Характеристики транзистора c2383

Электрические характеристики

Идеализированные характеристики биполярного транзистора.

Ic / Vbe характеристика биполярного транзистора.

На рисунке напротив показана форма характеристики I _c / V _ce . Есть два основных направления:

• зона насыщения: для напряжений V _ce <1  В  ; в этой зоне I _c зависит как от V _{ce, так} и от I _b (напряжение V _ce sat обычно составляет от 0,2  В до Uj (Uj = 0,7  В ));
• линейная зона: ток коллектора практически не зависит от V _ce , он зависит только от I _b .

Когда транзистор работает в линейной зоне, его можно рассматривать как усилитель тока: выходной ток Ic пропорционален входному току I b . Отношение I c / I b , называемое коэффициентом усиления транзистора по току , является одной из основных характеристик последнего; обычно обозначается греческой буквой β. Β изображенного транзистора равно 100

Важно учитывать тот факт, что для данного транзистора β изменяется в зависимости от температуры. Кроме того, β транзисторов одного типа демонстрируют большую дисперсию

Это заставляет конструкторы указывать классы усиления. Если мы возьмем, например, широко используемый транзистор, такой как BC107, коэффициент усиления по току варьируется от 110 до 460. Затем производитель тестирует транзисторы после изготовления и добавляет букву после числа, чтобы указать класс усиления A, B, VS .. .

Рисунок I _c / V _be показывает, что для транзистора, работающего в зоне насыщения, напряжение V _be меняется очень мало. Ниже V _be = 0,65  В транзистор не проводит ток. Когда это значение превышено, называемое пороговым напряжением, ток коллектора увеличивается экспоненциально. Таким образом, показано, что ток коллектора Ic равен , где I _s соответствует току насыщения перехода база-эмиттер и раннему напряжению.
япротивзнак равноβяs1+VпротивеVEВexp⁡(VбеVтчас){\ displaystyle I_ {c} = \ beta \, I_ {s} \, \ left \, \ exp \ left ({ \ frac {V_ {be}} {V_ {th}}} \ right)}VEВ{\ displaystyle V_ {EA}}

На практике V _be обычно составляет от 0,65  В (для I _c в несколько мА) до 1  В (для силовых транзисторов с большим I _c , например 1  А ).

Помимо коэффициента усиления по току, для определения работы транзистора используются некоторые другие электрические характеристики:

• его переходная частота , характерная для его рабочей скорости (доступное произведение диапазона усиления); чем больше транзистор может достичь высокой крутизны при низкой емкости, тем выше частота перехода; Благодаря техническому прогрессу сегодня мы достигаем десятков гигагерц. Биполярные транзисторы в этом отношении превосходят полевые транзисторы.FТ{\ displaystyle F_ {T}}FТ{\ displaystyle F_ {T}}
• его раннее напряжение , тем более что транзистор ведет себя как идеальный источник тока; Сопротивление эмиттер-коллектор соответствует соотношению между начальным напряжением и током коллектора.VEВ{\ displaystyle V_ {EA}}
• его крутизна (напряжение-коэффициент усиления по току или наклон активного компонента), непосредственно связан с током коллектора (в первом приближении, она равна где есть тепловое напряжение ). Конечно, поскольку каждый транзистор предназначен для правильной работы в определенном диапазоне тока, нет необходимости увеличивать ток сверх определенного предела для увеличения усиления.грамммзнак равнояпротивVтчас{\ displaystyle g_ {m} = I_ {c} / V_ {th}} Vтчасзнак равноkТq{\ Displaystyle V_ {th} = kT / q}

Транзистор в режиме ключа

Транзистор в режиме ключа выполняет те же функции, что и электромагнитное реле или выключатель. Ток управления протекает следующим образом:

1. От микроконтроллера через переход «база – эмиттер».
2. При этом канал «коллектор – эмиттер» открывается.
3. Через канал «коллектор – эмиттер» можно пропустить ток, величина которого в сотни раз больше, нежели базового.

