问题重点说说。如有不同意见，欢迎讨论。
众所周知，一个普通的双极型晶体管有二个PN结、三种工作状态（截止、饱和、放大）和四种运用接法（共基、共发、共集和倒置）。对这两个PN结所施加不同的电位，就会使晶体管工作于不同的状态：两个PN结都反偏――晶体管截止；两个PN结都导通――晶体管饱和：一个PN结正偏，一个PN结反偏――晶体管放大电路（注意：如果晶体管的发射结反偏、集电结正偏，就是晶体管的倒置放大应用）。要理解晶体管的饱和，就必须先要理解晶体管的放大原理。
从晶体管电路方面来理解放大原理，比较简单：晶体管的放大能力，就是晶体管的基极电流对集电极电流的控制能力强弱。控制能力强，则放大大。但如果要从晶体管内部的电子、空穴在PN结内电场的作用下，电子、空穴是如何运动的、晶体管的内电场对电子、空穴是如何控制的等一些物理过程来看，就比较复杂了。
对这个问题，许多教课书上有不同的描述。我对此问题的理解是：当晶体管处于放大状态时，基极得到从外电源注入的电子流，部分会与基区中的空穴复合，此时产生的复合电流，构成了基极电流的主体。由于此时晶体管是处于放大状态，故集电结处于反偏。又因集电结的反偏，就在此PN结的内部，就形成了一个强电场，电场的方向由集电极指向基极，即集电极为正，基极为负。也就是说，在此PN结（集电结）联接集电极的一端，集中了大量带正电的空穴。当从基极注入的电子流进入基区后，一部分与基区内部的空穴进行了复合，而大部分电子则在强电场的作用下，被“拉”到了集电极，这种被电场“拉”到集电极的电子流，构成了集电极电流的主要组成部分。由于从基极注入的电子流，只有很少一部分在基区被复合，大部分电子是在集电结的强电场的作用下，集中到了集电极，构成了集电极电流的主体，所以，此时的集电极电流要远大于从基极注入的电流，这就是晶体管放大功能的物理模型。此时，是以NPN型晶体管进行举例。如果是PNP型晶体管，则只要把晶体管的极性由正换成负就行。
如果要从基极电流、集电极电流、发射极电流的组成、流动，PN结的能级等等方面来讲清晶体管的放大机理，就更复杂了。这在许多专业的教课书都有解释。
现在的问题是：如果增大晶体管基极的电流注入，晶体管还能工作在放大区吗？如果不能，则晶体管会从放大状态，向什么状态过渡？另外，基极电流的注入，能不能无限增加？也就是说，晶体管对基极电流有限制吗？限制的条件是什么？这就要从晶体管的放大状态，进入另一个状态的――饱和状态的讨论。在下面的讨论中，以共发射极电路进行。其它形式的放大电路，都可以用这种方法进行。
众所周知，从晶体管的发射极、基极和集电极电位的关系中，可以非常方便地对晶体管的工作状态作出判断。对处于共发射极放大的NPN型晶体管而言，集电极电位>基极电位>发射极电位时，晶体管工作于放大状态。随着基极注入电流的增大，流出该管的集电极电流也就增大。此时流过负载电阻Rc的电流同时增加。此时，因晶体管工作于放大状态，故晶体管的集电极电流可用由下式表示：
Ic=Iceo+β*ib
当忽略晶体管的反向漏电流Iceo时，
Ic≈β*ib
可见，随着基极电流的增加，集电极电流以基极电流的β倍同步增加。此时，串于集电极回路的电阻Rc上的压降，也就随着Ic增大而增大。因晶体管的集电极电位Vce=电源电压减去集电极Rc上的压降，即
Vce=Vc―Ic*Rc；
对于硅材料组成的双极型晶体管来讲，PN结的正向导通电压为0.7V，因此一般在工程中认为：当基极注入的电流，让晶体管的Ic与Rc的积满足下列公式时
（Vce-Ic*Rc）-Vb 0V（注意：此时集电结近似零偏压，已不是原来的反偏状态了）
