Характеристики транзистора bc547

Доработка схемы

Если вход схемы подключен к push-pull выходу, то особой доработки не
требуется. Рассмотрим случай, когда вход — это просто выключатель,
который либо подтягивает базу к питанию, либо оставляет её «висеть в
воздухе». Тогда для надёжного закрытия транзистора нужно добавить ещё
один резистор, выравнивающий напряжение между базой и эмиттером.

Кроме того, нужно помнить, что если нагрузка индуктивная, то
обязательно нужен защитный диод. Дело в том, что энергия, запасённая
магнитным полем, не даёт мгновенно уменьшить ток до нуля при
отключении ключа. А значит, на контактах нагрузки возникнет напряжение
обратной полярности, которое легко может нарушить работу схемы или
даже повредить её.

Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени
относится и к другим видам ключей.

Если нагрузка резистивная, то диод не нужен.

В итоге усовершенствованная схема принимает следующий вид.

Резистор R2 обычно берут с сопротивлением, в 10 раз большим, чем
сопротивление R1, чтобы образованный этими резисторами делитель не
понижал слишком сильно напряжение между базой и эмиттером.

Для нагрузки в виде реле можно добавить ещё несколько
усовершенствований. Оно обычно кратковременно потребляет большой ток
только в момент переключения, когда тратится энергия на замыкание
контакта. В остальное время ток через него можно (и нужно) ограничить
резистором, так как удержание контакта требует меньше энергии.

Для этого можно применить схему, приведённую ниже.

В момент включения реле, пока конденсатор C1 не заряжен, через него
идёт основной ток. Когда конденсатор зарядится (а к этому моменту реле
перейдёт в режим удержания контакта), ток будет идти через резистор
R2. Через него же будет разряжаться конденсатор после отключения реле.

Ёмкость C1 зависит от времени переключения реле. Можно взять,
например, 10 мкФ.

С другой стороны, ёмкость будет ограничивать частоту переключения
реле, хоть и на незначительную для практических целей величину.

Система обозначений транзисторов

Встречаются транзисторы (биполярные), которые имеют старую, введенную до 1964 г. систему обозначений. По старой системе в обозначение транзистора входит буква П и цифровой номер.

По номеру транзистора можно определить, для каких каскадов радиоэлектронной конструкции он разработан. Если перед буквой П стоит буква М, то это значит, что корпус транзистора холодносварочной конструкции. Расшифровка типов транзисторов по номеру следующая:

Низкочастотные (до 5 МГц):

• 1…100 — германиевые малой мощности, до 0,25 Вт;
• 101…201 — кремниевые до 0,25 Вт;
• 201…300 — германиевые большой мощности, более 0,25 Вт;
• 301…400 — кремниевые более 0,25 Вт.

Высокочастотные (свыше 5 МГц):

• 401…500 — германиевые до 0,25 Вт;
• 501…600 — кремниевые до 0,25 Вт;
• 601…700 — германиевые более 0,25 Вт;
• 701…800 — кремниевые более 0,25 Вт.

Например:

• П416 Б — транзистор германиевый, высокочастотный, малой мощности, разновидности Б;
• МП39Б — германиевый транзистор, имеющий холодносварочный корпус, низкочастотный, малой мощности, разновидности Б.

В новой системе обозначений используется буквенно-цифровой шифр, который состоит из 5 элементов:

1-й  элемент системы обозначает исходный материал, на основе которого изготовлен транзистор и его содержание не отличается от системы обозначения диодов, то есть Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия, И или 4 — индий.

2-1  элемент — буква Т (биполярный) или П (полевой).

3-1  элемент — цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

Транзисторы малой мощности, Рmах < 0,3 Вт:

• 1    — маломощный низкочастотный, Гф< 3 МГц;
• 2    — маломощный среднечастотный, 3 < frp< 30 МГц;
• 3    — маломощный высокочастотный, 30 < fгр< 300 МГц.

Транзисторы средней мощности, 0,3 < Рmах <1,5 Вт:

• 4    — средней мощности низкочастотный;
• 5    — средней мощности среднечастотный;
• 6    — средней мощности высокочастотный.

Транзисторы большой мощности, Рmах >1,5 Вт:

• 7    — большой мощности низкочастотный;
• 8    — большой мощности среднечастотный;
• 9    — большой мощности высокочастотный и сверхвысокочастотный (frp > 300 Гц).

4-й элемент — цифры от 01 до 99, указывающие порядковый номер разработки.

