Схемы включения биполярных транзисторов

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.

Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.

В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).

Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.

Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)

Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).

Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .

Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов

Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.

Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.

Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.

Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.

Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения

Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)

Рис. 4 — Схема Дарлингтона

Как работает NPN транзистор

Когда мы с вами, друзья мои, разобрались в том, что вообще такое этот транзистор, давайте узнаем, как он работает. Устроен он довольно просто, нужно просто понять принцип. Для этого введем два очень важных понятия: эмиттер и коллектор. Эмиттер (как и в слове эмиссия) выпускает заряды и они двигаются в сторону коллектора. Так вот, в состоянии покоя, когда, грубо говоря, все выключено, ток в транзисторе не протекает, потому что между эмиттером и коллектором есть полупроводниковый переход. Однако, когда подается незначительное напряжение на базу транзистора, ток начинает течь и при этом даже можно его усиливать. Как? Колебания небольшого тока в точности повторяются, но уже с большей амплитудой. Вот схема простого транзистора:

В этой новой схеме PN-переход база-эмиттер открыт напряжением батареи B1, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении посредством напряжения батареи В2. Вывод эмиттера, таким образом, является общим для цепей базы и коллектора.

Полный ток эмиттера задается суммой двух токов IC и IB; проходящих по выводу эмиттера в одном направлении. Таким образом, имеем IE = IC + IB.

В этой схеме ток базы IB просто «ответвляется» от тока эмиттера IE, также совпадая с ним по направлению. При этом транзистор PNP-типа по-прежнему имеет вытекающий из базы ток IB, а NPN-типа – втекающий.

Устройство и принцип действия

Транзистор — электронный полупроводник, состоящий из 3 электродов, одним из которых является управляющий. Транзистор биполярного типа отличается от полярного наличием 2 типов носителей заряда (отрицательного и положительного).

Отрицательные заряды представляют собой электроны, которые высвобождаются из внешней оболочки кристаллической решетки. Положительный тип заряда, или дырки, образуются на месте высвобожденного электрона.

Устройство биполярного транзистора (БТ) достаточно простое, несмотря на его универсальность. Он состоит из 3 слоев проводникового типа: эмиттера (Э), базы (Б) и коллектора (К).

Эмиттер (от латинского «выпускать») — тип полупроводникового перехода, основной функцией которого является инжекция зарядов в базу. Коллектор (от латинского «собиратель») служит для получения зарядов эмиттера. База является управляющим электродом.

Слои эмиттерный и коллекторный почти одинаковые, однако отличаются степенью добавления примесей для улучшения характеристик ПП. Добавление примесей называется легированием. Для коллекторного слоя (КС) легирование выражено слабо для повышения коллекторного напряжения (Uк). Эмиттерный полупроводниковый слой легируется сильно для того, чтобы повысить обратное допустимое U пробоя и улучшить инжекцию носителей в базовый слой (увеличивается коэффициент передачи по току — Kт). Слой базы легируется слабо для обеспечения большего сопротивления (R).

Переход между базой и эмиттером меньший по площади, чем К-Б. Благодаря разнице в площадях и происходит улучшение Кт. При работе ПП переход К-Б включается со смещением обратного типа для выделения основной доли количества теплоты Q, которое рассеивается и обеспечивает лучшее охлаждение кристалла.

Быстродействие БТ зависит от толщины базового слоя (БС). Эта зависимость является величиной, изменяющейся по обратно пропорциональному соотношению. При меньшей толщине — большее быстродействие. Эта зависимость связана с временем пролета носителей заряда. Однако при этом снижается Uк.

Между эмиттером и К протекает сильный ток, называемый током К (Iк). Между Э и Б протекает ток маленькой величины — ток Б (Iб), который используется для управления. При изменении Iб произойдет изменение Iк.

У транзистора два p-n перехода: Э-Б и К-Б. При активном режиме Э-Б подключается со смещением прямого типа, а подключение К-Б происходит с обратным смещением. Так как переход Э-Б находится в открытом состоянии, то отрицательные заряды (электроны) перетекают в Б. После этого происходит их частичная рекомбинация с дырками. Однако большая часть электронов достигает К-Б из-за малой легитивности и толщины Б.

В БС электроны являются неосновными носителями заряда, и электромагнитное поле помогает им преодолеть переход К-Б. При увеличении Iб произойдет расширение открытия Э-Б и между Э и К пробежит больше электронов. При этом произойдет существенное усиление сигнала низкой амплитуды, т. к. Iк больше, чем Iб.

