Транзистор 2SC5198: параметры, цоколевка, аналог

Биполярный транзистор C945 — описание производителя. Основные параметры. Даташиты

Наименование производителя: C945

• Тип материала: Si
• Полярность: NPN
• Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 0.2 W
• Макcимально допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 60 V
• Макcимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 50 V
• Макcимально допустимое напряжение эмиттер-база (Ueb): 5 V
• Макcимальный постоянный ток коллектора (Ic): 0.15 A
• Предельная температура PN-перехода (Tj): 150 °C
• Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 150 MHz
• Ёмкость коллекторного перехода (Cc): 3 pf
• Статический коэффициент передачи тока (hfe): 130
• Корпус транзистора: SOT23
• Аналоги (замена) для C945

5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов

Особенность №1

Электрические характеристики БТ описываются сложными формулами. Ими очень неудобно пользоваться на практике. Поэтому электронщики работают с графиками, выражающими связи между входными и выходными параметрами.

Их разделяют на два вида:

1. статические, определяющие возможности полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе при отсутствии нагрузки (режим холостого хода);
2. выходные — зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения при конкретном токе через базу.

Каждому БТ присущи свои индивидуальные характеристики. Однако сейчас подобных полупроводников выпущено так много, что практически любому из них не сложно подобрать аналогичную замену даже от другого производителя.

Для работы транзисторов может быть использован один из следующих режимов:

• активный (нормальный или инверсный);
• насыщения;
• отсечки;
• барьерный.

Особенность №2

Любой БТ, созданный с корпусом p-n-p или n-p-n работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через полупроводниковые переходы.

Поэтому для прямых и обратных транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и подключения нагрузки к выходным цепям.

В качестве примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранную на транзисторном модуле с p-n-p переходами. Можете ее сравнить с предыдущим вариантом. Увидите практически одинаковую конструкцию, но с обратным направлением тока.

Здесь деталей еще меньше, а регулирование выходных величин осуществляется за счет изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обыкновенный потенциометр.

Особенность №3

При открытом состоянии входной полупроводниковый переход в режим отсечки БТ имеет небольшое падение напряжения. В частном случае он составляет порядка 0,7 вольта

Чтобы зафиксировать ваше внимание на этом вопросе специально нарисовал картинку — считается, что так лучше работает человеческая память

Другими словами: потенциал на базе на 0,7 вольта меньше, чем на эмиттере. Для кремниевых изделий он всегда составляет 0,6-0,7 В.

Особенность №4

Ток коллектора БТ определяется как ток базы, умноженный на определенно большое число постоянной величины.

Это свойство используется для классификации транзисторов по коэффициенту передачи тока при коротком замыкании на выходе.

С этой целью введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующая картинка.

Если выдержать показанные номиналы у приведенной схемы проверки (10 вольт у источника ЭДС и 100 килоом у сопротивления), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаем на число 10. Получим значение коэффициента h21.

Подобные алгоритмы заложены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, которые позволяют измерять коэффициент h21 при проверках БТ.

Особенность №5

При открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода БТ коллектора выше, чем у эмиттера. В моем частном случае он составляет 0,3 вольта.

Здесь открытый транзистор работает как обычный ключ, но он не идеален. На его внутренней схеме присутствует падение напряжения в 0,3 вольта. Однако в большинстве случаев это не критично.

Допустим, что в коллекторной цепи появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор повлечет падение напряжения на нем.

Однако более высокий потенциал коллектора совместно с увеличенным током через базу могут стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.

Несколько слов о деталях:

При сборке усилителя, в качестве конденсаторов постоянной ёмкости (помимо электролитических), желательно применять слюдяные конденсаторы. Например типа КСО, такие, как ниже на рисунке.

Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г – на ГТ402В; ГТ404Г – на ГТ404В; Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.

Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2. На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26.5 мм.

Пластина разрезается по линиям, потом этой заготовке придают форму трубки, используя для этой цели любую подходящую цилиндрическую оправку (например сверло). После этого заготовку (1) плотно надевают на корпус транзистора (2) и прижимают пружинящим кольцом (3), предварительно отогнув боковые крепёжные ушки.

Кольцо изготовляется из стальной проволоки диаметром 0,5-1,0 мм. Вместо кольца можно использовать бандаж из медной проволоки. Теперь осталось загнуть снизу боковые ушки для крепления радиатора за корпус транзистора и отогнуть на нужный угол надрезанные перья.

