Транзистор bd140: аналоги, характеристики, схемы, чем заменить

Эквивалентная замена лямбда-диодов

Совершенно особым видом ВАХ обладают полупроводниковые приборы типа лямбда-диодов, туннельных диодов. На вольт-амперных характеристиках этих приборов имеется N-об-разный участок.

Лямбда-диоды и туннельные диоды могут быть использованы для генерации и усиления электрических сигналов. На рис. 8 и рис. 9 показаны схемы, имитирующие лямбда-ди-од [РТЕ 9/87-35].

Практически в генераторах чаще используют схему, представленную на рис. 9 [ПТЭ 5/77-96]. Если между стоками полевых транзисторов включить управляемый резистор (потенциометр) либо транзистор (полевой или биполярный), то видом вольт-амперной характеристики такого «лямбда-диода» можно управлять в широких пределах: регулировать частоту генерации, модулировать колебания высокой частоты и т.д.

Рис. 8. Аналог лямбда-диода.

Рис. 9. Аналог лямбда-диода.

Эквивалент лавинного транзистора и динистора

Лавинный транзистор — полупроводниковый прибор, работающий в режиме лавинного пробоя. Такой пробой обычно возникает при напряжении, превышающем предельно допустимое значение.

Не допустить теплового пробоя (необратимого повреждения) транзистора можно при ограничении тока через транзистор (подключением высокоомной нагрузкой).

Лавинный пробой транзистора может наступать в «прямом» и «инверсном» включении транзистора. Напряжение лавинного пробоя при инверсном включении (полярность подключения полупроводникового прибора противоположна общепринятой, рекомендованной) обычно ниже, чем для «прямого» включения.

Вывод базы транзистора часто не используется (не подключается к другим элементам схемы). В ряде случаев базовый вывод соединяют с эмиттером через высокоом-ный резистор (сотни кОм — ед. МОм). Это позволяет в некоторых пределах регулировать величину напряжения лавинного пробоя.

На рис. 1 приведена схема равноценной замены «лавинного» транзистора интегрального прерывателя К101КТ1 ее дискретными аналогами. Интересно отметить, что при ближайшем рассмотрении эта схема тождественна эквивалентной схеме динистора (рис. 1), тиристора (рис. 2) и однопереходного транзистора (рис. 4).

Отметим попутно, что и вид вольт-амперных характеристик всех этих полупроводниковых приборов имеет общие характерные особенности. На их вольт-амперных характеристиках имеется S-образный участок, участок с так называемым «отрицательным» динамическим сопротивлением. Благодаря такой особенности вольт-амперной характеристики перечисленные приборы могут использоваться для генерации электрических колебаний.

Рис. 1. Аналог лавинного транзистора и динистора.

Виды транзисторов

В первых транзисторах применялся германий, который работал не совсем стабильно. Со временем от него отказалось в пользу других материалов: кремния (самый распространённый) и арсенида галлия. Но все это традиционные полупроводники.

В настоящее время начинают набирать популярность триоды на основе органических материалов и даже веществ биологического происхождения: протеинов, пептидов, молекул хлорофилла и целых вирусов. Биотранзисторы используются в медицине и биотехнике.

Другие классификации транзисторов:

1. По мощности подразделяются на маломощные (до 0,1 Вт), средней мощности (от 0,1 до 1 Вт) и просто мощные (свыше 1 Вт).
2. Также разделяются по материалу корпуса (металл или пластмасса), типу исполнения (в корпусе, бескорпусные, в составе интегральных схем).
3. Нередко их объединяют друг с другом для улучшения характеристик. Такие транзисторы называются составными или комбинированными и могут состоять из двух и более полупроводниковых приборов. Строение и у них простое: эмиттер первого является базой для второго и так далее до необходимого количества триодов. Бывает нескольких типов: Дарлинга (все составляющие с одинаковым типом проводимости), Шиклаи (тип проводимости разный), каскодный усилитель (два прибора, работающие как один с подключением по схеме с общим эмиттером).
4. К составным относится также и IGBT-транзистор, представляющий собой биполярный, который управляется при помощи полярного триода с изолированным затвором. Такой тип полупроводниковых приборов применяется в основном там, где нужно управлять большим током (сварочные аппараты, городские электросети) или электромеханическими приводами (электротранспорт).
5. В качестве управления может применяться не ток, а другое электромагнитное воздействие. К примеру, в фототранзисторах в качестве базы используется чувствительный фотоэлемент, а в магнитотранзисторах – материал, индуцирующий ток при воздействии на него магнитного поля.