Особенность транзисторных переключателей в том, что частота коммутации намного выше, нежели у реле. Кристалл полупроводника способен за одну секунду совершить тысячи переходов из открытого состояния в закрытое и обратно. Так, скорость переключения у самых простых биполярных транзисторов – около 1 млн раз в секунду. По этой причине транзисторы используют в инверторах для создания синусоиды.

↑ Техническое задание

Как всегда, считаю, что любительская конструкция, как правило, должна быть простой, дешевой, технологичной, состоять из недефицитных деталей. Кроме того, я давно пришел к выводу, что для подобных целей лучше делать небольшие простые платы без блока питания, без цифрового индикатора, без сложного корпуса. Достаточно предусмотреть зажимы для подключения внешнего лабораторного регулируемого блока питания, индикатора в виде простого цифрового тестера или стрелочного прибора, при необходимости — осциллографа и т. п.

Такие приборы быстро делаются и переделываются, а главное — они работают и приносят пользу. Если же задумать многофункциональный самодостаточный прибор в отдельном красивом корпусе, он обычно так и останется в прожектах. Кроме того, если прибор сделан, вдруг оказывается, что надо добавить еще одну функцию, например, капацитовизор, а места на передней панели уже нет и дизигн надо портить… Поэтому я считаю, что неказистые любительские узкофункциональные изделия имеют право на жизнь.

Итак, задумана проверка кремниевых транзисторов в режиме — ток 200 мА, напряжение К-Э = 2 В. Оперативно можно изменять ток в диапазоне примерно 150…300 мА, напряжение К-Э до 5…7 В. Можно проверять (чуть изменив настройки) составные транзисторы с двумя последовательными P-N переходами.

Тумблером можно изменить ток, например, в 10 раз. Это позволит проверять и маломощные транзисторы при токе 15…30 мА (заменой одного резистора можно установить любой разумный ток). Важным считаю удобство подключения любых транзисторов. Для транзисторов КТ814-819 на плате стоят панельки, для мощных транзисторов в корпусах типа ТО-247, ТО-3Р, есть зажимы. В них устанавливают провода с «крокодилами», которые позволяют подключать транзисторы в корпусе ТО-3, любые транзисторы с гнутыми паяными выводами и т. д.

Изменение напряжения К-Э осуществляется внешним источником питания, цель – проверка идентичности режимов при большем напряжении и значительном нагреве транзисторов. При 5 В и 200 мА получаем предельную мощность для КТ814 без теплоотвода — 1 Вт. Для бОльших корпусов без теплоотводов тепловая мощность обычно = 2 Вт.

Легко заметить, что усиление транзистора зависит в некоторых пределах как от напряжения, так и от температуры, поэтому определение абсолютного значения усиления транзистора с помощью микропроцессора с точностью до седьмого знака, не имеет смысла. По этой причине выбрано простейшее схемное решение, которое дает достаточную для практики точность и позволяет обойтись без ОУ, МК и нескольких источников питания. Для измерения тока базы годится любой цифровой тестер, например, М-832.

Мегаваттные электроприводы

Анализ использования электроэнергии в США, составленный Министерством энергетики США, показывает, что 14% всей вырабатываемой электроэнергии потребляется промышленными электроприводами мегаваттного класса. Значительная экономия эксплуатационных расходов может быть достигнута при использовании этих двигателей с приводами с переменной скоростью вместо прямого подключения к сети. Эти моторные приводы обязательно работают от более высоких напряжений шины, чтобы уменьшить рабочие токи для управления размером и потерями меди. Вместо использования инверторов на основе Si, работающих на частоте 500–2000 Гц, инверторы на основе SiC можно использовать на более высоких частотах, в 10 раз, с гораздо меньшими потребностями охлаждения и размерами системы.