Подобный радиатор можно также изготовить и из медной трубки, диаметром 8мм. Отрезаем кусок 6…7см, разрезаем трубку вдоль по всей длине с одной стороны. Далее на половину длины разрезаем трубку на 4 части и отгибаем эти части в виде лепестков и плотно надеваем на транзистор.

Так как диаметр корпуса транзистора где-то 8,2 мм, то за счёт прорези по всей длине трубки, она плотно оденется на транзистор и будет удерживаться на его корпусе за счёт пружинящих свойств. Резисторы в эмиттерах выходного каскада – либо проволочные мощностью 5 Вт, либо типа МЛТ-2 3 Ом по 3шт параллельно. Импортные пленочные использовать не советую – выгорают мгновенно и незаметно, что ведет к выходу из строя сразу нескольких транзисторов.

Какие бывают стандарты маркировки

Маркировка, которая наносится на корпус SMD-элементов, как правило, отличается от их фирменных названий. Причина банальная – нехватка места из-за миниатюрности корпуса. Проблема особенно актуальна для ЭРЭ, которые размещаются в корпусах с шестью и менее выводами.

Это миниатюрные диоды, транзисторы, стабилизаторы напряжения, усилители и т.д. Для разгадки “что есть что” требуется проводить настоящую экспертизу, ведь по одному маркировочному коду без дополнительной информации очень трудно идентифицировать тип ЭРЭ. С момента появления первых SMD-приборов прошло более 20 лет.

Несмотря на все попытки стандартизации, фирмы-изготовители до сих пор упорно изобретают все новые разновидности SMD-корпусов и бессистемно присваивают своим элементам маркировочные коды.

Полбеды, что наносимые символы даже близко не напоминают наименование ЭРЭ, – хуже всего, что имеются случаи “плагиата”, когда одинаковые коды присваивают функционально разным приборам разных фирм.

↑ Настройка

Считаю, что это не кофеварка и человек, которому нужен подбор пар транзисторов, должен представлять себе режимы их работы и возможности изменения.

При сопротивлении резистора в цепи эмиттера 15 Ом и изменении тока измерения в 10 раз, параллельный резистор должен иметь номинал в 9 раз больше, т. е. 135 Ом (подобрать из имеющихся 130 Ом, большая точность не нужна). Общее сопротивление резисторов будет 13,5 Ом. (Можно взять резисторы 15 и 150 Ом и подключать их тумблером поочередно, но я люблю безобрывность). Установить в панельку транзистор и переменным резистором выставить напряжение на эмиттере 2,7 В (клеммы для измерения тока базы временно закоротить). Настройка закончена.

Измерить ток базы.

Отношение тока эмиттера к току базы даст коэффициент передачи транзистора по току (правильнее будет из тока эмиттера вычесть ток базы и получить ток коллектора, но погрешность мала). При замене транзисторов отключать питание не надо, при испытаниях я неоднократно ошибался и включал транзисторы «наоборот», тестер показывал, что ток базы равен нулю, больше никаких проблем.

Прибор делался для тока 200 мА и напряжения К-Э равному 2 В, этим вызван выбор номинала 15 Ом. Естественно, если вы захотите установить ток 300 мА, напряжение на эмиттере составит 4 В и для сохранения напряжения К-Э = 2 В напряжение питания должно быть не 5, а 6 В.

Можно делать измерения при токе 1 А, тогда резистор должен быть 3 Ома. При увеличении напряжения питания до 8…10 В, лучше увеличить номинал резистора, ограничивающего ток через TL431 до 200 Ом. Короче, если вы захотите существенно изменить параметры измерения, придется изменить номиналы одного-двух резисторов.

По сравнению с «фирменным» прибором, делающем измерения на коротком импульсе, данный прибор позволяет прогреть испытуемый транзистор — этот режим ближе к рабочему. Вместо М-832 можно включить обычный стрелочный миллиамперметр (или стрелочный авометр), шкалу отградуировать в единицах усиления по току, годится прибор на 1/10 мА, он покажет усиление от 20 до 200…400. Но тогда нельзя будет плавно менять ток измерений.

3.2. Физические процессы в биполярном транзисторе типа p-n-p

Рассмотрим движение носителей заряда через структуру транзистора, которые
протекают в выводах эмиттера, базы и коллектора, при условии, что на
ЭП подано прямое напряжение, а на КП — обратное (т.е. транзистор работает
в активном режиме).
Значение токов, протекающих через структуру транзистора, определяется
не только напряжениями, которые подаются на эмиттерный и коллекторный
переходы, но и взаимодействием этих переходов между собой. Взаимодействие
переходов, в свою очередь, зависит от расстояния между ними, т.е. от
ширины области базы — W.

