Транзистор d882

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.

Транзистор

Буквально сразу после появления полупроводниковых приборов, скажем, транзисторов, они стремительно начали вытеснять электровакуумные приборы и, в частности, триоды. В настоящее время транзисторы занимают ведущее положение в схемотехнике.

Начинающему, а порой и опытному радиолюбителю-конструктору, не сразу удаётся найти нужное схемотехническое решение или разобраться в назначении тех или иных элементов в схеме. Имея же под рукой набор «кирпичиков» с известными свойствами гораздо легче строить «здание» того или другого устройства.

Не останавливаясь подробно на параметрах транзистора (об этом достаточно написано в современной литературе, например, в ), рассмотрим лишь отдельные свойства и способы их улучшения.

Одна из первых проблем, возникающих перед разработчиком, — увеличение мощности транзистора. Её можно решить параллельным включением транзисторов (рис.1). Токовыравнивающие резисторы в цепях эмиттеров способствуют равномерному распределению нагрузки.

Оказывается, параллельное включение транзисторов полезно не только для увеличения мощности при усилении больших сигналов, но и для уменьшения шума при усилении слабых. Уровень шумов уменьшается пропорционально корню квадратному из количества параллельно включённых транзисторов.

Защита от перегрузки по току наиболее просто решается введением дополнительного транзистора (рис.2). Недостаток такого самозащитного транзистора — снижение КПД из-за наличия датчика тока R. Возможный вариант усовершенствования показан на рис.3. Благодаря введению германиевого диода или диода Шоттки можно в несколько раз уменьшить номинал резистора R, а значит, и рассеиваемую на нём мощность.

Составной транзистор (рис. 4) имеет повышенное выходное сопротивление и значительно уменьшенный эффект Миллера благодаря каскодному включению полевого и биполярного транзисторов.

За счёт полной развязки второго транзистора от входа и питанию стока первого транзистора напряжением, пропорциональным входному, составной транзистор, изображённый на рис.5, имеет ещё более высокие динамические характеристики.

Единственное условие реализации такого транзистора — более высокое напряжение отсечки второго транзистора. Входной транзистор можно заменить на биполярный.

Одна из особенностей транзисторного ключа при изменяющейся нагрузке — изменение времени выключения транзистора. Чем больше насыщение транзистора при минимальной нагрузке, тем больше время выключения. Избежать глубокого насыщения можно путём предотвращения прямого смещения перехода база-коллектор. Наиболее простая реализация этой идеи с помощью диода Шоттки представлена на рис.6. На рис.7 изображён более сложный вариант — схема Бейкера.

https://youtube.com/watch?v=D60LaX9Fza0

Статические характеристики биполярного транзистора

Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики.

Рис. 10 — Входные характеристики германиевого транзистора типа р-n-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)

Входные статические характеристики представляют собой вольтамперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода (ЭДП). Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттерном переходе (рис. 10, а). При отсутствии коллекторного напряжения ( = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП, подобную ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.

При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы от напряжения на эмиттерном переходе . Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП (рис. 10, б).

Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольтамперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.

Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и =0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой , будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая на рис. 11, а). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение, то появится ток эмиттера , который создаст почти такой же коллекторный ток . Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.

Рис. 11 — Выходные характеристики германиевого транзистора типа р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)

Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы (рис. 11, б), и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В

Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов

Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 12).

Рис. 12 — Зависимость выходных статических характеристик транзистора от температуры:
а — в схеме с ОБ, б — в схеме с ОЭ.

“Универсальное” электромагнитное реле

Электромагнитное реле является по сути управляемым механическим выключателем: подали на него ток – оно замкнуло контакты, сняли ток – разомкнуло. Контакты являются именно контактами: металлическими “пятаками”, которые прижимаются друг к другу. Именно поэтому такое реле может управлять как нагрузкой постоянного, так и переменного тока.

Сама катушка реле является неслабой индуктивной нагрузкой, что приводит к дополнительным проблемам (читай ниже), поэтому для управления “голым” реле нам понадобится дополнительная силовая и защитная цепь.

После изучения данного урока вы сами сможете её составить (транзистор и диод), а сейчас мы поговорим о модулях реле: готовая плата, на которой стоит само реле, а также цепи коммутации, защиты и даже оптическая развязка. Такие модули бывают “семейными” – с несколькими реле на борту. Спасибо китайцам за это! Смотрите варианты у меня в каталоге ссылок на Али.