Технологический предел для транзисторов еще не достигнут. Их размеры уменьшаются с каждым голом, а различные научно-исследовательские институты ведут поиск новых материалов для использования в качестве полупроводника. Можно сказать, что эти полупроводниковые приборы еще не сказали миру своего последнего слова.

Сравнение IGBT с MOSFET

Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей. Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении. Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении. 

Кратко о MOSFET

MOSFET – это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком. 

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем. По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества – более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими). Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Высокочастотные эффекты

Производительность транзисторного усилителя относительно постоянна вплоть до некоторой точки, как показано на графике зависимости коэффициента усиления по току от частоты для усилителя малых сигналов с общим эмиттером (рисунок ниже). За этой точкой по мере увеличения частоты производительность транзистора ухудшается.

Граничная частота (частота отсечки коэффициента бета), f_гр, f_T – это частота, при которой коэффициент усиления по току (h_fe) усилителя малых сигналов с общим эмиттером падает ниже единицы (рисунок ниже). Реальный усилитель должен иметь коэффициент усиления > 1. Таким образом, на частоте f_гр транзистор использоваться не может. Максимальная частота, приемлемая для использования транзистора, равна 0,1f_гр.

Зависимость коэффициента усиления по току (h_fe) от частоты для усилителя малых сигналов с общим эмиттером

Некоторые радиочастотные биполярные транзисторы могут использоваться в качестве усилителей на частотах до нескольких ГГц. Кремниево-германиевые устройства расширяют диапазон до 10 ГГц.

Предельная частота (частота отсечки коэффициента альфа), f_пр, f_alpha – это частота, при которой коэффициент α снижается до 0,707 от коэффициента α на низких частотах, α=0,707α. Предельная частота и граничная частота примерно равны: f_пр≅f_гр. В качестве высокочастотного показателя предпочтительнее использовать граничную частоту f_гр.

f_max – самая высокая частота колебаний, возможная при наиболее благоприятных условиях смещения и согласования импеданса. Это частота, при которой коэффициент усиления по мощности равен единице. Весь выходной сигнал подается назад на вход для поддержания колебаний. f_max является верхним пределом частоты работы транзистора в качестве активного устройства. Хотя реальный усилитель не используется на f_max.

Эффект Миллера: верхний предел частоты для транзистора, связанный с емкостями переходов. Например, PN2222A имеет входную емкость C_ibo=25пФ и выходную емкость C_obo=9пФ между К-Б и К-Э соответственно. Хотя емкость К-Э 25 пФ кажется большой, она меньше, чем емкость К-Б (9 пФ). Из-за эффекта Миллера в усилителе с общим эмиттером емкость К-Б оказывает влияние на базу в β раз. Почему это так? Усилитель с общим эмиттером инвертирует сигнал, проходящий от базы к эмиттеру. Инвертированный сигнал коллектора, подаваемый назад на базу, противодействует входному сигналу. Сигнал на коллекторе в β раз больше входного сигнала. Для PN2222A β=50–300. Таким образом, емкость К-Б 9 пФ выглядит так: от 9 · 50 = 450 пФ до 9 · 300 = 2700 пФ.

Решение проблемы с емкостью перехода для широкополосных приложений заключается в выборе высокочастотного транзистора – RF (радиочастотного) или СВЧ транзистора. Полоса пропускания может быть дополнительно расширена за счет использования схемы с общей базой, вместо схемы с общим эмиттером. Заземленная база защищает входной эмиттер от емкостной обратной связи с коллектора. Каскодная схема из двух транзисторов будет обеспечивать такую же полосу пропускания, как и схема с общей базой, но уже с более высоким входным импедансом схемы с общим эмиттером.

