Импортные аналоги отечественных транзисторов

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор обладает двумя переходами: p-n-p или n-p-n. Принципиальное различие между ними – направление течения тока.

Коллектор и эмиттер, обладающие одинаковой проводимостью (в n-p-n транзисторе n-проводимостью), разделены базой, которая обладает p-проводимостью. Если даже эмиттер подключен к источнику питания, ему не пробиться напрямую в коллектор. Для этого необходимо подать ток на базу.

В таком случае электроны из эмиттера заполняют «дырки» последней. Но так как база слабо легирована, то и дырок в ней мало. Поэтому большая часть электронов переходит в коллектор и они начинают свое движение по цепи. Ток коллектора практически равен току эмиттера, ведь на базу приходится очень маленькое его значение.

Чтобы нагляднее себе это представить, можно воспользоваться аналогией с водопроводной трубой. Для управления количеством воды нужен вентиль (транзистор). Если приложить к нему небольшое усилие, он увеличит свое проходное сечение трубы и через него начнет проходить больше воды.

Основные особенности транзистора Дарлингтона

Основное достоинство составного транзистора это большой коэффициент усиления по току.

Следует вспомнить один из основных параметров биполярного транзистора. Это коэффициент усиления (h21). Он ещё обозначается буквой β («бета») греческого алфавита. Он всегда больше или равен 1. Если коэффициент усиления первого транзистора равен 120, а второго 60 то коэффициент усиления составного уже равен произведению этих величин, то есть 7200, а это очень даже неплохо. В результате достаточно очень небольшого тока базы, чтобы транзистор открылся.

Инженер Шиклаи (Sziklai) несколько видоизменил соединение Дарлингтона и получил транзистор, который назвали комплементарный транзистор Дарлингтона. Вспомним, что комплементарной парой называют два элемента с абсолютно одинаковыми электрическими параметрами, но разной проводимости. Такой парой в своё время были КТ315 и КТ361. В отличие от транзистора Дарлингтона, составной транзистор по схеме Шиклаи собран из биполярных разной проводимости: p-n-p и n-p-n. Вот пример составного транзистора по схеме Шиклаи, который работает как транзистор с n-p-n проводимостью, хотя и состоит из двух различной структуры.

схема Шиклаи

К недостаткам составных транзисторов следует отнести невысокое быстродействие, поэтому они нашли широкое применение только в низкочастотных схемах. Такие транзисторы прекрасно зарекомендовали себя в выходных каскадах мощных усилителей низкой частоты, в схемах управления электродвигателями, в коммутаторах электронных схем зажигания автомобилей.

Хорошо зарекомендовал себя для работы в электронных схемах зажигания мощный n-p-n транзистор Дарлингтона BU931.

Основные электрические параметры:

Напряжение коллектор – эмиттер 500 V;
Напряжение эмиттер – база 5 V;
Ток коллектора – 15 А;
Ток коллектора максимальный – 30 А;
Мощность рассеивания при 250С – 135 W;
Температура кристалла (перехода) – 1750С.

На принципиальных схемах нет какого-либо специального значка-символа для обозначения составных транзисторов. В подавляющем большинстве случаев он обозначается на схеме как обычный транзистор. Хотя бывают и исключения. Вот одно из его возможных обозначений на принципиальной схеме.

Напомню, что сборка Дарлингтона может иметь как p-n-p структуру, так n-p-n. В связи с этим, производители электронных компонентов выпускают комплементарные пары. К таким можно отнести серии TIP120-127 и MJ11028-33. Так, например, транзисторы TIP120, TIP121, TIP122 имеют структуру n-p-n, а TIP125, TIP126, TIP127 — p-n-p.

Также на принципиальных схемах можно встретить и вот такое обозначение.

Характеристики КТ815

Ниже представлена таблица с техническими характеристиками КТ815

Наименование	U КБ , В	U КЭ , В	I K , мА	Р К , Вт	h21 э	I КБ , мА	f, МГц	U КЭ , В.
КТ815А	40	30	1500(3000)	1(10)	40-275	≤50	≥ 3	<0,6
КТ815Б	50	45	1500(3000)	1(10)	40-275	≤50	≥ 3	<0,6
КТ815В	70	65	1500(3000)	1(10)	40-275	≤50	≥ 3	<0,6
КТ815Г	100	85	1500(3000)	1(10)	30-275	≤50	≥ 3	<0,6

Обозначения из таблицы читаются следующим образом:

U КБ -максимальное рассчитанное напряжение для перехода коллектор-база
U КЭ -максимально рассчитанное напряжение на переходе коллектор-эмиттер.
I K -максимальный рассчитанный ток на выводе коллектора. В скобках указаны значения для импульсного тока.
Р К -максимально рассчитанная рассеиваемая мощность вывода коллектора без радиатора. В скобках – с радиатором.
h 21э- коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером.
I КБ — обратный ток вывода коллектора.
f — граничная частота для схемы с общим эмиттером.
U КЭ — напряжение насыщения перехода коллектор-эмиттер.