Такое реле сделано специально для удобного управления с микроконтроллера: пины питания VCC (Vin, 5V) и GND подключаются к питанию, а далее реле управляется логическим сигналом, поданным на пин IN. С другой стороны стоит клеммник для подключения проводов, обычно контакты подписаны как NO, NC и COM. Это общепринятые названия пинов кнопок, переключателей и реле:

• COM – Common, общий. Реле является переключающим, и пин COM является общим.
• NO – Normal Open, нормально открытый. При неактивном реле данный контакт не соединён с COM. При активации реле он замыкается с COM.
• NC – Normal Closed, нормально закрытый. При неактивном реле данный контакт соединён с COM. При активации реле он размыкается с COM.

Подключение нагрузки через реле думаю для всех является очевидным:

Важный момент: катушка реле в активном режиме потребляет около 60 мА, то есть подключать больше одного модуля реле при питании платы от USB не рекомендуется – уже появятся просадки по напряжению и помехи:

Такие модули реле бывают двух типов: низкого и высокого уровня. Реле низкого уровня переключается при наличии низкого сигнала (GND) на управляющем пине digitalWrite(pin, LOW) . Реле высокого уровня соответственно срабатывает от высокого уровня digitalWrite(pin, HIGH) . Какого типа вам досталось реле можно определить экспериментально, а можно прочитать на странице товара или на самой плате. Также существуют модули с выбором уровня:

На плате, справа от надписи High/Low trigger есть перемычка, при помощи которой происходит переключение уровня. Электромагнитное реле имеет ряд недостатков перед остальными рассмотренными ниже способами, вы должны их знать и учитывать:

• Ограниченное количество переключений: механический контакт изнашивается, особенно при большой и/или индуктивной нагрузке.
• Противно щёлкает!
• При большой нагрузке реле может “залипнуть”, поэтому для больших токов нужно использовать более мощные реле, которые придётся включать при помощи… маленьких реле. Или транзисторов.
• Необходимы дополнительные цепи для управления реле, так как катушка является индуктивной нагрузкой, и нагрузкой самой по себе слишком большой для пина МК (решается использованием китайского модуля реле).
• Очень большие наводки на всю линию питания при коммутации индуктивной нагрузки.
• Относительно долгое переключение (невозможно поставить детектор нуля, читай ниже), при управлении индуктивными цепями переменного тока можно попасть на большой индуктивный выброс, необходимо ставить искрогасящие цепи.

Важный момент связан с коммутацией светодиодных светильников и ламп, особенно дешёвых: у них прямо на входе стоит конденсатор, который при резком подключении в цепь становится очень мощным потребителем и приводит к скачку тока. Скачок может быть настолько большим, что 15-20 Ваттная светодиодная лампа буквально сваривает контакты реле и оно “залипает”! Данный эффект сильнее выражен на дешёвых лампах, будьте с ними аккуратнее (за инфу спасибо DAK). При помощи реле можно плавно управлять сильно инерционной нагрузкой, такой как большой обогреватель. Для этого нужно использовать сверхнизкочастотный ШИМ сигнал, у меня есть готовая библиотека. Не забываем, что реле противно щёлкает и изнашивается, поэтому для таких целей лучше подходит твердотельное реле, о котором мы поговорим ниже.

Схемы включения биполярного транзистора

В зависимости от
того, какой вывод транзистора является
общим, различают три схемы включения:
с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ
и общим коллектором ОК. Эти схемы
показаны на рис. 6. Полярность источников
на схемах от­носится к полупроводниковому
триоду типа р-n-p.
Физические процессы, протекающие в
указанных схемах, одинаковы, но
уси­лительные свойства различны.

В рассмотренной
выше схеме (см. рис.5), общим выводом
яв­ляется вывод базы, поэтому эта
схема соответствует схеме с ОБ (рис.6а).
Аналогичной схемой в ламповых усилителях
является схема с общей сеткой.

Эта
аналогия базируется на том, что эмиттер
выполняет в полупроводниковом триоде
функции катода коллектор — функции
анода, а база — роль сетки.
Усилительный каскад, собранный
по схеме с ОБ, как отмеча­лось, имеет
малое входное и большое выходное
сопротивление.

Ма­лое входное
сопротивление каскада является
существенным недос­татком данной
схемы, поэтому схема с ОБ применяется
в усилите­лях низкой частоты редко.

Всхеме с ОЭ (рис.6б)
входной сигнал также подводится к
выводам эмиттера и базы, а резистор Rк
включается между выводами эмиттера и
коллектора.