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером. 

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах – электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое. 

Эквивалент тиристора

Тиристоры, динисторы и им подобные элементы способны при весьма незначительных внутренних потерях управлять большими мощностями, подводимыми к нагрузке.

Тиристоры — приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (проводимость отсутствует, прибор заперт) и состоянием высокой проводимости (проводимость близка к нулю, прибор открыт). Представители класса тиристоров :

• диодные тиристоры (динисторы, диаки), имеющие два вывода (анод и катод), управляемые путем подачи на электроды напряжения с высокой скоростью его нарастания или повышения приложенного напряжения до величины, близкой к критической;
• триодные тиристоры (тринисторы, триаки), трехэлектродные элементы, управляющий электрод которых служит для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое;
• тетродные тиристоры, имеющие два управляющих электрода;
• симметричные тиристоры — симисторы, имеющие пятислой-ную структуру. Иногда этот полупроводниковый прибор называют семистором.

Диодные тиристоры (динисторы), ассортимент которых не столь велик, различаются, главным образом, максимально допустимым постоянным прямым напряжением в закрытом состоянии.

Так, для динисторов типов КН102А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И (2Н102А — И) значения этих напряжений составляют, соответственно, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 50 В при обратном токе не более 0,5 мА. Максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии для этих полупроводниковых приборов равен 0,2 А при остаточном напряжении в открытом состоянии 1,5 В.

На рис. 1 приведена эквивалентная схема низковольтного динистора. Если принять R1=R3=100 Ом, можно получить динистор с управляемым (с помощью резистора R2) напряжением переключения от 1 до 25 В [Войцеховский Я., Р 11/73-40, Р 12/76-29]. При отсутствии этого резистора и при условии R1=R3=5,1 кОм напряжение переключения составит 9 Б, а при R1=R3=3 кОм —12 В.

Аналог тиристора р-п-р-п-структуры, описанный в книге Я. Войцеховского, показан на рис. 2. Буквой А обозначен анод; К — катод; УЭ — управляющий электрод. В схемах (рис. 1, 2) могут быть использованы транзисторы типов КТ315 и КТ361.

Необходимо лишь, чтобы подводимое к полупроводниковому прибору или его аналогу напряжение не превышало предельных паспортных значений. В таблице (рис. 2) показано, какими величинами R1 и R2 следует руководствоваться при создании аналога тиристора на основе германиевых или кремниевых транзисторов.

Рис. 2. Аналог тиристора.

В разрывы электрической цепи, показанные на схеме (рис. 2) крестиками, можно включить диоды, позволяющие влиять на вид вольт-амперной характеристики аналога. В отличие от обычного тиристора, его аналогом (рис. 2) можно управлять, используя дополнительный вывод — управляющий электрод УЭдоп, подключенный к базе транзистора VT2 (верхний рисунок) или VT1 (нижний рисунок).

Обычно тиристор включают кратковременной подачей напряжения на управляющий электрод УЭ. При подаче напряжения на электрод УЭдоп тиристор, напротив, можно перевести из включенного состояния в выключенное.

Возможно, вам также будет интересно

Часть 1. Часть 2. Часть 3. Часть 4. Основные характеристики конденсаторов Конденсатор представляет собой пассивный радиоэлемент, состоящий из двух и более металлических пластин (обкладок), разделенных диэлектриком, и способный накапливать электрические заряды на обкладках, если к ним приложена разность потенциалов. Простейший конденсатор — это двухполюсник, состоящий из двух пластин (обкладок), которые разделены диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин. В цепи постоянного тока конденсатор