5-й элемент — одна из букв от А до Я, обозначающая деление технологического типа приборов на группы.

Например: КТ540Б — кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.

При изготовлении транзисторов используют различные технологические приемы, в результате чего получаются приборы со специфическими особенностями, эксплуатационными свойствами и параметрами. Цоколевка транзисторов, широко используемых радиолюбителями, дана на рис. 1.

Рис. 1. Цоколевка отечественных транзисторов.

Пошаговая инструкция проверки мультимером

Перед началом проверки, прежде всего определяется структура триодного устройства, которая обозначается стрелкой эмиттерного перехода. Когда направление стрелки указывает на базу, то это вариант PNP, направление в сторону, противоположную базе, обозначает NPN проводимость.

Проверка мультимером NPN транзистора состоит из таких последовательных операций:

1. Проверяем обратное сопротивление, для этого присоединяем «плюсовой» щуп прибора к его базе.
2. Тестируется эмиттерный переход, для этого «минусовой» щуп подключаем к эмиттеру.
3. Для проверки коллектора перемещаем на него «минусовой» щуп.

Результаты этих измерений должны показать сопротивление в пределах значения «1».

Для проверки прямого сопротивления меняем щупы местами:

1. «Минусовой» щуп прибора присоединяем к базе.
2. «Плюсовой» щуп поочередно перемещаем от эмиттера к коллектору.
3. На экране мультиметра показатели сопротивления должны составить от 500 до 1200 Ом.

Данные показания свидетельствуют о том, что переходы не нарушены, транзистор технически исправен.

Многие любители имеют сложности с определением базы, и соответственно коллектора или эмиттера. Некоторые советуют начинать определение базы независимо от типа структуры таким способом: попеременно подключая черный щуп мультиметра к первому электроду, а красный – поочередно ко второму и третьему.

База обнаружится тогда, когда на приборе начнет падать напряжение. Это означает, что найдена одна из пар транзистора – «база – эмиттер» или «база – коллектор». Далее необходимо определить расположение второй пары таким же образом. Общий электрод у этих пар и будет база.

Выбор p-канальных и n-канальных MOSFET

Невозможно создать p-канальный силовой MOSFET, который имел бы такие же электрические характеристики, как и n-канальный MOS-FET. Поскольку подвижность носителей заряда в n-канальном силовом MOSFET в 2,5–3 раза выше, то для обеспечения одного и того же сопротивления в открытом состоянии R_ds(on), размер кристалла p-канального MOSFET должен быть в 2,5–3 раза больше, по сравнению с n-канальным транзистором. Вследствие большей площади кристалла p-канальные MOSFET-транзисторы имеют меньшее тепловое сопротивление и более высокие значения допустимого тока. Но их динамические характеристики (емкость, заряд затвора и др.) зависят от размера кристалла.

На низких частотах переключений, при которых доминируют потери проводимости, p-канальный MOSFET должен иметь тот же уровень номинального тока I_D25, что и n-канальный транзистор. Если два транзистора имеют одинаковый номинальный ток I_D25, нагрев их кристаллов будет практически одинаков при одинаковой температуре корпуса и одинаковом токе. В этом случае оптимальный размер кристалла p-канального MOSFET составит уже 1,5–1,8 от размера кристалла n-канального транзистора.

На высоких частотах переключения, где доминируют динамические потери, p-канальный MOSFET должен иметь ту же величину заряда затвора, что и n-канальный транзистор. Если два транзистора имеют одинаковый заряд затвора и управляются одинаково, их динамические потери близки. В этом случае p-канальный MOSFET имеет тот же размер кристалла, что и n-канальный, но его номинальный ток I_D25 может быть меньше, чем у n-канального.

Для работы в линейном режиме необходимо соответствие p-канального и n-канального транзистора по FBSOA (области безопасной работы) в реальном режиме

Это часто означает соответствие по номинальной рассеиваемой мощности ID25, но, кроме того, нужно обращать внимание на физическую способность транзистора работать в линейном режиме

В реальных приложениях необходимо тщательно выбирать p-канальный MOSFET-тран-зистор по номинальному току I_D25 или заряду затвора Qg. Приложений, в которых требуется одинаковое сопротивление в открытом состоянии R_ds(on), не так много.

Что такое NPN транзистор?

Транзисторы вытеснили электролампы, позволили уменьшить количество реле, переключателей в устройствах. Это полупроводниковые триоды — радиоэлектронные компоненты из полупроводников, стандартно имеют 3 вывода.