Разработчик системы с использованием SiC-модулей может выбрать ту же самую архитектуру многоуровневого преобразователя с использованием кремниевых модулей, как это уже было описано ранее, или использовать более простое двухуровневое или трехуровневое решение. Также с использованием SiC становится возможным повысить рабочее напряжение, что может снизить затраты между генерацией и распределением. Тем не менее для полного использования возможностей SiC необходимо значительное развитие конструкции двигателя и технологии. Но даже сегодня преимущества SiC в повышении эффективности работы двигателя за счет снижения пульсаций тока и эффективности инвертора за счет снижения потерь хорошо известны. В некоторых приложениях использование полупроводниковых приборов, выполненных по SiC-технологии, позволяет использовать двигатели на более высоких оборотах, намного меньшие по размеру, и возможно исключить редукторы.

Сравнение с электронными лампами

До разработки транзисторов вакуумные (электронные) лампы (или просто «лампы») были основными активными компонентами электронного оборудования. По принципу управления наиболее родственен электронной лампе полевой транзистор, многие соотношения, описывающие работу ламп, пригодны и для описания работы полевых транзисторов.

Радиолампа 6Ф12П

Многие схемы, разработанные для ламп, стали применяться для транзисторов и получили развитие, поскольку электронные лампы имеют только один тип проводимости — электронный, а транзисторы могут иметь как электронный, так и дырочный тип проводимости. Так называемый эквивалент воображаемой «позитронной лампы». Это привело к широкому использованию комплементарных схем (КМОП).

Преимущества

Основные преимущества, которые позволили транзисторам заменить своих предшественников (вакуумные лампы) в большинстве электронных устройств:

• малые размеры и небольшой вес, что способствует развитию миниатюризации электронных устройств;
• высокая степень автоматизации и групповой характер операций на многих этапах технологического процесса изготовления, что ведёт к постоянному снижению удельной стоимости при массовом производстве;
• низкие рабочие напряжения, что позволяет использовать транзисторы в небольших по габаритам и энерговооружённости электронных устройствах с питанием от малогабаритных электрохимических источников тока;
• не требуется дополнительного времени на разогрев катода после включения, что позволяет достичь почти мгновенной готовности к работе транзисторных устройств, сразу после подачи питания;
• малая, по сравнению с лампами, рассеиваемая мощность, в том числе из-за отсутствия разогрева катода, что способствует повышению энергоэффективности, облегчает отвод избыточного тепла и позволяет повышать компактность устройств;
• высокая надёжность и большая физическая прочность, стойкость к механическим ударам и вибрации, что позволяет избежать проблем при использовании устройств в условиях любых ударных и вибрационных нагрузок;
• очень продолжительный срок службы — некоторые транзисторные устройства находились в эксплуатации более 50 лет и при этом не потеряли своей работоспособности;
• возможность объединения множества элементов в едином миниатюрном конструктивном модуле позволяет значительно повысить степень интеграции и облегчает разработку комбинированных схем высокой сложности, что не представляется возможным с вакуумными лампами.

Уменьшение размеров радиоэлементов

Недостатки

• Обычные кремниевые транзисторы не работают при напряжениях выше 1 кВ, вакуумные лампы могут работать с напряжениями на несколько порядков выше 1 кВ. Для коммутации цепей с напряжением свыше 1 кВ разработаны IGBT транзисторы.
• Применение транзисторов в мощных радиовещательных и СВЧ передатчиках нередко, оказывается, технически и экономически нецелесообразным: требуется параллельное включение и согласование многих сравнительно маломощных усилителей. Мощные и сверхмощные генераторные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода, а также магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны(ЛБВ) обеспечивают лучшее соотношение частотных характеристик, мощностей и приемлемой стоимости.
• Транзисторы значительно более уязвимы, чем вакуумные лампы, к действию сильных электромагнитных импульсов, которые, в том числе, являются одним из поражающих факторов ядерного взрыва;
• Чувствительность к радиации и воздействию космических излучений. Для работы в космосе созданы специальные радиационно-стойкие микросхемы для электронных устройств космических аппаратов.

Принцип действия

Физический принцип транзистора NPN

Мы возьмем случай типа NPN, для которого напряжения V _BE и V _CE , а также ток, входящий в базу, I _B , положительны.