Введение Фазированная антенная решетка (ФАР) — это антенна, состоящая из нескольких отдельных излучающих элементов, каждый из которых возбуждается высокочастотным сигналом, контролируемым при помощи фазовращателей таким образом, чтобы радиоизлучение от отдельных антенн суммировалось и увеличивалось в выбранном направлении, а в нежелательных направлениях — подавлялось. По сравнению со всенаправленными антеннами, ФАР имеют такие преимущества, как более высокая направленность и скорость управления лучом (перемещение может быть осуществлено за несколько миллисекунд)

Для проектирования интегральных схем требуются специальные библиотеки компонентов и техпроцессов от производителя, но для реализации сложных проектов необходимые дополнительные модели. В статье на практическом примере рассматривается решение, которое позволило создать недостающие структуры в виде параметризованных ячеек PCell с помощью системы проектирования Analog Office. Все пассивные компоненты схемы моделировались как отдельные структуры с помощью ЭМ-симулятора AXIEM.

Режимы работы

Транзистор биполярного типа может работать в 4 режимах:

1. Активный.
2. Отсечки (РО).
3. Насыщения (РН).
4. Барьерный (РБ).

Активный режим БТ бывает нормальным (НАР) и инверсным (ИАР).

Смотрите это видео на YouTube

Нормальный активный режим

При этом режиме на переходе Э-Б протекает U, которое является прямым и называется напряжением Э-Б (Uэ-б). Режим считается оптимальным и используется в большинстве схем. Переход Э осуществляет инжекцию зарядов в базовую область, которые перемещаются к коллектору. Последний ускоряет заряды, создавая эффект усиления.

Инверсный активный режим

В этом режиме переход К-Б открыт. БТ работает в обратном направлении, т. е. из К идет инжекция дырочных носителей заряда, проходящих через Б. Они собираются переходом Э. Свойства ПП к усилению слабые, и редко БТ применяются в этом режиме.

Режим насыщения

При РН оба перехода открыты. При подключении Э-Б и К-Б к внешним источникам в прямом направлении БТ будет работать в РН. Диффузионное электромагнитное поле Э и К переходов ослабляется электрическим полем, которое создается внешними источниками. В результате этого произойдет уменьшение барьерной способности и ограничение диффузной способности основных носителей заряда. Начнется инжекция дырок из Э и К в Б. Этот режим применяется в основном в аналоговой технике, однако в некоторых случаях возможны исключения.

Режим отсечки

При этом режиме БТ закрывается полностью и не способен проводить ток. Однако в БТ присутствуют незначительные потоки неосновных носителей зарядов, создающих тепловые токи с малыми значениями. Применяется этот режим в различных видах защиты от перегрузок и коротких замыканий.

Барьерный режим

База БТ соединяется через резистор с К. В цепь К или Э включается резистор, который задает величину тока (I) через БТ. БР часто применяется в схемах, т. к. позволяет работать БТ на любой частоте и в большем диапазоне температур.

Биполярный транзистор 2SD667 — описание производителя. Основные параметры. Даташиты.

Наименование производителя: 2SD667

Тип материала: Si

Полярность: NPN

Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 0.9
W

Макcимально допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 80
V

Макcимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 80
V

Макcимальный постоянный ток коллектора (Ic): 1
A

Предельная температура PN-перехода (Tj): 150
°C

Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 70
MHz

Статический коэффициент передачи тока (hfe): 60

Корпус транзистора:

2SD667
Datasheet (PDF)

..1. 2sd667.pdf Size:160K _utc

UNISONIC TECHNOLOGIES CO., LTD 2SD667 NPN SILICON TRANSISTOR SILICON NPN EPITAXIAL DESCRIPTION The UTC 2SD667 is a NPN epitaxial silicon transistor, which can be used as a low frequency power amplifier. FEATURES * Low frequency power amplifier ORDERING INFORMATION Ordering Number Pin Assignment Package Packing Lead Free Halogen Free 1 2 3 2SD667L-x-T9N-B 2SD6