Транзисторы, предназначенные для управления током, то есть основным силовым фактором электросхем, именно его удар (не напряжения) несет опасность для человека.

Элемент способен контролировать чрезвычайно высокие величины в выходных цепях при подаче слабого входного сигнала. Транзисторы повышают, генерируют, коммутируют, преобразовывают электросигналы, это основа микроэлектроники, электроустройств.

Разновидности по принципу действия:

• биполярный транзистор из 2 типов проводников, в основе функционирования – взаимодействие на кристалле соседних p-n участков. Состоят из эмиттера/коллектора/базы (далее, эти термины будем сокращать): на последнюю идет слабый ток, вызывающий модификацию сопротивления (дальше по тексту «сопр.») в линии, состоящей из первых 2 элементов. Таким образом, протекающая величина меняется, сторона ее однонаправленности (n-p-n или p-n-p) определяется характеристиками переходов (участков) в соответствии с полярностью подключения (обратно, прямо). Управление осуществляется модулированием тока на сегменте база/эмит., вывод последнего всегда общий для сигналов управления и выхода;
• полевой. Тип проводника один — узкий канал, подпадающий под электрополе обособленного затворного прохода. Контроль основывается на модуляции количества Вольт между ним и истоком. А между последним и стоком течет электроток (2 рабочие контакты). Величина имеет силу, зависящую от сигналов, формируемых между затвором (контакт контроля) и одной из указанных частей. Есть изделия с p-n участком управления (рабочие контакты подключаются к p- или n-полупроводнику) или с обособленными затворами.

У полевиков есть варианты полярности, для управления требуется низкий вольтаж, из-за экономичности их ставят в радиосхемы с маломощными БП. Биполярные варианты активируются токами. В аналоговых сборках превалируют вторые (БТ, BJT), в цифровых (процессоры, компьютеры) — первые. Есть также гибриды — IGBT, применяются в силовых схемах.

Практика работы составного транзистора

На рис. 3 показаны три варианта построения выходного каскада (эмиттерный повторитель). При подборе транзисторов надо стремится к b1~b2 и b3~b4 . Различие можно компенсировать за счёт подбора пар по равенству коэффициентов усиления СТ b13~b24 (см. табл. 1).

• Схема на рис. 3а имеет наибольшее входное сопротивление, но это худшая из приведённых схем: требует изоляцию фланцев мощных транзисторов (или раздельные радиаторы) и обеспечивает наименьший размах напряжения, поскольку между базами СТ должно падать ~2 В, в противном случае сильно проявятся искажения типа «ступенька».
• Схема на рис. 3б досталась в наследство с тех времён, когда ещё не выпускались комплементарные пары мощных транзисторов. Единственный плюс по сравнению с предыдущим вариантом – меньшее падение напряжения ~1,8 В и больше размах без искажений.
• Схема на рис. 3в наглядно демонстрирует преимущества СТШ: между базами СТ падает минимум напряжения, а мощные транзисторы можно посадить на общий радиатор без изоляционных прокладок.

На рис. 4 показаны два параметрических стабилизатора. Выходное напряжение для варианта с СТД равно:

Поскольку Uбэ гуляет в зависимости от температуры и коллекторного тока, то у схемы с СТД разброс выходного напряжения будет больше, а потому вариант с СТШ предпочтительней.

Рис. 3. Варианты выходных эмиттерных повторителей на СТ

Рис. 4. Применение СТ в качестве регулятора в линейном стабилизаторе

Для коммутации электромеханических приводов и, тем более, в импульсных схемах следует использовать готовые СТ с нормированными параметрами включения и выключения, паразитными ёмкостями. Типичный пример – широко распространённые импортные комплементарные СТД серии TIP12х.

Таблица 1 – Краткие технические характеристики транзисторов КТ361, КТ361-1, КТ361-2 и КТ361-3

Примечание:
1. I_{К max} – максимально допустимый постоянный ток коллектора;
2. U_{КЭ max} – пробивное напряжение коллектор-эмиттер при заданном токе коллектора и заданном (конечном) сопротивлении в цепи база-эмиттер;
3. P_{К max} – максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора;
4. r_б – сопротивление базы;
5. r_{КЭ нас} – сопротивление насыщения между коллектором и эмиттером;
6. C_К – емкость коллекторного перехода , измеренная при U_К = 10 В;
7. f_гp – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы общим эмиттером;
8. h_2lЭ – статический коэффициент передачи тока для схемы с общим эмиттером в режиме большого сигнала.