В этом типе транзистора эмиттер, подключенный к первой зоне N, поляризован при более низком напряжении, чем у базы, подключенной к зоне P. Таким образом, диод эмиттер / база поляризован напрямую, и ток ( электрон инжекция ) течет от эмиттера к базе.

При нормальной работе переход база-коллектор имеет обратное смещение, что означает, что потенциал коллектора намного выше, чем у базы. Электроны, которые по большей части разлетелись до зоны поля этого перехода, собираются контактом коллектора.

Простая модель транзистора в линейном режиме

В идеале весь ток, идущий от эмиттера, попадает в коллектор. Этот ток является экспоненциальной функцией напряжения база-эмиттер. Очень небольшое изменение напряжения вызывает большое изменение тока (крутизна биполярного транзистора намного больше, чем у полевых транзисторов ).

Ток базы циркулирующей отверстия к передатчику добавляют к рекомбинации тока электронов нейтрализуются в отверстие в основании является базовым током I _Б , примерно пропорциональна тока коллектора I _C . Эта пропорциональность создает иллюзию того, что ток базы управляет током коллектора. Для данной модели транзистора механизмы рекомбинации технологически сложно освоить, и коэффициент усиления I _C ⁄ _{I B} может быть сертифицирован только выше определенного значения (например, 100 или 1000). Электронные сборки должны учитывать эту неопределенность (см. Ниже).

Когда напряжение база-коллектор достаточно положительное, почти все электроны собираются, и ток коллектора не зависит от этого напряжения; это линейная зона. В противном случае электроны остаются в базе, рекомбинируют, и коэффициент усиления падает; это зона насыщения.

Возможны два других менее частых режима, а именно открытый режим, где поляризация двух переходов, видимых как диоды, препятствует прохождению тока, и активно-инвертированный режим, при котором коллектор и эмиттер меняются местами в «n». плохое состояние. Поскольку конструкция транзистора не оптимизирована для последнего режима, он используется редко.

Принципы дизайна

На первый взгляд биполярный транзистор кажется симметричным устройством, но на практике размеры и легирование трех частей сильно различаются и не позволяют поменять местами эмиттер и коллектор. Принцип работы биполярного транзистора фактически основан на его геометрии, на различии легирования между его различными областями или даже на наличии гетероперехода .

• Ток через отверстия от базы к эмиттеру должен быть незначительным по сравнению с током электронов от эмиттера. Это может быть достигнуто за счет очень сильного легирования эмиттера по сравнению с легированием основы. Гетеропереход также может полностью блокировать дырочный ток и допускать высокое легирование основания.
• Рекомбинация электронов (меньшинство) в базе, богатой дырками, должна оставаться низкой (менее 1% для усиления 100). Для этого необходимо, чтобы основание было очень тонким.
• Площадь коллектора часто больше, чем площадь эмиттера, чтобы гарантировать, что путь сбора остается коротким (перпендикулярным переходам).

Модель для элементарных расчетов.

Доступно несколько моделей для определения рабочего режима транзистора с биполярным переходом, например, модель Эберса-Молла, показанная ниже.

Иногда достаточно упрощенной модели. Таким образом, для NPN-транзистора, если V _BC , напряжение между базой и коллектором, меньше 0,4  В, а V _BE меньше 0,5  В , транзистор заблокирован и токи равны нулю. С другой стороны, если V _BC <0,4  В и V _CE > 0,3  В , где V _CE — напряжение между коллектором и эмиттером, мы находимся в активном или линейном режиме, с I _c = β I _b и V _BE = 0,7  В для перехода база-эмиттер, который ведет себя как диод. С другой стороны, если при V _BE = 0,7  В и V _BC = 0,5  В мы не можем иметь V _CE > 0,3  В , возьмем V _CE = 0,2  В, потому что мы находимся в режиме насыщения и соотношение I _c = β I _b no дольше держит. Очевидно, что вместо этих упрощений можно использовать модель Эберса-Молла.