式中：Vce为晶体管集电极――发射极间的电压，
Vb为晶体管基极的电压。
就认为此晶体管已开始进入饱和状态。但因这时晶体管的Ic仍能随着Ib的增大而增大，只是已不符合Ic=Iceo+β*ib而已。这就是在工程中常说的“晶体管处于临界饱和状态”，又称“临界工作状态”。
此时如果继续加大基极的注入电流，晶体管的集电极电位将进一步降低，当出现晶体管的基极注入已不能使晶体管的Ic随之增大时（即（Vce-Ic*Rc）-Vb=常数时），我们就称此晶体管“进入深饱和状态”。此时，晶体管的基极电位为比较高（此现象，对N-P-N晶体管而言。如果是P-N-P型晶体管，则只要在所有电源前加一负号即可得出相同的结论），即晶体管的两个PN结均处于正偏状态。
由此可以得出晶体管饱和的定义：当晶体管的两个PN结均处于正偏时，此晶体管就处于饱和状态。
在实际的放大应用中，如果放大电路是用于小信号放大，只要晶体管的静态工作点设置正确，晶体管一般不会进入饱和区。但如果晶体管放大电路处理的是信号幅值较大的信号，例音频功放的输出级，则晶体管极有可能进入饱和区。此时，就会在输出波形上出现“削顶”现象。这就是因输入信号的幅值太高，晶体管进入饱和区后，对信号失去放大作用，同时对信号产生限幅作用后的结果。
由此可得出第一个问题的答案：随着基极电流的增加，晶体管的工作状态将由放大区向饱和区过渡，当基极注入的电流达到一定程度时，晶体管的饱和程度将加深。比较后出现无论基极电流怎么增加，集电极电流将维持不变，此时，晶体管进入深饱和状态。
在以上叙述中，没有提到电流的量纲问题。也就是说，晶体管在小电流工作时，同样会出现饱和状态。实际上，晶体管的静态工作点设置偏左上方时，也就是当电路的Vc较低、Rc较大时，晶体管就较容易进入饱和状态。也就是说，晶体管工作时的动态范围与所设置的晶体管工作点密切相关，而与晶体管的能流过多大的电流无关。
需要指出的是：在晶体管电路中，无论改变电路中的哪个参数，都会对晶体管的工作点产生影响。对此，有兴趣的可以自己计算和验证。
这里谈的饱和状态，是晶体管在工作中的一种物理特性。也就是说，晶体管的饱和状态，是晶体管的一种特性，此特性与晶体管的Icm无关。晶体管的Icm是不能随外电路的设计而改变的，换句话说，晶体管的Icm对应用者来讲，是使用前就已由晶体管本身所决定的一项与晶体管安全使用密切相关的参数，而晶体管的饱和状态，则是由外电路所提供的条件决定的。晶体管在饱和工作时，对晶体管的可靠性不一定会产生不良影响。例音频功放比较大输出是在输出波形的失真达到10%时测试的。此时用示波器观察，可见输出波形已出现严重的削顶。
在前面的讨论中曾提到，加大晶体管的基极注入电流，能使晶体管从放大区向饱和区过渡。基极电流能任意加大吗？回答是否定的。我查了一下现在的一些晶体管规格书，在极限参数这一栏里，许多功率型晶体管都增加了“比较大基极电流”这一项。对此参数为什么要进行定义？其理由是显而易见的。我想大概有以下几个原因：
1.晶体管是电流控制型器件，从晶体管的结构上讲，基极的内引线是晶体管中比较细的。这就决定了晶体管基极的电流容量是比较小的。在实践中，也感到晶体管的发射结是比较脆弱的：发射结的反向击穿电压较低，基极电流不能过大，是发射结在使用中应考虑的问题之一。
2.晶体管导通时，其基极电流的组成又是比较复杂的，在《半导体器件可靠性》这本书中，有对基极电流的详细描述，现摘录如下：