Принцип работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор может быть либо p-n-p, либо n-p-n в зависимости от чередования слоев полупроводника
в кристалле. В любом случае выводы называются — база, коллектор и эмиттер.
Слой полупроводника, соответствующий базе заключен между слоями эмиттера и коллектора.
Он имеет принципиально очень малую ширину.
Носители заряда движутся от эмиттера через базу — к коллектору.
Условием возникновения тока между коллектором и эмиттером является наличие свободных носителей
в области базы. Эти носители проникают туда при возникновении тока эмиттер-база. причиной которого
может являться разность напряжения между этими электродами.

Т.е. — для нормальной работы биполярного транзистора в качестве усилителя сигнала
всегда необходимо присутствие напряжения некого минимального уровня, для смещения перехода эмиттер-база в
прямом направлении.
Прямое смещение перехода база-эмиттер приоткрывая транзистор, задает
так называемую — рабочую точку режима. Для гармоничного усиления сигнала по напряжению и току используют
режим — А. В этом режиме напряжение между коллектором
и нагрузкой, примерно равно половине питающего напряжения — т. е выходное сопротивление транзистора
и нагрузки примерно равны . Если подавать теперь на переход база — эмиттер
сигнал переменного тока, СОПРОТИВЛЕНИЕ эмиттер — коллектор будет изменяться, графически повторяя
форму входного сигнала. Соответственно, то же будет происходить и с током через эмиттер к коллектору
протекающим. Причем амплитуда тока будет большей, нежели амплитуда
входного сигнала — будет происходить усиление сигнала.

Если увеличивать напряжение смещения база — эмиттер дальше, это приведет к росту
тока в этой цепи, и как результат — еще большему росту тока эмиттер — коллектор.
В конце, концов ток перестает расти — транзистор переходит в полностью открытое
состояние(насыщения). Если затем убрать напряжение смещения — транзистор закроется,
ток эмиттер — коллектор уменьшится, почти исчезнет. Так транзистор может работать
в качестве электронного ключа. Этот режим наиболее эффективен в отношении
управления мощностями, при протекании тока через полностью открытый транзистор величина падения напряжения
минимальна. Соответственно малы потери тока и нагрев переходов транзистора.

Существует три вида подключения биполярного транзистора.
С общим эмиттером (ОЭ) — осуществляется усиление как по току, так и по напряжению — наиболее
часто применяемая схема.
Усилительные каскады построенные подобным образом, легче согласуются между собой,
так как значения их входного и выходного сопротивления относительно близки, если
сравнивать с двумя остальными видами включения (хотя иногда и отличаются в десятки раз).

С общим коллектором (ОК) осуществляется усиление только по току — применяется для согласования
источников сигнала с высоким внутренним сопротивлением(импендансом) и низкоомными сопротивлениями нагрузок.
Например, в выходных каскадах усилителей и контроллеров.

С общей базой (ОБ) осуществляется усиление только по напряжению. Имеет низкое входное и высокое
выходное сопротивление и более широкий частотный диапазон. Это позволяет использовать подобное включение для согласования
источников сигнала с низким внутренним сопротивлением(импендансом) с последующим каскадом
усиления. Например — в входных цепях радиоприемных устройств.

Принцип работы

Когда на клеммы подается входное напряжение, некоторое количество тока (I_B) начинает течь от базы к эмиттеру и управляет током на коллекторе (I_C). Напряжение между базой и эмиттером (V_BE) для NPN-структуры должно быть прямым. Т.е. на базу прикладывается положительный потенциал, а на эмиттер отрицательный. Полярность напряжения, приложенного к каждому выводу, показана на рисунке ниже.

Входной сигнал усиливается на базе, а затем передается на эмиттер. Меньшее количество тока в базе используется для управления большим, между коллектором и эмиттером (I_C).

Когда транзистор открыт, он способен пропускать I_C до 100 мА. Этот этап называется областью насыщения. При этом допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (V_BE) может составлять около 200 мВ,а V_BE достигать 900 мВ. Когда ток базы перестает течь, транзистор полностью отключается, эта ступень называется областью отсечки, а V_BE будет составлять около 650 мВ.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы. 

МОП-транзистор: 

• Высокая частота переключения.
• Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера. 
• Более низкая емкость затвора.
• Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
• Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль: 

• Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
• Лучшая устойчивость к перегрузкам.
• Улучшенная способность распараллеливания схемы.
• Более быстрое и плавное включение и выключение.
• Снижение потерь при включении и при переключении.
• Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.