Модель Эберса-Молла

Модель транзистора Эберса-Молла в линейном режиме работы

Модель Эберса-Молла является результатом суперпозиции прямой и обратной мод .

Он заключается в моделировании транзистора источником тока, помещенным между коллектором и эмиттером.

Этот источник тока состоит из двух компонентов, управляемых соответственно переходом BE и переходом BC.

Поведение двух переходов моделируется диодами.

Корпус и цоколевка

Существует два варианта корпусов S9014:

1. SOT-23 – используется при поверхностном монтаже. Это параллелепипед размером 3 х 1,3 х 1 мм с двумя ножками по краям одной из длинных сторон и одной посередине другой. Если смотреть на корпус со стороны надписи (S9014 имеет следующую маркировку: J6), при этом внизу находится сторона с двумя выводами, то, начиная с правой нижней ножки, выводы идут в следующем порядке (по часовой стрелке) – эмиттер, база, коллектор.

2. ТО-92 – усеченный с одной стороны пластмассовый цилиндр. Через торец цилиндра выходят три ножки, находящиеся в одной плоскости. Если смотреть со стороны сечения, то последовательность следующая (слева направо) – эмиттер, база, коллектор. Корпус предназначен для навесного монтажа.

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.

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.

Аналоги

Для замены могут подойти транзисторы кремниевые, со структрурой NPN, мезапланарные, предназначенные для применения в переключательных и импульсных устройствах аппаратуры широкого применения.

Отечественное производство

Тип	PC	UCB	UCE	UEB	IC	TJ	hFE	UCE(sat)	ton / ts / tf	Корпус
2SC2625	80	450	400	7	10	150	≥ 10	1,2	1,0 / 2,5 / 1,0	TO-3P
КТ834А	100	500	400	8	15	150	150	1,5	— / — / 0,6	ТО-3
КТ840А	60	900	400	5	6	150	10 — 100	0,6	0,2 / 3,5 / 0,6	ТО-3
КТ840Б	750	350
КТ840В	860	375
КТ847	125	650	650	8	15	200	8 — 25	1,5	— / 3,0 / 1,5	ТО-3
2Т856А	125	950	—	5	10	—	10 — 60	1,5	— / — / 0,5	—
2Т856Б	750
2Т856В	550
2Т856Г	850
КТ862В	50	600	350	5	10	150	12 — 50	1,5	0,5 / 2,0 / 0,5	—
КТ862Г	400
2Т862В	50	600	350	5	10	150	12 — 50	1,5	0,5 / 2,0 / 0,5	—
2Т862Г	400
КТ872А	100	—	700	6	8	150	6	1	— / 6,7 / 0,8	ТО-218
КТ872В	600
КТ878А	100	—	900	6	25	150	12 — 50	1,5	— / 3,0 / —	ТО-3
КТ878В	600
КТ890А/Б/В	120	350	350	5	20	150	300	1,6	—	ТО-218