Смотрите это видео на YouTube

Для того чтобы проще понять физический смысл работы транзистора биполярного типа, нужно ассоциировать его с наглядным примером. Нужно предположить, что насос для закачки воды является источником питания, водопроводный кран — транзистором, вода — Iк, степень поворота ручки крана — Iб. Для увеличения напора нужно немного повернуть кран — совершить управляющее действие. Исходя из примера можно сделать вывод о простом принципе работы ПП.

Однако при существенном увеличении U на переходе К-Б может произойти ударная ионизация, следствием которой является лавинное размножение заряда. При комбинации с тоннельным эффектом этот процесс дает электрический, а с увеличением времени и тепловой пробой, что выводит ПП из строя. Иногда тепловой пробой наступает без электрического в результате существенного увеличения тока через выход коллектора.

Кроме того, при изменении U на К-Б и Э-Б меняется толщина этих слоев, если Б тонкая, то происходит эффект смыкания (его еще называют проколом Б), при котором происходит соединение переходов К-Б и Э-Б. В результате этого явления ПП перестает выполнять свои функции.

Наиболее важные параметры.

Уровень собственных шумов на частоте 1КГц – не более 10дб.

Коэффициент передачи тока: У транзисторов S9014 – от 100 до 1000 . У транзисторов S9014 – от 200 до 450 . У транзисторов S9014 – от 450 до 1000 .

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при токе коллектора 100мА, базы 10мА – – не выше 0,25в.

Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер: У транзисторов S9014 – 50в. У транзисторов S9014L, S9014H – 45в.

Максимальный постоянный ток коллектора: У транзисторов S9014 – 150 мА. У транзисторов S9014L, S9014H – 0,1A.

Рассеиваемая мощность коллектора: У транзисторов S9014 – 625 мВт. У транзисторов S9014L, S9014H – 200 мВт.

Граничная частота передачи тока: У транзисторов S9014 – 60 МГц. У транзисторов S9014L, S9014H – 150 мВт.

Емкость коллекторного перехода на частоте 1Мгц, при напряжении коллектор-база 10 в – не более 3,5 пФ.

Обратный ток колектора при напряжении коллектор-база 50 в – не более 50 мкА.

Обратный ток эмитера при напряжении эмиттер-база 5 в – не более 100 мкА.

Транзистор комплементарный STS9014 – STS9015.

Использование каких – либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Последовательное включение транзисторов

Во время работы силового транзистора на его переходе коллектор – эмиттер падает напряжение, представляющее собой разность входного и выходного напряжений. В отдельных случаях эта разность может превышать максимально допустимое напряжений коллектор – эмиттер транзистора, имеющегося в распоряжении. В этом случае необходимо использовать последовательное соединение нескольких транзисторов.

Схема последовательного включения транзисторов

Эквивалентный транзистор будет иметь следующие параметры:

U_CEmax(общ) = U_CEmax(VT1) + U_CEmax(VT2)

Для симметрирования напряжений, которые будут падать на переходе коллектор – эмиттер транзисторов вводят симметрирующие резисторы R1 и R2 сопротивление, которых можно определить по формуле

R1 = R2 < U_CEmax/2I_B,

где I_B – ток базы составного регулирующего транзистора.

Зачем нужна схема Дарлингтона?

Вы должны помнить, что биполярный транзистор — это элемент, управляемый током. Когда ток, известной величины, течет в базу, мы ожидаем, что ток коллектора будет в β раз больше, где β — коэффициент усиления по току, который соединяет токи базы и коллектора вместе.

Теперь давайте представим ситуацию: предположим, что мы хотим использовать транзистор для включения двигателя, потребляющего ток 5 А. Напряжение питания настолько низкое, что использование полевых МОП-транзисторов невозможно, поэтому они остаются только биполярными. Оказывается, что транзисторы, способные проводить такой большой ток, имеют параметр β в диапазоне 40–100.

Делим ток коллектора на коэффициент усиления по току. Результат будет находится в диапазоне 50–125 мА. Поэтому для насыщения транзистора необходимо обеспечить ток базы, по крайней мере, в три раза превышающий расчетный, то есть порядка 150–375 мА. Однако наш микроконтроллер (например, Arduino) может выдавать только 20 мА (безопасная производительность для одного выхода), что определенно слишком мало… Вот здесь и пригодится схема Дарлингтона.