“硅平面晶体管，基极电流成分是相当复杂的，当晶体管正常工作时，组成基极电流的共有十一种成份：1.基极总电流，2.发射区少子的复合和存贮电流，3.发射结势垒产生-复合电流，4.发射结附近的产生-复合电流，5.发射结电容的位移电流，6.基区少子的复合和存贮电流，7.集电区少子的复合和存贮电流，8.集电结势垒萄产生-复合电流，9.集电结电容的位移电流，10.发射区少子的扩散和漂移电流，11.集电区少子的扩散和漂移电流。”
“这十一种基极电流成份均与温度有关。正因为这样，在晶体管参数中，凡是与基极电流Ib有关的参数，随温度变化一般均比较复杂，很难找到准确的定量关系，其原因就在于，对于不同结构，不同工艺制成的不同类型的晶体管，这些成份的温度关系是不一样的”。
“上述各基极电流分量在不同工作条件下或不同结构的晶体管中，所占的比重及其作用也是不同的。比如对微功耗晶体管，其工作电流往往是微安数量级，所以发射结势垒的产生-复合电流及发射结附近表面的产生复合电流占重要地位。而对一般晶体管只有工作在小电流区时，此二项电流成份才予以注意。再如集电区少子复合和存贮电流在线性放大区与总电流相比可以忽略，而在饱和区则是基极电流的主要组成部分。另外，两个结的位移电流只有在调频使用条件下才起作用等等”。
在该书中，同时给出了PN结在导通时的温度变化趋势，现只引用结果：“对于硅PN结，当保持正向电流不变时，结温每升高1℃，正向压降低2mV；而当保持正向压降不变时，温度每升高1℃，正向电流增加7.8%。换言之，PN结正向压降具有负温度系数，而正向电流具有正温度系数。正是PN结的这个基本温度关系导致了某些结型器件（例如双极型功率晶体管、可控硅整流器、功率开关二极管以及雪崩二极管等）的热不稳定性，甚至导致热失效。
我想，这可能就是某些功率器件要给出比较大基极电流的主要原因。
讨论晶体管的饱和特性，是为了更好地理解晶体管的一项直流参数饱和压降Vces。
晶体管处于饱和状态时，可近似看成是开关处于开启状态。这与直接导通是有区别的。因为，所有的半导体模拟开关，永远做不到在开启时完全与导线联通完全相等。其原因不说自明。在处于晶体管饱和状态时，集电极与发射极之间的电压降，在工程上称为“反向饱和压降”，记作：Vces；而把基极与发射极之间的电压降称为“正向饱和压降”，记作：Vbes。饱和压降是电流的函数，且与电流成正比。当晶体管用于放大电路时，饱和压降对放大电路的动态范围有影响，这在音频功放中尤其明显，当所选晶体管的电流较小时，其不失真输出功率受饱和压降的影响，很难达到设计要求。此时如采用提高电源电压的方案，则就可能会出现晶体管Pcm的超范围使用，结果使整机的可靠性下降。因此在对音频功放的晶体管选型时饱和压降是一个很重要的参数。
此问题在正常使用中，同样重要。例有些生产玩具的公司，在驱动电机时，控制电路采用两对功率晶体管，接成全桥形式。这种用法，在原理上是正确的。但在晶体管的工作状态设置、电源、电流的取值方面，往往出现问题。追究主要原因，是对晶体管饱和压降、放大的片面理解所致。在这种使用中，凡是出问题的，可归纳以下几点：
1.晶体管工作于大电流临界饱和状态，此时晶体管的功耗已达极限，随着工作时间的延长，晶体管的结温升高，使元器件进入恶性循环，晶体管就会永久失效。解剖这类晶体管，往往可见是超功耗损坏；
2.在此种应用电路中，晶体管往往工作在大电流状态，而晶体管的放大，是在一种特定的条件下测的，在晶体管工作在大电流时，放大将会下降。此时如果驱动不足，则晶体管就会工作在放大区，这样，晶体管很快就会因超功耗而失效。严重时，通电后不到1分钟，晶体管就冒烟了。
