Таблица 4 – Электрические параметры транзисторов КТ361Е, КТ361Ж, КТ361И, КТ361К, КТ361А, КТ361М, КТ361Н и КТ361П при приемке и поставке
| Наименование параметра (режим измерения), единица измерения |
Буквенное обозначение | Норма | Температура, °С | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Обратный ток коллектора (UКБ=10 В), мкА | ||||||||||||||||||
| Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером (IЭ=1 мА, UКБ=10 В) | ||||||||||||||||||
| Обратный ток коллектор-эмиттер (RБЭ=10 кОм UКЭ=25 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=20 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=40 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=35 В), мА |
||||||||||||||||||
| Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте (UКБ = 10 В, IЭ= 5 мА, f = 100 МГц) | ||||||||||||||||||
| Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте (IЭ= 5 мА, UКБ=10 В, f=5 МГц), пс |
В любом режиме, из указанных на рисунке 11, при конкретном применении максимальная ожидаемая интенсивность отказов может быть определена по следующей формуле:
где Jp – рабочий ток коллектора, мА;tн – наработка, часов, определенная по рисунку 11, при конкретной рассеиваемой мощности.
Какие транзисторы лучше полевые или биполярные?
И так, мы узнали, что главное отличие этих двух видов транзисторов в управление. Давайте рассмотрим прочие преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными:
Накопление и рассасывание неосновных носителей заряда отсутствует в полевых транзисторах, от того и быстродействие у них очень высокое (что отмечается разработчиками силовой техники). И поскольку за усиление в полевых транзисторах отвечают переносимые основные носители заряда, то верхняя граница эффективного усиления у полевых транзисторов выше чем у биполярных.
Отличие полевого транзистора от биполярного
Здесь же отметим высокую температурную стабильность, малый уровень помех (в силу отсутствия инжекции неосновных носителей заряда, как то происходит в биполярных), экономичность в плане потребления энергии.
Биполярный транзистор: внешний вид, составные элементы, конструкция корпуса — кратко
Сразу стоит определиться, что биполярный транзистор (bipolar transistor) создан для работы в цепях постоянного тока, где и используется. Сократим его название до БТ.
На фотографии ниже показал насколько разнообразные формы он имеет. А ведь этот небольшой ассортимент мной высыпан из одной маленькой коробочки.
Транзисторный корпус может быть изготовлен из пластмассы или металла в виде параллелепипеда, цилиндра, таблетки различной величины. Общими элементами являются три контактных штыря, созданные для подключения к электрической схеме.
Эти выводы необходимо различать в технической документации, правильно подключать при монтаже. Поэтому их назвали:
- Э (E) — эмиттер;
- К (C) — коллектор;
- Б (B) — база.
Буквы в скобках используются в международной документации.
Основной метод соединения БТ в электрических схемах — пайка, хотя допускаются и другие.
Габариты корпуса и контактных выводов зависят от мощности, которую способен коммутировать этот модуль. Чем выше проектная нагрузка, тем большие размеры вынуждены создавать производители для обеспечения надежной работы и отвода опасного тепла.
Общеизвестно, что полупроводниковые переходы не способны выдерживать высокий нагрев — они банально перегорают. Поэтому все мощные корпуса выполняются из металла и снабжаются теплоотводящими радиаторами.
В особо ответственных узлах для них дополнительно создается принудительный обдув струями воздуха. Этим приемом значительно повышается надежность работы системных блоков компьютеров, ноутбуков, сложной электронной техники.
Любой БТ состоит из трех полупроводниковых переходов p и n типа, как обычный диод. Только у диода их меньше: всего два. Он способен пропускать ток всего в одну сторону, а в противоположную — блокирует.
Bipolar transistor создается по одной из двух схем соединения полупроводниковых элементов:
- p-n-p, называемую прямым включением;
- n-p-n — обратным.
При обозначении на схемах их рисуют одинаково, но с небольшими отличиями вывода эмиттера:
- прямое направление: стрелка нацелена на базу;
- обратное — стрелка показывается выходом из базы наружу элемента.
Указатель стрелки эмиттера показывает положительное направление тока через полупроводниковый переход.
5 технических нюансов работы биполярных транзисторов, которые важно учитывать при проектировании и эксплуатации электронных ключей или регуляторов
Особенность №1
Электрические характеристики БТ описываются сложными формулами. Ими очень неудобно пользоваться на практике. Поэтому электронщики работают с графиками, выражающими связи между входными и выходными параметрами.