..2. 2sd667.pdf Size:32K _hitachi

2SD667, 2SD667ASilicon NPN EpitaxialApplication Low frequency power amplifier Complementary pair with 2SB647/AOutlineTO-92MOD1. Emitter2. Collector3. Base3212SD667, 2SD667AAbsolute Maximum Ratings (Ta = 25C)Item Symbol 2SD667 2SD667A UnitCollector to base voltage VCBO 120 120 VCollector to emitter voltage VCEO 80 100 VEmitter to base voltage VEBO 55V

0.1. 2sd667l.pdf Size:284K _mcc

MCCTM Micro Commercial Components20736 Marilla Street Chatsworth2SD667LMicro Commercial ComponentsCA 91311Phone: (818) 701-4933Fax: (818) 701-4939Features Low Frequency Power Amplifier NPN Complementary Pair with 2SB647/A Plastic-Encapsulate Epoxy meets UL 94 V-0 flammability rating Moisture Sensitivity Level 1Transistor Lead Free Finish/Rohs Compl

0.2. 2sd667a-b-c-d 2sd667-b-c-d.pdf Size:557K _mcc

2SD667(A)-BMCCMicro Commercial ComponentsTM2SD667(A)-C20736 Marilla Street ChatsworthMicro Commercial ComponentsCA 913112SD667(A)-DPhone: (818) 701-4933Fax: (818) 701-4939Features Epoxy meets UL 94 V-0 flammability ratingNPN Silicon Moisture Sensitivity Level 1 Capable of 0.9Watts of Power Dissipation. Capable of 0.9Watts of Power Dissipation.Pla

 0.3. 2sd667a.pdf Size:64K _secos

2SD667A 1A , 120V NPN Plastic Encapsulated Transistor Elektronische Bauelemente RoHS Compliant Product A suffix of -C specifies halogen & lead-free TO-92MOD FEATURES AD Low Frequency Power Amplifier Complementary Pair with 2SB647A BKEFCLASSIFICATION OF hFE (1) CProduct-Rank 2SD667A-B 2SD667A-C 2SD667A-D Range 60~120 100~200 160~320 NG H1 Emitte

0.4. 2sd667-2sd667a to-92mod.pdf Size:257K _lge

2SD667/2SD667A TO-92MOD Transistor (NPN)TO-92MOD1. EMITTER 1 22. COLLECTOR 3 3. BASE Features Low frequency power amplifier 5.8006.200 Complementary pair with 2SB647/A 8.400MAXIMUM RATINGS (TA=25 unless otherwise noted) 8.8000.9001.100Symbol Parameter Value Units 0.400VCBO Collector- Base Voltage 120 V 0.600VCEO Collector-Emitter Voltage 2SD667 8

 0.5. 2sd667-2sd667a to-92l.pdf Size:215K _lge

2SD667/2SD667A TO-92L Transistor (NPN)TO-92L1. EMITTER 2. COLLECTOR 3. BASE 4.7005.100 2 3 1Features7.800 Low frequency power amplifier 8.200 Complementary pair with 2SB647/A 0.6000.800MAXIMUM RATINGS (TA=25 unless otherwise noted) 0.350Symbol Parameter Value Units0.55013.80014.200VCBO Collector- Base Voltage 120 V VCEO Collector-Emitter Vol

0.6. 2sd667a.pdf Size:557K _blue-rocket-elect

2SD667(A)(BR3DG667(A)L) Rev.C Feb.-2015 DATA SHEET / Descriptions TO-92LM NPN Silicon NPN transistor in a TO-92LM Plastic Package. / Features 2SB647(BR3CG647L)/2SB647A(BR3CG647AL) Complementary pair with 2SB647(BR3CG647L)/2SB647A(BR3CG647AL). / Applications Low frequency power ampli

Другие транзисторы… 2SD660
, 2SD661
, 2SD662
, 2SD663
, 2SD664
, 2SD665
, 2SD666
, 2SD666A
, 2SC6090LS
, 2SD667A
, 2SD668
, 2SD668A
, 2SD668AB
, 2SD668AC
, 2SD668B
, 2SD668C
, 2SD668D
.

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.

Когда стоит использовать полевые МОП-транзисторы?