Здесь
общим выводом служит вывод эмиттера.
Основной особенностью схемы с ОЭ является
то, что входным током в ней яв­ляется
не ток эмиттера, а ма­лый по величине
ток базы.

По­этому входное сопротивление
в данной схеме значительно больше, чем
в предыдущей, и со­ставляет сотни и
тысячи Ом; выходное сопротивление —
де­сятки кОм.

Коэффициент
усиления по примерно такую же вели­чину,
как для схемы с ОБ.

Коэффициент
усиления по мощности Кр=К1КU
оказыва­ется значительно выше, чем
для схемы с ОБ и может достигать нескольких
тысяч. Схе­ма с ОЭ аналогична ламповому
каскаду с общим катодом и яв­ляется
наиболее распространенной.

В схеме о ОК (рис.5,а)
сигнал подается на участок база –
коллектор, а выходное напряжение
снимается с резистора Rк,
включенного между эмиттером и коллектором.
Общим выводом слу­жит вывод коллектора.
Входным током в этой схеме является ток
базы, а выходным – ток эмиттера.

В схеме
о ОК К1
немного больше,
чем в схема с ОЭ. Входное сопротивление
схемы о ОК ве­лико – порядка десятков
или сотен кОм, а выходное, наоборот, мало
и составляет десятки или сотни Ом.

Схема с ОК применяется
реже, чем предыдущая, и служит, в основном,
для согласования сопротивлений между
отдельными кас­кадами усилителей и
в качестве входного каскада, когда
требу­ется высокое входное сопротивление.
Схема с ОК аналогична ламповому каскаду
с общим анодом.

Конденсаторы С1
и С1
в схемах на рис.5 служат для отделения
постоянной и переменной составляющих
тока на входе и выходе.

Защита от помех DC

Раздельное питание

Один из лучших способов защититься от помех по питанию – питать силовую и логическую части от отдельных источников питания: хороший малошумящий источник питания на микроконтроллер и модули/сенсоры, и отдельный на силовую часть. В автономных устройствах иногда ставят отдельный аккумулятор на питание логики, и отдельный мощный – на силовую часть, потому что стабильность и надёжность работы очень важна.

Искрогасящие цепи DC

При размыкании контактов в цепи питания индуктивной нагрузки происходит так называемый индуктивный выброс, который резко подбрасывает напряжение в цепи вплоть до того, что между контактами реле или выключателя может проскочить электрическая дуга (искра). В дуге нет ничего хорошего – она выжигает частички металла контактов, из за чего они изнашиваются и со временем приходят в негодность. Также такой скачок в цепи провоцирует электромагнитный выброс, который может навести в электронном устройстве сильные помехи и привести к сбоям или даже поломке! Самое опасное, что индуктивной нагрузкой может являться сам провод: вы наверняка видели, как искрит обычный выключатель света в комнате. Лампочка – не индуктивная нагрузка, но идущий к ней провод имеет индуктивность. Для защиты от выбросов ЭДС самоиндукции в цепи постоянного тока используют обыкновенный диод, установленный встречно-параллельно нагрузке и максимально близко к ней. Диод просто закоротит на себя выброс, и все дела:

Где VD – защитный диод, U1 – выключатель (транзистор, реле), а R и L схематично олицетворяют индуктивную нагрузку. Диод нужно ОБЯЗАТЕЛЬНО ставить при управлении индуктивной нагрузкой (электромотор, соленоид, клапан, электромагнит, катушка реле) при помощи транзистора, то есть вот так:

При управлении ШИМ сигналом рекомендуется ставить быстродействующие диоды (например серии 1N49xx) или диоды Шоттки (например серии 1N58xx), максимальный ток диода должен быть больше или равен максимальному току нагрузки.

Фильтры

Если силовая часть питается от одного источника с микроконтроллером, то помехи по питанию неизбежны. Простейший способ защитить МК от таких помех – конденсаторы по питанию как можно ближе к МК: электролит 6.3V 470 uF (мкФ) и керамический на 0.1-1 мкФ, они сгладят короткие просадки напряжения. Кстати, электролит с низким ESR справится с такой задачей максимально качественно.

Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше:

Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.

Биполярный транзистор KTB688 — описание производителя. Основные параметры. Даташиты.