Их разделяют на два вида:
- статические, определяющие возможности полупроводниковых переходов по токам и напряжениям на входе и выходе при отсутствии нагрузки (режим холостого хода);
- выходные — зависимость тока через коллектор от приложенного выходного напряжения при конкретном токе через базу.
Каждому БТ присущи свои индивидуальные характеристики. Однако сейчас подобных полупроводников выпущено так много, что практически любому из них не сложно подобрать аналогичную замену даже от другого производителя.
Для работы транзисторов может быть использован один из следующих режимов:
- активный (нормальный или инверсный);
- насыщения;
- отсечки;
- барьерный.
Особенность №2
Любой БТ, созданный с корпусом p-n-p или n-p-n работает практически по одним и тем же алгоритмам, которые отличаются только направлением протекания положительного тока через полупроводниковые переходы.
Поэтому для прямых и обратных транзисторов создаются индивидуальные схемы управления и подключения нагрузки к выходным цепям.
В качестве примера приведу еще одну схему простого зарядного устройства, собранную на транзисторном модуле с p-n-p переходами. Можете ее сравнить с предыдущим вариантом. Увидите практически одинаковую конструкцию, но с обратным направлением тока.
Здесь деталей еще меньше, а регулирование выходных величин осуществляется за счет изменения значения напряжения, подаваемого на вход электронного модуля. Используется обыкновенный потенциометр.
Особенность №3
При открытом состоянии входной полупроводниковый переход в режим отсечки БТ имеет небольшое падение напряжения. В частном случае он составляет порядка 0,7 вольта
Чтобы зафиксировать ваше внимание на этом вопросе специально нарисовал картинку — считается, что так лучше работает человеческая память
Другими словами: потенциал на базе на 0,7 вольта меньше, чем на эмиттере. Для кремниевых изделий он всегда составляет 0,6-0,7 В.
Особенность №4
Ток коллектора БТ определяется как ток базы, умноженный на определенно большое число постоянной величины.
Это свойство используется для классификации транзисторов по коэффициенту передачи тока при коротком замыкании на выходе.
С этой целью введен коэффициент h21. Его суть демонстрирует следующая картинка.
Если выдержать показанные номиналы у приведенной схемы проверки (10 вольт у источника ЭДС и 100 килоом у сопротивления), то показания амперметра в миллиамперах просто умножаем на число 10. Получим значение коэффициента h21.
Подобные алгоритмы заложены в цифровые мультиметры и аналоговые тестеры, которые позволяют измерять коэффициент h21 при проверках БТ.
Особенность №5
При открытом состоянии потенциал внутреннего полупроводникового перехода БТ коллектора выше, чем у эмиттера. В моем частном случае он составляет 0,3 вольта.
Здесь открытый транзистор работает как обычный ключ, но он не идеален. На его внутренней схеме присутствует падение напряжения в 0,3 вольта. Однако в большинстве случаев это не критично.
Допустим, что в коллекторной цепи появилось дополнительное сопротивление. Изменение тока через этот резистор повлечет падение напряжения на нем.
Однако более высокий потенциал коллектора совместно с увеличенным током через базу могут стабилизировать выходные характеристики. В этом случае силовые токи сохраняют свое значение.
Полевые побеждают, почему?
Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, — наручные электронные часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет от одного миниатюрного источника питания — батарейки или аккумулятора, потому что практически не потребляют энергии.
В настоящее время полевые транзисторы находят все более широкое применение в различных радиоустройствах, где уже с успехом заменяют биполярные. Их применение в радиопередающих устройствах позволяет увеличить частоту несущего сигнала, обеспечивая такие устройства высокой помехоустойчивостью.
Обладая низким сопротивлением в открытом состоянии, находят применение в оконечных каскадах усилителей мощности звуковых частот высокой мощности (Hi-Fi), где опять же с успехом заменяют биполярные транзисторы и даже электронные лампы.
В устройствах большой мощности, например в устройствах плавного пуска двигателей, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) — приборы, сочетающие в себе как биполярные, так и полевые транзисторы, уже успешно вытесняют тиристоры.