Существуют и другие важные характеристики для данного элемента, которые по тем или иным причинам не попали в вышеприведённую таблицу. Существуют ещё несколько характеристик, например, температурных:

Показатель температуры перехода — 150 градусов по Цельсию.
Рабочая температура транзистора — от -60 до +125 градусов по Цельсию.

Данные параметры транзистора КТ815 одинаковы как для транзисторов в корпусах КТ-27, так и в корпусах КТ-89.

Редакторы сайта советуют ознакомиться с определением понятия гистерезиса и использовании этого эффекта в котлах.

Примеры схем включения

Один из вариантов схемы включения TL431 – обычный компаратор. На нём можно построить какие-нибудь пороговые реле – например, реле уровня, реле освещения и т.д. Только источник опорного напряжения у неё встроенный и регулировке не подлежит, поэтому регулируют ток и падение напряжения через датчик.

Как только на датчике упадет 2,5 В, выходной транзистор микросхемы откроется, через светодиод пойдет ток и он загорится. Вместо LED можно использовать маломощное реле или транзисторный ключ, коммутирующий нагрузку. Резистором R1 можно подстроить уровень срабатывания компаратора. R2 служит балластом и ограничивает ток через светодиод.

Но подобное включение не дает возможности использовать все возможности TL431 – компаратор можно построить на любой другой микросхеме, более подходящей для таких реле. Эта же сборка разработана для других целей.

Самая простая схема включения TL431 в режиме параллельного стабилизатора – источника опорного напряжения 2,5 В. Для этого нужен лишь балластный резистор, который ограничит ток через выходной транзистор.

Более полно возможности микросхемы используются в схеме с обратной связью, образованной резисторами R1 и R2.

При подаче питания напряжение на выходе возрастает и стабилизируется в течение нескольких микросекунд (скорость нарастания не нормируется). Uстаб задается делителем, его можно вычислить по формуле Uстаб=2,495*(1+R2/R1). При расчетах надо иметь в виду, что внутреннее сопротивление при таком включении возрастает в (1+R2/R1) раз.

Можно увеличить нагрузочную способность стабилизатора классическим способом, включением дополнительного биполярного транзистора.

Такое включение преобразует схему в параллельный стабилизатор, требующий превышения входного напряжения над выходным. Его КПД не может превышать отношения Uвых/Uвх. Это ухудшает параметры стабилизатора, поэтому лучше применить полевой транзистор, на нём падение напряжения меньше.

Здесь КПД выше за счёт меньшей потребной разницы между входным и выходным напряжением, но понадобится дополнительный источник питания для затвора транзистора – его напряжение должно превышать Uвх.

На TL431 можно собрать стабилизатор тока.

Ток в цепи коллектора транзистора будет равен Iстаб=Vref/R1.

Если эту же схему включить в виде двухполюсника, то получится ограничитель тока.

Ток будет ограничиваться на уровне Io=Vref/R1+Ika. Номинал балластного резистора надо выбирать из условий Rб=Uвх(Io/hfe+Ika), где hfe – коэффициент усиления транзистора. Его можно замерить мультиметром, имеющим такую функцию.

Радиолюбители используют микросхемы и в нестандартных включениях. TL431 имеет склонность к самовозбуждению, что является недостатком. Но это дает возможность её использования в качестве генераторов, управляемых напряжением. Для этого на выход устанавливают конденсатор.

Графические иллюстрации характеристик

Рис. 1. Зависимость времени задержки t_d и времени нарастания импульса t_r от коллекторной нагрузки I_C.

Характеристика снята при напряжении питания U_CC = 125 В, температуре п/п структуры T_j = 25°C, и соотношении токов I_C/ I_B = 5.