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
  • r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
  • r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
  • r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U_m1 = h₁₁I_m1 + h₁₂U_m2;

I_m2 = h₂₁I_m1 + h₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I_m1 = I_mб, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mб-э, U_m2 = U_mк-э. Например, для данной схемы:

h_21э = I_mк/I_mб = β.

Для схемы ОБ: I_m1 = I_mэ, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mэ-б, U_m2 = U_mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

;

;

.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Характеристики биполярного транзистора.

Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач. И первая на очереди — входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определенном значении напряжения коллектор-эмиттер:

I_{б} = f(U_{бэ}), \medspace при \medspace U_{кэ} = const

В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик (для разных значений U_{кэ}):

Входная характеристика, в целом, очень похожа на прямую ветвь . При U_{кэ} = 0 характеристика соответствует зависимости тока от напряжения для двух p-n переходов включенных параллельно (и смещенных в прямом направлении). При увеличении U_{кэ} ветвь будет смещаться вправо.

Переходим ко второй крайне важной характеристике биполярного транзистора — выходной. Выходная характеристика — это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы

I_{к} = f(U_{кэ}), \medspace при \medspace I_{б} = const

Для нее также указывается семейство характеристик для разных значений тока базы:

Видим, что при небольших значениях U_{кэ} коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения — изменение тока очень мало и фактически не зависит от U_{кэ} (зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным .

Для наглядности можно изобразить эти режимы на семействе выходных характеристик:

Участок 1 соответствует активному режиму работы транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. Как вы помните, в данном режиме незначительный ток базы управляет током коллектора, имеющим бОльшую величину.

Для управления током базы мы увеличиваем напряжение U_{бэ}, что в соответствии со входными характеристиками приводит к увеличению тока базы. А это уже в соответствии с выходной характеристикой в активном режиме приводит к росту тока коллектора. Все взаимосвязано.

Небольшое дополнение. На этом участке выходной характеристики ток коллектора все-таки незначительно зависит от напряжения U_{кэ} (возрастает с увеличением напряжения). Это связано с процессами, протекающими в биполярном транзисторе. А именно — при росте напряжения на коллекторном переходе его область расширяется, а соответственно, толщина слоя базы уменьшается. Чем меньше толщина базы, тем меньше вероятность рекомбинации носителей в ней. А это, в свою очередь, приводит к тому, что коэффициент передачи тока \beta несколько увеличивается. Это и приводит к увеличению тока коллектора, ведь:

I_к = \beta I_б

Двигаемся дальше

На участке 2 транзистор находится в режиме насыщения. При уменьшении U_{кэ} уменьшается и напряжение на коллекторном переходе U_{кб}. И при определенном значении U_{кэ} = U_{кэ \medspace нас} напряжение на коллекторном переходе меняет знак и переход оказывается смещенным в прямом направлении. То есть в активном режиме у нас была такая картина — эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме же насыщения оба перехода смещены в прямом направлении.

В этом режиме основные носители заряда начинают двигаться из коллектора в базу — навстречу носителям заряда, которые двигаются из эмиттера в коллектор. Поэтому при дальнейшем уменьшении U_{кэ} ток коллектора уменьшается. Кроме того, в режиме насыщения транзистор теряет свои усилительные свойства, поскольку ток коллектора перестает зависеть от тока базы.

Режим насыщения часто используется в схемах ключей на транзисторе. В одной из следующих статей мы как раз займемся практическими расчетами реальных схем и там используем рассмотренные сегодня характеристики биполярного транзистора.

И, наконец, область 3, лежащая ниже кривой, соответствующей I_{б} = 0. Оба перехода смещены в обратном направлении, протекание тока через транзистор прекращается. Это так называемый режим отсечки.

Все параметры транзисторов довольно-таки сильно зависят как друг от друга, так и от температуры, поэтому в документации приводятся характеристики для разных значений. Вот, например, зависимость коэффициента усиления по току (в зарубежной документации обозначается как h_{FE}) от тока коллектора для биполярного транзистора BC847:

Как видите, коэффициент усиления не просто зависит от тока коллектора, но и от температуры окружающей среды. Разным значениям температуры соответствуют разные кривые.

Маркировка

Маркируется на корпусе цифрами “13003”, указывающими на серийный номер устройства по системе JEDEC. Префикс MJE, в начале указывает на происхождение устройства у именитого брэнда — компании Motorola. В настоящее время префикс mje в обозначении своей продукции добавляют и другие производители радиоэлектронного оборудования. Так что, не удивительно встретить транзистор с таким префиксом от другого компании.