Таблица 3 – Электрические параметры транзисторов КТ361А, КТ361А1, КТ361Б, КТ361В, КТ361Г, КТ361Г1, КТ361Д и КТ361Д1 при приемке и поставке
| Наименование параметра (режим измерения), единица измерения |
Буквенное обозначение | Норма | Температура, °С | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Обратный ток коллектора (UКБ=10 В), мкА | ||||||||||||||||||
| Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером (IЭ=1 мА, UКБ=10 В) | ||||||||||||||||||
| Обратный ток коллектор-эмиттер (RБЭ=10 кОм UКЭ=25 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=20 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=40 В), мА (RБЭ=10 кОм UКЭ=35 В), мА |
||||||||||||||||||
| Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте (UКБ = 10 В, IЭ= 5 мА, f = 100 МГц) | ||||||||||||||||||
| Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте (IЭ= 5 мА, UКБ=10 В, f=5 МГц), пс |
Корпус и распиновка
Цоколевка bc337 выглядит следующим образом. Большинство производителей выпускают его в пластмассовой упаковке ТО-92 с гибкими выводами, или её аналогах: SOT54, TO-226. Маркировка цифробуквенная, наносится на лицевой части корпуса по европейской системе Pro Electron. Если смотреть на неё, то первая ножка слева это — коллектор, второй — база, третий — эмиттер.
![Транзисторы: принцип работы, схема включения, чем отличаются биполярные и полевые [амперка / вики]](https://seminar55.ru/wp-content/uploads/c/4/0/c4073533528cb1617b7f7ed951707c56.jpeg)
Несмотря на это, некоторые китайские компании выпускают устройство в тех же корпусах, что указаны выше, но с другой распиновкой. Например, у Foshan Blue Rocket Electronics сначала идет эмиттер, потом база и последним коллектор.
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.
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.
Таблица 2 – Зарубежные аналоги транзисторов КТ361, КТ361-1, КТ361-2 и КТ361-3
| Отечественный транзистор |
Зарубежный аналог |
Возможность купить |
Предприятие производитель |
Страна производитель |
|---|---|---|---|---|
Характеристики
Все характеристики на BC337 приведены в техническом описании (datasheet) на устройство. Наиболее важные значения, находятся в таблицах “максимальные рейтинги” и “электрические параметры”. Они проверяются производителем при тестировании и выпуске продукции.
Максимальные рейтинги
В максимальных рейтингах отражены предельные эксплуатационные свойства bc337. Превышение этих значений, может привести к выводу устройства из строя. Вот их полный перечень:
- Напряжение между коллектором и эмиттером (при разомкнутой цепи базы) VCEO не более 45 В;
- Напряжение между коллектором и эмиттером (база соединена с эмиттером) VCES не более 50 В;
- Напряжение между эмиттером и базой VEBO не должно превышать 5 В;
- Ток коллектора IC не должен быть больше 800 мА;
- Максимальная мощность PC, которую транзистор может рассеять 625 мВт;
- Предельно допустимая температура 150 О С;
- Диапазон рабочих температур TSTG от -55 О С до 150 О С.
Обычно, эти данные приводятся вместе с параметрами на транзистор bc338. У 338 они немного хуже по допустимому напряжению, между выводами коллектор-эммитер (до 30 В). В остальном же, это полная копия рассматриваемого экземпляра, ставшая результатом отбраковки по итогам тестирования на завершающем этапе производства.
Электрические параметры
Ниже приведены электрические характеристики транзистора ВС337. Они выведены в отдельную таблицу и приводятся совместно с условиями проверки, указанными в отдельном столбце. Все значения проверяются производителем при температуре окружающей среды +25 О С:
Коэффициент усиления
Рассматриваемые изделия делятся на три группы по HFE: “-16”, “-25” и “-40”. Эти данные, наносятся на корпус транзистора при маркировке. Обозначение при этом выглядит так: BC337-16, BC337-25, BC337-40. Максимальным коэффициентом усиления по току обладает BC33740 (до 630 HFE).
Простейший усилитель на биполярном транзисторе
Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы.
Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного
напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для
понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов
в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.
1.Описание основных элементов цепи
Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200).
Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V,
за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора
подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного
напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить.
Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала,
обычно обладающего слабой мощностью.
2. Расчет входного тока базы Ib
Теперь посчитаем ток базы Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением,
нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin).
Назовем эти значения тока соответственно — Ibmax и Ibmin.
Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером располагается
один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение,
при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности
вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель,
согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между
базой и эмиттером VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0),
то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).
Посчитаем Ibmax и Ibmin с помощью закона Ома:
2. Расчет выходного тока коллектора IС
Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200),
можно с легкостью посчитать максимальное и
минимальное значения тока коллектора ( Icmax и Icmin).
3. Расчет выходного напряжения Vout
Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout.
В данной цепи — это напряжение на коллекторе VC.
Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:
4. Анализ результатов
Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того,
что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве
случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда,
которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же,
соотношение Vout/Vin в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя,
однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.
Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе.
Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие.
Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся».
Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация).
Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β.
В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.
Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний,
но с сохранившейся формой и частотой
Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор
берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно,
транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.