3.应用时对电机是感性负载的认识不足，只计算正常工作时，晶体管的状态，而忽略了电机反向工作过程时，产生的反向电动势对晶体管的影响。
当晶体管用于开关电路时，对饱和压降就更要重视。在这里，不谈饱和压降与ts/td/tf等开关参数密切相关，只说一下饱和压降对电路的实际影响原理：当晶体管用于开关电路时，一般，因电源电压较高，故此时晶体管的动态范围已不是主问题。问题往往出在转换的过渡区。在这种使用模式时，晶体管在导通时，往往处于深饱和状态。当在晶体管基极注入反向电流时，首先要在基区复合掉多余的电荷，然后电荷才会对集电结产生影响。饱和越深，则复合这些电荷的时间也越长（这就是晶体管ts的物理模型）。在此种情况下，如果基极的反向驱动脉冲时间不够或幅度不足，就会延长晶体管在过渡时，经过放大区的时间。这对用于高压情况时的晶体管来讲是非常危险的。至少会使晶体管的失效率明显升高。因此，当晶体管应用于这种电路时，除了要对晶体管的选用加以注意外，同时也要关注驱动脉冲对晶体管的影响。
晶体管饱和压降的温度特性，可用下式说明：
Vces的温度系数
dVces/dT 为正。即在高温下，Vces增加。
这是因为：Vces=Vbe-Vbc+Ic*rcs+Ie*res
式中：rcs和res分别是晶体管导通时，集电极和发射极的串联电阻。
对硅平面管，Vces≈Ic*rcs
如果保持Ic不变，则Vces的温度特性决定于集电极串联电阻rcs，而rcs正比于T。
Ic=Iceo+β*ib
当忽略晶体管的反向漏电流Iceo时，
Ic≈β*ib
可见，随着基极电流的增加，集电极电流以基极电流的β倍同步增加。此时，串于集电极回路的电阻Rc上的压降，也就随着Ic增大而增大。因晶体管的集电极电位Vce=电源电压减去集电极Rc上的压降，即
Vce=Vc―Ic*Rc；
对于硅材料组成的双极型晶体管来讲，PN结的正向导通电压为0.7V，因此一般在工程中认为：当基极注入的电流，让晶体管的Ic与Rc的积满足下列公式时
（Vce-Ic*Rc）-Vb 0V（注意：此时集电结近似零偏压，已不是原来的反偏状态了）
式中：Vce为晶体管集电极――发射极间的电压，
Vb为晶体管基极的电压。
就认为此晶体管已开始进入饱和状态。但因这时晶体管的Ic仍能随着Ib的增大而增大，只是已不符合Ic=Iceo+β*ib而已。这就是在工程中常说的“晶体管处于临界饱和状态”，又称“临界工作状态”。
此时如果继续加大基极的注入电流，晶体管的集电极电位将进一步降低，当出现晶体管的基极注入已不能使晶体管的Ic随之增大时（即（Vce-Ic*Rc）-Vb=常数时），我们就称此晶体管“进入深饱和状态”。此时，晶体管的基极电位为比较高（此现象，对N-P-N晶体管而言。如果是P-N-P型晶体管，则只要在所有电源前加一负号即可得出相同的结论），即晶体管的两个PN结均处于正偏状态。
由此可以得出晶体管饱和的定义：当晶体管的两个PN结均处于正偏时，此晶体管就处于饱和状态。
在实际的放大应用中，如果放大电路是用于小信号放大，只要晶体管的静态工作点设置正确，晶体管一般不会进入饱和区。但如果晶体管放大电路处理的是信号幅值较大的信号，例音频功放的输出级，则晶体管极有可能进入饱和区。此时，就会在输出波形上出现“削顶”现象。这就是因输入信号的幅值太高，晶体管进入饱和区后，对信号失去放大作用，同时对信号产生限幅作用后的结果。
由此可得出第一个问题的答案：随着基极电流的增加，晶体管的工作状态将由放大区向饱和区过渡，当基极注入的电流达到一定程度时，晶体管的饱和程度将加深。比较后出现无论基极电流怎么增加，集电极电流将维持不变，此时，晶体管进入深饱和状态。