Также, вместо MJE, но с другими буквами в названиях, могут встречается похожие устройства: ST13003 SOT-32 (ST Microelectronics), FJP13003, KSE 13003 (Fairchild). В последнее время стали встречается копии устройств от китайских компаний с такой маркировкой на корпусе: 13003d, 13003br, j13003, e13003. В большинстве случаев у приборов с буквой “d” в конце есть встроенный защитный диод, а у остальных меньшая мощность до 25 Вт.

О транзисторе

Давайте вспомним о том, что вне зависимости от того, проверяем мы транзистор с прямой или обратной проводимостью, они имеют два p-n перехода. Любой из этих переходов можно сопоставить с диодом. Исходя из этого, можно с уверенностью заявить, что транзистор представляют собой пару диодов, соединённых параллельно, а место их соединения, является базой.

Таким образом получается, что у одного из диодов выводы будут представлять собой базу и коллектор, а у второго диода выводы будут представлять базу и эмиттер, или наоборот. В таблице ниже представлена цветовая и кодовая маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов.

Таблица маркировки маломощных среднечастотных и высокочастотных транзисторов.

Исходя из выше написанного, наша задача сводится к проверке напряжения падения на полупроводниковом приборе, или проверки его сопротивления.

Если диоды работоспособны, значит и проверяемый элемент рабочий.Для начала рассмотрим транзистор с обратной проводимостью, то есть имеющим структуру проводимости N-P-N.

На электрических схемах, разных устройств, структуру транзистора определяют с помощью стрелки, которая указывает эмиттерный переход.

Так если стрелка указывает на базу, значит, мы имеем дело c с транзистором прямой проводимости, имеющим структуру p-n-p, а если наоборот, значит это транзистор с обратной проводимостью, имеющий структуру n-p-n.

Для этого существуют специальные пробники, и даже в самом мультиметре имеется гнездо для проверки транзисторов, но, на мой взгляд, все они не совсем практичны. Вот чтобы подобрать пару транзисторов с одинаковым коэффициентом усиления (h21э) пробники вещь даже очень нужная. А для определения исправности достаточно будет и обыкновенного мультика.

Для открытия транзистора с прямой проводимостью, нужно дать отрицательное напряжение на базу. Для этого берём мультиметр, включаем его, и после этого выбираем режим измерения прозвонки, обычно он обозначается символическим изображением диода. В этом режиме прибор показывает падение напряжения в мВ. Благодаря этому мы можем определить кремниевый или германиевый диод или транзистор. Если падение напряжения лежит в пределах 200-400 мВ, то перед нами германиевый полупроводник, а если 500-700 кремниевый.

Современный многофункциональный мультиметр.

Проверка работоспособности транзистора

Подключаем на базу полевого транзистора плюсовой щуп (красный цвет), другим щупом (черный- минус) подключаем к выводу коллектора и делаем измерение. Затем минусовым щупом подключаем к выводу эмиттера и измеряем. Если переходы транзистора не пробиты, то падение напряжения на коллекторном и эмиттерном переходе должно быть на границе от 200 до 700 мВ.

Будет интересно Варианты схем подключения проходных выключателей

Для этого берем, подключаем черный щуп к базе, а красный по очереди подключаем к эмиттеру и коллектору, производя измерения.

Теперь произведём обратное измерение коллекторного и эмиттерного перехода.

Во время измерения, на экране прибора высветится цифра «1», что в свою очередь означает, что при выбранном нами режиме измерения, падение напряжения отсутствует.

Точно также, можно проверить элемент, который находиться на электронной плате, от какого-либо устройства.

При этом во многих случаях можно обойтись и без выпаивания его из платы.

Бывают случаи, когда на впаянные элементы в схеме, оказывают большое влияние резисторы с малым сопротивлением.

Но такие схематические решения, встречаются очень редко. В таких случаях при измерении обратного коллекторного и эмиттерного перехода, значения на приборе будут низкие, и тогда нужно выпаивать элемент из печатной платы. Способ проверки работоспособности элемента с обратной проводимостью (P-N-P переход), точно такой же, только на базу элемента подключается минусовой щуп измерительного прибора.

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.