Наименование производителя: KTB688

Тип материала: Si

Полярность: PNP

Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 80
W

Макcимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 120
V

Макcимальный постоянный ток коллектора (Ic): 10
A

Предельная температура PN-перехода (Tj): 175
°C

Статический коэффициент передачи тока (hfe): 55

Корпус транзистора:

KTB688
Datasheet (PDF)

..1. ktb688.pdf Size:42K _kec

SEMICONDUCTOR KTB688TECHNICAL DATA TRIPLE DIFFUSED PNP TRANSISTORHIGH POWER AMPLIFIER APPLICATION.A Q BKFEATURES Complementary to KTD718. Recommended for 45 50W Audio Frequency DIM MILLIMETERSAmplifier Output Stage.A 15.9 MAXB 4.8 MAX_C 20.0 + 0.3_D 2.0 + 0.3Dd 1.0+0.3/-0.25E 2.0F 1.0MAXIMUM RATING (Ta=25 )G 3.3 MAXdH 9.0CHARACTERISTIC SYMBOL RATI

..2. ktb688.pdf Size:223K _inchange_semiconductor

isc Silicon PNP Power Transistor KTB688DESCRIPTIONCollector-Emitter Breakdown Voltage-: V = -120V(Min)(BR)CEOGood Linearity of hFEComplement to Type KTD718Minimum Lot-to-Lot variations for robust deviceperformance and reliable operationAPPLICATIONSAudio frequency power amplifier applicationsRecommend for 45-50W audio frequency amplifieroutput stage applicat

0.1. ktb688b.pdf Size:443K _kec

SEMICONDUCTOR KTB688BTECHNICAL DATA TRIPLE DIFFUSED PNP TRANSISTORHIGH POWER AMPLIFIER APPLICATION.AQ BNFEATURES O KRecommended for 45 50W Audio Frequency Amplifier Output Stage.DIM MILLIMETERSComplementary to KTD718B. _A +15.60 0.20_B4.80 + 0.20_C 19.90 + 0.20_D 2.00 0.20+_d +1.00 0.20_E +3.00 0.20_F 3.80 + 0.20D_G 3.50 + 0.20E_

Другие транзисторы… KTB1367
, KTB1368
, KTB1369
, KTB1370
, KTB1423
, KTB1424
, KTB2955
, KTB595
, 2N5401
, KTB778
, KTB817
, KTB988
, KTB989
, KTC1001
, KTC1003
, KTC1006
, KTC1008
.

Графические иллюстрации характеристик

Рис. 1. Статические внешние характеристики транзистора (в схеме с ОЭ): зависимость коллекторного тока I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE при разных токах базы I_B управления.

Рис. 2. Зависимость статического коэффициента усиления h_FE от коллекторной нагрузки I_C. Зависимость снята при величине напряжения коллектор-эмиттер U_CE = 2 В.

Рис. 3. Зависимости напряжения насыщения коллектор-эмиттер U_CE(sat) и напряжения насыщения база-эмиттер U_BE(sat) от коллекторной нагрузки I_C.

Рис. 4. Изменение полосы пропускания транзистора f_T при изменении коллекторной нагрузки I_C. Зависимость снята при напряжении коллектор-эмиттер U_CE = 5 В и токе базы I_B = 8 мА.

Рис. 5. Зависимость выходной емкости (коллекторного перехода) C_C от напряжения коллектор-база U_CB. Характеристика снималась при частоте f = 1 МГц и токе эмиттера I_E = 0.

Рис. 6. Характеристика ограничения рассеиваемой транзистором мощности P_C при различных температурах корпуса транзистора T_C.

Рис. 6. Характеристика ограничения (в %) коллекторного тока I_C при изменении температуры корпуса T_C и при двух различных условиях:

• нижняя характеристика (Dissipation limited) при ограничении мощности рассеивания;
• верхняя характеристика (S/b limited) — ограничение предельного тока транзистора для предотвращения вторичного пробоя п/п структуры локально в местах повышенной плотности тока.

Рис. 7. Область безопасной работы транзистора.

Предельный коллекторный ток в импульсном режиме I_{C(max) Pulse} и предельный постоянный ток I_{C(max) DC} ограничивают предельную токовую нагрузку транзистора, исключая прогорание структуры.

Предельное напряжение коллектор-эмиттер U_CE ограничивает нагрузку по напряжению, исключая электрический пробой структуры.

Предельная рассеиваемая мощность ограничивает тепловую нагрузку транзистора при параметрах, меньших предельного тока и напряжения. На графиках показаны ограничения по рассеиваемой мощности при импульсном режиме с длительностью импульсов 0,1 мс, 1 мс, 10 мс и в режиме постоянного тока (помечено DC).