高溫環(huán)境對(duì)三極管性能的影響

高溫環(huán)境對(duì)三極管性能的

影響曾經(jīng)的我呢還一個(gè)單純的小攻城獅，當(dāng)自己設(shè)計(jì)完的電路板通過了功能測(cè)試、性能測(cè)試、環(huán)境實(shí)驗(yàn)后，我就可以開開心心的玩耍了，但是永遠(yuǎn)也想想不到用戶會(huì)把你的產(chǎn)品用在什么地方（客戶你們考慮過產(chǎn)品的感受嗎）。具體是這樣的一個(gè)很簡單的串口RS485電路，具體電路如下圖所示，用了這個(gè)電路后就不要單獨(dú)信號(hào)去管理485芯片的收發(fā)分時(shí)了（是不是很方便，我也這么想的）。問題就是出現(xiàn)這這個(gè)電路上，我們做環(huán)境實(shí)驗(yàn)的時(shí)候是在55度做的一點(diǎn)點(diǎn)問題都木有，該收收該發(fā)發(fā)，但是一到了用戶哪里工作一小會(huì)就掛了，啥也木的了，經(jīng)過本人的現(xiàn)場排查（踩點(diǎn)），你知道用戶放在哪里嗎？他放在一個(gè)發(fā)熱量巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)旁邊（我TM，算了客戶是上帝）本人親自實(shí)際測(cè)了一下周圍環(huán)境溫度都48度以上，而且為了防塵，我的板卡和一個(gè)發(fā)熱巨大的主控放在一個(gè)盒子里面，而且還沒有風(fēng)扇，這就導(dǎo)致盒子里面的溫度到了70多度（你們是要搞燒烤嗎），哪個(gè)安裝環(huán)境啊沒法說還不方便測(cè)量，我也很絕望啊，然后我靈機(jī)一動(dòng)就對(duì)身后的嵌入式軟件小哥說，是不是你軟件配置有問題，人家ARM高溫了會(huì)降頻，你是不是沒有配置好，導(dǎo)致收發(fā)有問題的（因?yàn)闀簳r(shí)我也不知道問題所在?。?，然后小哥委屈說“沒有啥特殊的啊，我都快把手冊(cè)翻爛了也沒有看到啊”，我呢首先表達(dá)對(duì)其深深的同情然后說“哥回去幫你好好想哪里出問題了”?；氐焦竞螅揖陀脽犸L(fēng)槍使勁對(duì)著ARM吹，結(jié)果毛事沒有，好家伙，鍋是甩不掉了，剩下的電路一步一步的吹把，當(dāng)吹到三極管時(shí)（圖中Q4）果然，沒得數(shù)據(jù)了，看來是三極管的事情，可是禍不單行啊，不吹后當(dāng)溫度降下來了也沒得數(shù)據(jù)了，難道吹壞了？仔細(xì)一瞅，嘿把電阻給吹掉了康***，在硬件的道路上一帆風(fēng)順是不存在滴），焊上電阻后調(diào)小風(fēng)量，加大熱度繼續(xù)吹，還是出事了，那就目標(biāo)鎖定，測(cè)波形吧。分別測(cè)量上圖中所標(biāo)識(shí)的1、2、3點(diǎn)，其中電路設(shè)計(jì)中用的限流電阻為1K，三級(jí)管為9013。首先測(cè)量在常溫下三個(gè)測(cè)試點(diǎn)得波形吧，第一點(diǎn)波形為隔離芯片ADuM1201輸出引腳，其波形如下圖所示，輸出電壓幅值為5V（忽略掉背景那個(gè)人影）。第二點(diǎn)波形為9013三級(jí)管基極控制電壓，其波形如下圖所示，輸出電壓峰值約為700mV，波動(dòng)范圍約為200mV，即當(dāng)電平為0.7V時(shí)三極管導(dǎo)通，當(dāng)電平為0.5V時(shí)三級(jí)管關(guān)斷。

第三點(diǎn)波形為9013三級(jí)管集電極極電壓，其波形如下圖所示，輸出電壓幅值約為5V。

然后本人吹風(fēng)小能手上線，對(duì)著就是一頓蒙吹，另一個(gè)手還要測(cè)波形，幸好沒有燙出泡（不然就算工傷）從新測(cè)量了上述三個(gè)測(cè)量點(diǎn)，第一點(diǎn)的波形如下圖所示，波形和加熱前波形基本一致，所以即加熱并不會(huì)改變ADuM1201隔離芯片的輸出電壓特性。

那么繼續(xù)測(cè)量第二點(diǎn)吧，當(dāng)繼續(xù)加熱到溫度約為55度時(shí)第二點(diǎn)波形如下圖所示，其電壓的波動(dòng)范圍變小約為100mV即高電平減小到0.6V，但是低電平還是約為0.5V，隨著溫度的繼續(xù)升高當(dāng)溫度到65度時(shí)第二點(diǎn)電壓基本保持在0.5V，且三極管保持導(dǎo)通狀態(tài)，因此RS485無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

好了，第三點(diǎn)上線，當(dāng)加熱到溫度約為55度時(shí)第三點(diǎn)波形如下圖所示，隨著溫度的升高第三點(diǎn)出電壓保持為低電平，RS485電路為接受狀態(tài)。我K這不是坑我嗎，讓我來瞅瞅這三極管的特性吧（誰讓我上學(xué)的時(shí)候沒有好好學(xué)習(xí)呢），三級(jí)管的物理結(jié)構(gòu)為兩個(gè)PN結(jié)，其Ube電壓特性如下圖所示，其開啟電壓約為0.7V，而且基極與發(fā)射電壓特性與二極管特性相同。右下圖可以知道隨著溫度的升高，Ube的特性曲線整體右移，因此三級(jí)管的導(dǎo)通壓降降低，使得控制MAX485芯片的RE引腳一直處于低電平，所以無法發(fā)送數(shù)據(jù)。既然知道溫度對(duì)三極管的影響了，那我改唄，由上面的分析可

以知道，最終三極管基極鉗位到0.5V是因?yàn)?V上拉10K電阻與1K限流電阻分壓后將三極管基極鉗位到0.5V。將限流電阻R65改為0R后波形如下圖所示，可以看出電壓波形在0V到0.7V之間波動(dòng)。改為0R限流電阻后，繼續(xù)加熱RS485電路，波形如下圖所示，可以看出波形無明顯變化，且串口可以正常發(fā)送數(shù)據(jù)。但由于三極管的基極將ADuM1201發(fā)送引腳強(qiáng)制拉倒0.7V，增大了ADuM1201的輸出電流，長期運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)器件壽命有嚴(yán)重影響，不改徹底了不是我的性格（主要是怕日后在找我麻煩）。

為了徹底解決這個(gè)問題（一勞永逸）經(jīng)過我苦思冥想（假的），根據(jù)三級(jí)管的溫度特性，導(dǎo)致了在高溫運(yùn)行下基極門限電壓降低，若只是將ADuM1201輸出限流電阻減小會(huì)造成器件壽命減少影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此現(xiàn)將三極管9013改為MOS管GMS2302，由于MOS管為壓控型器件其本身不會(huì)消耗太多功耗。MOS管GMS2302常溫下柵極電壓波形如下圖所示，可以看出波形范圍為0V至U5V。MOS管GMS2302溫度約為80下柵極電壓波形如下圖所示，其電壓波形無變化且串口可以正常發(fā)送數(shù)據(jù)。所以呢，在設(shè)