Биполярные и униполярные транзисторы — очень важные элементы, но возникает вопрос: когда их использовать? Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, поэтому в некоторых проектах, один имеет преимущество перед другим. Использование биполярных транзисторов, безусловно, заслуживает внимания, когда схема питается от низкого напряжения (например, 1,5 В или 3,3 В), поскольку для ее работы достаточно напряжения 0,7 В. Униполярный транзистор может быть еще не полностью открыт в этих условиях.

МОП-транзисторы рекомендуются для управления нагрузками, потребляющими токи в диапазоне ампер, поскольку управляющий элемент (например, Arduino) не должен подавать на них питание — этого достаточно, чтобы установить достаточно высокий потенциал. Чтобы полностью открыть транзистор, приложите напряжение, в несколько раз превышающее пороговое напряжение между затвором и истоком (это напряжение включения).

МОП-транзисторы практически не потребляют ток от цепи, которая контролирует их работу!

Использование униполярных транзисторов рекомендуется там, где важно потребление тока. В некоторых проектах, особенно в схемах с питанием от небольших батарей, даже несколько микроампер, потребляемых базой биполярного транзистора, могут значительно сократить время работы устройства

Между эмиттером и коллектором полностью включенного (насыщенного) биполярного транзистора создается постоянное напряжение — обычно 0,2 В, но это значение может быть выше для мощных транзисторов. У униполярных транзисторов есть только сопротивление открытого канала, поэтому падение напряжения на них зависит от протекающего тока.

Напоследок еще одно практическое замечание. Если нам нужно контролировать, например, 10 так называемых сверхярких светодиодов, каждый через отдельный транзистор, то следует использовать 10 биполярных транзисторов вместе с 10 резисторами, по одному на каждую базу. Между тем, использование полевых МОП-транзисторов устранит необходимость в дополнительных резисторах, что сэкономит место на плате.

Шум

Максимальная чувствительность усилителей малых сигналов ограничена шумом случайных колебаний тока. Двумя основными источниками шума в транзисторах являются дробовой шум из-за потока носителей заряда в базе и тепловой шум. Источником теплового шума является сопротивление устройства, и с ростом температуры уровень теплового шума увеличивается:

\

где

• k – постоянная Больцмана (1,38 · 10-23 Вт · с/К);
• T – температура резистора в кельвинах;
• R – сопротивление в омах;
• B_ш – полоса шума в герцах.

Шум в транзисторном усилителе определяется с точки зрения дополнительного шума, создаваемого усилителем, то есть не того шума, который усиливается от входа к выходу, а того, который генерируется в усилителе. Он определяется путем измерения отношения сигнал/шум (С/Ш, S/N) на входе и выходе усилителя. Выходное переменное напряжение усилителя с малым входным сигналом соответствует S + N, сумме сигнала и шума. Переменное напряжение без входного сигнала соответствует только шуму N. Величина шума F определяется через отношения S/N на входе и выходе усилителя.

\[F = {(S/N)_{вх} \over (S/N)_{вых}}\]

\

Величина шума F для радиочастотных (РЧ, RF) транзисторов обычно приводится в технических описаниях в децибелах, F_дБ. На ОВЧ (очень высоких частотах, VHF, от 30 МГц до 300 МГц) хорошим показателем шума является величина <1 дБ. На частотах свыше ОВЧ уровень шума значительно увеличивается, 20 дБ на декаду, как показано на рисунке ниже.

Уровень шума малосигнального транзистора в зависимости от частоты

На рисунке выше также показано, что шум на низких частотах с уменьшением частоты увеличивается на 10 дБ за декаду. Этот шум известен как шум 1/f.

Уровень шума зависит от типа транзистора (модели). Радиочастотные транзисторы малых сигналов, используемые на антенном входе радиоприемников, специально разработаны для внесения малого уровня шума. Уровень шума зависит от тока смещения и согласования импедансов. Наилучший показатель шума для транзистора достигается при более низком токе смещения и, возможно, при рассогласовании импедансов.