在以上叙述中，没有提到电流的量纲问题。也就是说，晶体管在小电流工作时，同样会出现饱和状态。实际上，晶体管的静态工作点设置偏左上方时，也就是当电路的Vc较低、Rc较大时，晶体管就较容易进入饱和状态。也就是说，晶体管工作时的动态范围与所设置的晶体管工作点密切相关，而与晶体管的能流过多大的电流无关。
需要指出的是：在晶体管电路中，无论改变电路中的哪个参数，都会对晶体管的工作点产生影响。对此，有兴趣的可以自己计算和验证。
这里谈的饱和状态，是晶体管在工作中的一种物理特性。也就是说，晶体管的饱和状态，是晶体管的一种特性，此特性与晶体管的Icm无关。晶体管的Icm是不能随外电路的设计而改变的，换句话说，晶体管的Icm对应用者来讲，是使用前就已由晶体管本身所决定的一项与晶体管安全使用密切相关的参数，而晶体管的饱和状态，则是由外电路所提供的条件决定的。晶体管在饱和工作时，对晶体管的可靠性不一定会产生不良影响。例音频功放比较大输出是在输出波形的失真达到10%时测试的。此时用示波器观察，可见输出波形已出现严重的削顶。
在前面的讨论中曾提到，加大晶体管的基极注入电流，能使晶体管从放大区向饱和区过渡。基极电流能任意加大吗？回答是否定的。我查了一下现在的一些晶体管规格书，在极限参数这一栏里，许多功率型晶体管都增加了“比较大基极电流”这一项。对此参数为什么要进行定义？其理由是显而易见的。我想大概有以下几个原因：
1.晶体管是电流控制型器件，从晶体管的结构上讲，基极的内引线是晶体管中比较细的。这就决定了晶体管基极的电流容量是比较小的。在实践中，也感到晶体管的发射结是比较脆弱的：发射结的反向击穿电压较低，基极电流不能过大，是发射结在使用中应考虑的问题之一。
2.晶体管导通时，其基极电流的组成又是比较复杂的，在《半导体器件可靠性》这本书中，有对基极电流的详细描述，现摘录如下：
“硅平面晶体管，基极电流成分是相当复杂的，当晶体管正常工作时，组成基极电流的共有十一种成份：1.基极总电流，2.发射区少子的复合和存贮电流，3.发射结势垒产生-复合电流，4.发射结附近的产生-复合电流，5.发射结电容的位移电流，6.基区少子的复合和存贮电流，7.集电区少子的复合和存贮电流，8.集电结势垒萄产生-复合电流，9.集电结电容的位移电流，10.发射区少子的扩散和漂移电流，11.集电区少子的扩散和漂移电流。”
“这十一种基极电流成份均与温度有关。正因为这样，在晶体管参数中，凡是与基极电流Ib有关的参数，随温度变化一般均比较复杂，很难找到准确的定量关系，其原因就在于，对于不同结构，不同工艺制成的不同类型的晶体管，这些成份的温度关系是不一样的”。
“上述各基极电流分量在不同工作条件下或不同结构的晶体管中，所占的比重及其作用也是不同的。比如对微功耗晶体管，其工作电流往往是微安数量级，所以发射结势垒的产生-复合电流及发射结附近表面的产生复合电流占重要地位。而对一般晶体管只有工作在小电流区时，此二项电流成份才予以注意。再如集电区少子复合和存贮电流在线性放大区与总电流相比可以忽略，而在饱和区则是基极电流的主要组成部分。另外，两个结的位移电流只有在调频使用条件下才起作用等等”。
在该书中，同时给出了PN结在导通时的温度变化趋势，现只引用结果：“对于硅PN结，当保持正向电流不变时，结温每升高1℃，正向压降低2mV；而当保持正向压降不变时，温度每升高1℃，正向电流增加7.8%。换言之，PN结正向压降具有负温度系数，而正向电流具有正温度系数。正是PN结的这个基本温度关系导致了某些结型器件（例如双极型功率晶体管、可控硅整流器、功率开关二极管以及雪崩二极管等）的热不稳定性，甚至导致热失效。