Зарубежное производство

Тип	PC	UCB	UCE	UEB	IC	TJ	hFE	RƟJC	UCE(sat)	ton / ts / tf	Корпус
2SC2625	80	450	400	7	10	150	> 10	1,56	1,2	1,0 / 2,5 / 1,0	TO-3P
2SC2626	80	450	300	7	15	150	> 10	1,55	1,2	0,8 / 2,0 / 0,8	TO-218
2SC3318	80	500	400	7	10	150	> 45	1,55	1	0,5 / 1,5 / 0,15	TO-218
2SC3320	80	500	400	7	15	150	> 30	—	1	0,5 / 1,5 / 0,15	TO-218
2SC3847	85	1200	800	7	10	150	> 100	—	1,5	0,5 / 3,5 / 0,3	TO-218
2SC4138	80	500	400	10	10	150	> 45	—	0,5	1,0 / 3,0 / 0,5	TO-218
2SC4275	80	500	400	10	10	150	> 120	1,56	0,8	1,0 / 2,5 / 0,5	TO-218
2SC4276	80	500	400	10	15	150	> 30	1,56	0,8	1,0 / 2,5 / 0,5	TO-218
2SC4298	80	500	400	10	15	150	> 55	—	1,3	1,0 / 3,0 / 0,5	TO-218
2SC4509	80	500	400	10	10	150	> 10	1,56	0,8	1,0 / 2,5 / 0,5	TO-3PML
2SC4510	80	500	400	10	15	150	> 25	1,56	0,8	1,0 / 2,5 / 0,5	TO-3PML
2SC4557	80	900	550	7	10	150	> 10	—	0,5	1,0 / 5,0 / 0,5	TO-3PML
2SC5024R/O/Y	90	800	500	7	10	150	15 — 35	—	1	0,5 / 3,0 / 0,3	TO-218
2SC5352	80	600	400	7	10	150	> 20	—	1	0,5 / 2,0 / 0,3	TO-3PN
2SC5924	90	900	600	—	14		> 10	—	—	— / — / —	TO-3PF
KSC5024R/O/Y	90	800	500	7	10	150	15 — 35	—	1	1,0 / 2,5 / 0,5	TO-3P
MJE13009K/P	80	700	400	9	12	150	> 40	1,55	1,5	1,0 / 3,0 / 0,7	TO-3P TO-220
MJE13011	80	450	400	7	10	150	> 10	—	1,5	1,0 / 2,0 / 1,0	TO-220/F TO-3P
T25	80	450	400	7	10	—	> 30	—	—	— / — / —	TO-3PN
TT2148	80	500	400	7	12	150	> 20	—	0,8	0,5 / 2,5 / 0,3	TO-3PB

Примечание: данные в таблицах взяты из даташит компаний-производителей.

Зарождение элемента

Германий был обнаружен Клеменсом и Винклером в немецком городе Фрайберг в 1886 году. Существование этого элемента предсказывал Менделеев, установив заранее его атомный вес, равный 71, и плотность 5,5 г/см3.

Вам будет интересно:Как выбирать ЖК-телевизор: описание, характеристики

В начале осени 1885 года шахтер, работавший на серебряном руднике Химмельсфюрст близ Фрайберга, наткнулся на необычную руду. Она была передана Альбину Вейсбаху из близлежащей Горной академии, который подтвердил, что это новый минерал. Он в свою очередь попросил своего коллегу Винклера проанализировать добычу. Винклер обнаружил, что в составе найденного химического элемента находится 75 % серебра, 18 % серы, состав остального 7 %-ного объема находки ученый определить не смог.

Вам будет интересно:Схемы электродвигателя звезда и треугольник: виды подключения, особенности и отличия

К февралю 1886 года он понял, что это новый металлоподобный элемент. Когда были протестированы его свойства, стало ясно, что это недостающий элемент в таблице Менделеева, который располагается ниже кремния. Минерал, из которого он произошел, известен как аргиродит – Ag 8 GeS 6. Спустя несколько десятилетий этот элемент будет выступать основой германиевых транзисторов для звука.

Биполярные транзисторы: принцип работы, характеристики и параметры

Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда.

В полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки.

Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах.

Особенности устройства биполярного транзистора

Биполярный транзистор включает в себя три области:

• эмиттер;
• базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое;
• коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера.

К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь.

Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно.

Принцип работы биполярного транзистора

Этот тип транзистора имеет два перехода:

• электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный;
• между коллектором и базой – коллекторный.

Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения.

Режим отсечки

Переходы закрыты, прибор не работает. Этот режим получают при обратном подключении к внешним источникам. Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в этом режиме разрывает цепь.

Активный инверсный режим

Является промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт. Ток базы в этом случае значительно меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим востребован мало.

Режим насыщения

Прибор полностью открыт. Оба перехода подключаются к источникам тока в прямом направлении. При этом снижается потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые называют «токами насыщения».

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему.

С общей базой

Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания.

С общим коллектором

Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.

Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора?

• Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний.
• Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц).
• Максимальную рассеиваемую мощность.

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.