При измерении времени задержки t_d установлено напряжение смещения U_BE₍_OFF₎ = 5 В.

Рис. 2. Зависимость времени сохранения t_s и времени спадания импульса t_f от величины коллекторной нагрузки I_C.

Рис. 3. Зависимость статического коэффициента усиления h_FE транзистора в схеме с общим эмиттером от величины коллекторной нагрузки I_C.

Зависимость снята для различных значений температуры структуры T_j и напряжений коллектор-эмиттер U_CE.

Рис. 4. Изменение падения напряжения на транзисторе U_CE при изменении управляющего тока базы I_B. Зависимости сняты при различных нагрузках I_C и температуре структуры T_j = 25°C.

Рис. 5. Изменение напряжения насыщения на базовом переходе U_BE₍_sat₎ при разных нагрузках I_C и разных температурах структуры T_j. Соотношение токов I_C / I_B = 3.

Пунктиром показано изменение напряжения включения U_BE₍_ON₎ при напряжении на коллекторе U_CE = 2 В.

Рис. 6. Зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер U_CE(sat) от коллекторного тока I_C при различных температурах и соотношении токов I_C/ I_B = 3.

Рис. 7. Область выключения транзистора. Зависимость коллекторного тока I_C от напряжения база-эмиттер U_BE.

Характеристика снята при разных температурах T_j структуры и напряжении коллектор-эмиттер U_CE = 250 В.

FORWARD – напряжение база-эмиттер приложено в прямом направлении.

REVERS — напряжение база-эмиттер приложено в обратном направлении.

Рис. 8. Зависимости входной емкости C_ib перехода эмиттер-база и выходной емкости C_ob коллекторного перехода от величины обратного приложенного напряжения. Температура структуры T_j= 25°С.

Рис. 9. Область безопасной работы транзистора при резистивной нагрузке.

Предельные токи ограничены: значением максимального постоянного тока I_C = 1,5 А и максимального импульсного тока I_CM = 3,0 А.

При этих значениях тока разрушаются паяные соединения подводящих проводов со слоями п/п структуры. Показано штрихпунктирной линией.

Предельные напряжения ограничены максимальным рабочим напряжением U_CEO₍_SUS₎= 400 В.

Общее тепловое разрушение структуры наступает при превышении ограничений по току и напряжений, показанных пунктирной линией.

Сплошная линия обозначает ограничения, связанные с вторичным необратимым пробоем п/п структуры транзистора. Во всех режимах работы линии нагрузки транзистора (зависимости I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE) не должны превышать обозначенных ограничений.

Рис. 10. Ограничение величины рассеиваемой мощности (нагрузки) транзистора при возрастании температуры окружающей среды T_a.

Характеристика снята для условий работы на резистивную нагрузку.

Рис. 11. Область безопасной работы транзистора с обратным смещением для случая с введенными ограничениями перенапряжений.

Предельное ограничение по напряжению (перенапряжению) U_CLAMP = 700 В.

Величины напряжений обратного смещения U_BE₍_OFF₎соответственно 9 В, 5 В, 3 В и 1,5 В.

Характеристики построены для температуры структуры в пределах 100°С и при токе базы I_B₁ = 1 А.

Такая ОБР с обратным смещением характерна для схем работы транзистора на индуктивную нагрузку.

В этих режимах работы, линии нагрузки транзистора (зависимости I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE) не должны превышать обозначенных ОБР ограничений.

С помощью тестера

Проверка работоспособности симистора мультиметром или тестером основана на знании принципа работы этого устройства. Конечно же, она не даст полной картины состояния детали, так как невозможно определить рабочие характеристики симистора без сборки электрической схемы и проведения дополнительных измерений. Но часто вполне достаточно будет подтвердить или опровергнуть работоспособность полупроводникового перехода и управления им.

Чтобы проверить деталь, необходимо использовать мультиметр в режиме измерения сопротивления, то есть как омметр. Контакты мультиметра присоединяются к рабочим контактам симистора, при этом значение сопротивления должно стремиться к бесконечности, то есть быть очень большим.

После этого соединяется анод с управляющим электродом. Симистор должен открыться и сопротивление должно упасть почти до нуля. Если все так и произошло, скорее всего, симистор работоспособен.

Устройство можно считать неисправным в двух случаях. Если до появления напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление симистора ничтожно мало. И второй случай, если при появлении напряжения на контакте управляющего электрода сопротивление прибора не уменьшается.