我想，这可能就是某些功率器件要给出比较大基极电流的主要原因。
讨论晶体管的饱和特性，是为了更好地理解晶体管的一项直流参数饱和压降Vces。
晶体管处于饱和状态时，可近似看成是开关处于开启状态。这与直接导通是有区别的。因为，所有的半导体模拟开关，永远做不到在开启时完全与导线联通完全相等。其原因不说自明。在处于晶体管饱和状态时，集电极与发射极之间的电压降，在工程上称为“反向饱和压降”，记作：Vces；而把基极与发射极之间的电压降称为“正向饱和压降”，记作：Vbes。饱和压降是电流的函数，且与电流成正比。当晶体管用于放大电路时，饱和压降对放大电路的动态范围有影响，这在音频功放中尤其明显，当所选晶体管的电流较小时，其不失真输出功率受饱和压降的影响，很难达到设计要求。此时如采用提高电源电压的方案，则就可能会出现晶体管Pcm的超范围使用，结果使整机的可靠性下降。因此在对音频功放的晶体管选型时饱和压降是一个很重要的参数。
此问题在正常使用中，同样重要。例有些生产玩具的公司，在驱动电机时，控制电路采用两对功率晶体管，接成全桥形式。这种用法，在原理上是正确的。但在晶体管的工作状态设置、电源、电流的取值方面，往往出现问题。追究主要原因，是对晶体管饱和压降、放大的片面理解所致。在这种使用中，凡是出问题的，可归纳以下几点：
1.晶体管工作于大电流临界饱和状态，此时晶体管的功耗已达极限，随着工作时间的延长，晶体管的结温升高，使元器件进入恶性循环，晶体管就会永久失效。解剖这类晶体管，往往可见是超功耗损坏；
2.在此种应用电路中，晶体管往往工作在大电流状态，而晶体管的放大，是在一种特定的条件下测的，在晶体管工作在大电流时，放大将会下降。此时如果驱动不足，则晶体管就会工作在放大区，这样，晶体管很快就会因超功耗而失效。严重时，通电后不到1分钟，晶体管就冒烟了。
3.应用时对电机是感性负载的认识不足，只计算正常工作时，晶体管的状态，而忽略了电机反向工作过程时，产生的反向电动势对晶体管的影响。
当晶体管用于开关电路时，对饱和压降就更要重视。在这里，不谈饱和压降与ts/td/tf等开关参数密切相关，只说一下饱和压降对电路的实际影响原理：当晶体管用于开关电路时，一般，因电源电压较高，故此时晶体管的动态范围已不是主问题。问题往往出在转换的过渡区。在这种使用模式时，晶体管在导通时，往往处于深饱和状态。当在晶体管基极注入反向电流时，首先要在基区复合掉多余的电荷，然后电荷才会对集电结产生影响。饱和越深，则复合这些电荷的时间也越长（这就是晶体管ts的物理模型）。在此种情况下，如果基极的反向驱动脉冲时间不够或幅度不足，就会延长晶体管在过渡时，经过放大区的时间。这对用于高压情况时的晶体管来讲是非常危险的。至少会使晶体管的失效率明显升高。因此，当晶体管应用于这种电路时，除了要对晶体管的选用加以注意外，同时也要关注驱动脉冲对晶体管的影响。
晶体管饱和压降的温度特性，可用下式说明：
Vces的温度系数
dVces/dT 为正。即在高温下，Vces增加。
这是因为：Vces=Vbe-Vbc+Ic*rcs+Ie*res
式中：rcs和res分别是晶体管导通时，集电极和发射极的串联电阻。
对硅平面管，Vces≈Ic*rcs
如果保持Ic不变，则Vces的温度特性决定于集电极串联电阻rcs，而rcs正比于T。