Тип	Наименование ЭРЭ	Зарубежное название
A1	Полевой N-канальный транзистор	Feld-Effect Transistor (FET), N-Channel
A2	Двухзатворный N-канальный полевой транзистор	Tetrode, Dual-Gate
A3	Набор N-канальных полевых транзисторов	Double MOSFET Transistor Array
B1	Полевой Р-канальный транзистор	MOS, GaAs FET, P-Channel
D1	Один диод широкого применения	General Purpose, Switching, PIN-Diode
D2	Два диода широкого применения	Dual Diodes
D3	Три диода широкого применения	Triple Diodes
D4	Четыре диода широкого применения	Bridge, Quad Diodes
E1	Один импульсный диод	Rectifier Diode
E2	Два импульсных диода	Dual
E3	Три импульсных диода	Triple
E4	Четыре импульсных диода	Quad
F1	Один диод Шоттки	AF-, RF-Schottky Diode, Schottky Detector Diode
F2	Два диода Шоттки	Dual
F3	Три диода Шоттки	Tripple
F4	Четыре диода Шоттки	Quad
K1	“Цифровой” транзистор NPN	Digital Transistor NPN
K2	Набор “цифровых” транзисторов NPN	Double Digital NPN Transistor Array
L1	“Цифровой” транзистор PNP	Digital Transistor PNP
L2	Набор “цифровых” транзисторов PNP	Double Digital PNP Transistor Array
L3	Набор “цифровых” транзисторов | PNP, NPN	Double Digital PNP-NPN Transistor Array
N1	Биполярный НЧ транзистор NPN (f < 400 МГц)	AF-Transistor NPN
N2	Биполярный ВЧ транзистор NPN (f > 400 МГц)	RF-Transistor NPN
N3	Высоковольтный транзистор NPN (U > 150 В)	High-Voltage Transistor NPN
N4	“Супербета” транзистор NPN (г“21э > 1000)	Darlington Transistor NPN
N5	Набор транзисторов NPN	Double Transistor Array NPN
N6	Малошумящий транзистор NPN	Low-Noise Transistor NPN
01	Операционный усилитель	Single Operational Amplifier
02	Компаратор	Single Differential Comparator
P1	Биполярный НЧ транзистор PNP (f < 400 МГц)	AF-Transistor PNP
P2	Биполярный ВЧ транзистор PNP (f > 400 МГц)	RF-Transistor PNP
P3	Высоковольтный транзистор PNP (U > 150 В)	High-Voltage Transisnor PNP
P4	“Супербета” транзистор PNP (п21э > 1000)	Darlington Transistor PNP
P5	Набор транзисторов PNP	Double Transistor Array PNP
P6	Набор транзисторов PNP, NPN	Double Transistor Array PNP-NPN
S1	Один сапрессор	Transient Voltage Suppressor (TVS)
S2	Два сапрессора	Dual
T1	Источник опорного напряжения	“Bandgap”, 3-Terminal Voltage Reference
T2	Стабилизатор напряжения	Voltage Regulator
T3	Детектор напряжения	Voltage Detector
U1	Усилитель на полевых транзисторах	GaAs Microwave Monolithic Integrated Circuit (MMIC)
U2	Усилитель биполярный NPN	Si-MMIC NPN, Amplifier
U3	Усилитель биполярный PNP	Si-MMIC PNP, Amplifier
V1	Один варикап (варактор)	Tuning Diode, Varactor
V2	Два варикапа (варактора)	Dual
Z1	Один стабилитрон	Zener Diode

Определение типа транзисторов

Любые биполярные транзисторы можно представить состоящими в основном из двух диодов, соединенных вместе спина к спине.

Мы можем использовать эту аналогию, чтобы определить, относится ли транзистор к типу PNP или NPN путем тестирования его сопротивления между его тремя выводами. Тестируя каждую их пару в обоих направлениях с помощью мультиметра, после шести измерений получим следующий результат:

1. Эмиттер — База. Эти выводы должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

2. Коллектор — База. Эти выводы также должны действовать как обычный диод и проводить ток только в одном направлении.

3. Эмиттер — Коллектор. Эти выводы не должен проводить в любом направлении.

Значения сопротивлений переходов транзисторов обоих типов

Пара выводов транзистора	PNP	NPN
Коллектор	Эмиттер	RВЫСОКОЕ	RВЫСОКОЕ
Коллектор	База	RНИЗКОЕ	RВЫСОКОЕ
Эмиттер	Коллектор	RВЫСОКОЕ	RВЫСОКОЕ
Эмиттер	База	RНИЗКОЕ	RВЫСОКОЕ
База	Коллектор	RВЫСОКОЕ	RНИЗКОЕ
База	Эмиттер	RВЫСОКОЕ	RНИЗКОЕ

Тогда мы можем определить PNP-транзистор как исправный и закрытый. Небольшой выходной ток и отрицательное напряжение на его базе (B) по отношению к его эмиттеру (E) будет его открывать и позволит протекать значительно большему эмиттер-коллекторному току. Транзисторы PNP проводят при положительном потенциале эмиттера. Иными словами, биполярный PNP-транзистор будет проводить только в том случае, если выводы базы и коллектором являются отрицательным по отношению к эмиттеру.