На рисунке 3.3 показаны движение носителей заряда в структуре p-n-p
транзистора и токи, протекающие во внешних выводах.
Если ширина базы W меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей
заряда в базе (рис.3.3
), то значение тока, протекающего через КП, определяется следующими
причинами:
1) т.к. в этом случае ширина базы гораздо меньше ширины области коллектора,
то и количество неосновных носителей заряда, возникающих при данной
температуре в области базы ( ),
будет гораздо меньше количества неосновных носителей заряда, возникающих
в области коллектора ( ),
и можно считать, что

, где J_ko
ток неосновных носителей заряда koп

2) дырки, которые диффузионно переходят из эмиттера в базу над снизившимся
потенциальным барьером эмиттерного перехода, в базе продолжают двигаться
диффузионно в основном в сторону коллекторного перехода. А т.к. ширина
базы меньше их диффузионной длины пробега, то они достигнут коллекторного
перехода в количестве тем больше, чем меньше ширина базы. Однако, вследствие
дисперсии, т.е. беспорядочного теплового движения носителей, какая-то
часть дырок не доходит до КП из-за процесса рекомбинации на поверхности,
у базового вывода или в толще базы, в следствии этого в цепи базы появляется
базовый ток .
Величина, характеризующая долю тока эмиттера, достигающую коллекторного
перехода. называется коэффициентом передачи постоянного тока эмиттера
и обозначается .

Тогда ток коллектора:

Таким образом, ток через КП для случая
(для p-n-p транзистора) является суммой двух составляющих — тока дырок,
инжектированных из эмиттера в базу, и нулевого коллекторного тока .
В толщине базы протекает
и рекомбинационный ток, но в силу того, что процесс рекомбинации в базе
резко уменьшается, рекомбинационная составляющая тока базы тоже мала
.
Соответственно во внешних выводах эмиттера, базы и коллектора будут
протекать токи:
вывод эмиттера ,
вывод коллектора ,
вывод базы

где — является
рекомбинационной составляющей тока базы, величина которой зависит от
величины прямого напряжения, приложенного к ЭП. — ток неосновных
носителей заряда, величина которого от приложенного напряжения почти
не зависит.
Если p-n-p транзистор, работающий как усилитель электрических колебаний,
включен в схему так, как это показано на рис.3.4, то включение последовательно
с источником
переменного напряжения
приведет к появлению переменных составляющих тока эмиттера ,
тока коллектора и
тока базы ,
которые будут накладываться на постоянные составляющие. Так же как и
постоянные токи, протекающие через p-n-p транзистор, переменные токи
являются функциями напряжения. Если на вход подается синусоидальное
напряжение, то оно вызовет синусоидальные изменения плотности дырок
в эмиттерном и коллекторном переходах, т.е. синусоидальные изменения
переменных токов эмиттера, коллектора и базы.

Переменный ток, протекающий через ЭП, равен сумме электронного и дырочного
токов, причем для p-n-p транзистора только дырочная составляющая проходит
последовательно ЭП, обладающий малым сопротивлением и КП, обладающий
большим сопротивлением, т.е. создает условия для усиления электрических
колебаний.
Поэтому на практике для характеристики усилительных свойств транзистора
пользуются коэффициентом передачи тока эмиттера или, как его иначе называют,
коэффициентом усиления по току a, который
является отношением общего коллекторного переменного тока к общему эмиттерному
переменному току в режиме короткого замыкания коллектора на базу по
переменному току.

Вспомогательное питание в высоковольтных системах

Все системы, описанные выше, для своей отвечающей за управление электроники требуют питания низкого напряжения ±5, 12 и 24 В. Также низкое напряжение требуется для питания небольших вспомогательных систем освещения и охлаждения. Упростить решение задачи по генерации этих малых уровней напряжения из доступного от сети переменного тока среднего по уровню напряжения могут модули с возможностью работы от высокого входного напряжения, которые способны обеспечить небольшой по уровню ток. Благодаря возможности легко увеличивать рабочее напряжение эта область применения как будто специально создана для концепции Supercascode. Использование в этой концепции нормально включенного SiC JFET последовательно с низковольтным нормально выключенным МОП-транзистором упрощает схему запуска, как это было продемонстрировано в низковольтных преобразователях с обратной связью. В зависимости от уровня мощности пользователи могут выбирать между использованием модулей питания или просто созданием сборки на основе печатной платы с использованием готовых компонентов JFET.