Тандемное включение транзисторов (схемы Дарлингтона и Шиклаи)

Довольно часто возникает ситуация, когда необходимого коэффициента усиления одного транзистора не хватает. В этом случае транзисторы соединяют тандемно (то есть выходной ток первого транзистора является входным током для второго). Существует две схемы такого включения: схема Дарлингтона и схема Шиклаи. Отличие заключается лишь в том, что в схеме Дарлингтона используются транзисторы одинакового типа проводимости, а в схеме Шиклаи – разного типа проводимости.

Схема Дарлингтона

Схема Шиклаи

Данные пары – это просто два каскада эмиттерного повторителя. Иногда данные составные схемы транзисторов называют «супер-β» пары, так как они функционируют как один транзистор с высоким коэффициентом усиления.

Общий коэффициент передачи тока будет равен:

h_21e(ОБЩ) = h_21e(VT1)*h_21e(VT2)

При использовании данных схем вполне возможна такая ситуация, когда нагрузка уменьшится до нуля (или некоторого минимального значения, близкого к нулю) или при повышении температуры базовый ток транзистора VT1 может стать равным нулю или даже переменить направление за счёт неуправляемого обратного тока коллектора. Во избежание запирания транзистора VT2 его режим следует стабилизировать с помощью резистора R1.

Величину сопротивления R1 можно определить по формуле:

R1 ≤ U_{E min}/I_CBO(VT1)

Основные технические характеристики

Главными особенностями транзистора 13001 являются:

• высокое рабочее напряжение (база-коллектор – 700 вольт, коллектор-эмиттер – 400 вольт, по некоторым источникам – до 480 вольт);
• малое время переключения (время нарастания тока — t_r=0,7 микросекунд, время спадания тока t_f=0,6 μs, оба параметра измерены при токе коллектора 0,1 мА);
• высокая рабочая температура (до +150 °C);
• высокая рассеиваемая мощность (до 1 Вт);
• низкое напряжение насыщения коллектор-эмиттер.

Последний параметр декларируется при двух режимах:

Также в качестве преимущества производители заявляют о низком содержании в транзисторе вредных веществ (соответствие требованиям RoHS).

Другие параметры, значимые для эксплуатации:

• максимальный непрерывный ток базы – 100 мА;
• наибольший импульсный ток базы – 200 мА;
• предельный допустимый ток коллектора – 180 мА;
• предельный импульсный ток коллектора – 360 мА;
• наибольшее напряжение база-эмиттер – 9 вольт;
• время задержки включения (storage time) – от 0,9 до 1,8 μs (при токе коллектора 0,1 мА);
• напряжение насыщения база-эмиттер (при токе базы 100 мА, токе коллектора 200 мА) – не более 1,2 вольта;
• наибольшая рабочая частота – 5 МГц.

Статический коэффициент передачи по току для разных режимов заявляется в пределах:

Все характеристики декларируются при температуре окружающего воздуха +25 °C. Хранить транзистор можно при температурах окружающей среды от минус 60 до +150 °C.

Маркировка и цоколёвка

Данный прибор имеет структуру n — p — n . Выводы элемента слева-направо, при обращении лицевой части транзистора к нам(плоская сторона с маркировкой), имеют такой порядок – “коллектор-база-эмиттер”. Цоколёвку КТ3102 нужно знать и учитывать её при пайке прибора. Ошибка при пайке может повредить весь транзистор.

Маркировка транзисторов применяется для различия одного типа прибора от другого. Например, различия между типом А и Б. В случае КТ3102, маркировка имеет следующую структуру:

• Зелёный кружок на лицевой стороне означает тип транзистора. В нашем случае – КТ3102.
• Кружок сверху означает букву прибора (А, Б, В и т.д). Применяются следующие обозначения :

А – красный или бордовый. Б – жёлтый. В – зелёный. Г – голубой. Д – синий. Е – белый. Ж – тёмно-коричневый.

На некоторых приборах вместо цветовых обозначений, маркировка пишется словами. Например, 3102 EM. Подобные обозначения удобнее цветных.

Знание маркировки транзистора позволит правильно подобрать нужный элемент, согласно требуемым параметрам.