Характеристики транзистора tip41c

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.

Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.

В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).

Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.

Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)

Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).

Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).

Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.

Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .

Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов

Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.

Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.

Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.

Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.

Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения

Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)

Рис. 4 — Схема Дарлингтона

Ток или поле, управление транзисторами

Большинству людей, так или иначе имеющими дело с электроникой, принципиальное устройство полевых и биполярных транзисторов должно быть известно. По крайней мере, из названия «полевой транзистор», очевидно, что управляется он полем, электрическим полем затвора, в то время как биполярный транзистор управляется током базы.

Ток и поле, различие здесь кардинальное. У биполярных транзисторов управление током коллектора осуществляется путем изменения управляющего тока базы, в то время как для управления током стока полевого транзистора, достаточно изменить приложенное между затвором и истоком напряжение, и не нужен уже никакой управляющий ток как таковой.

КТ315 — аналоги отечественные и зарубежные

Но так как главной темой статьи является не КТ315 — аналоги для этого транзистора, то следует уже уделить внимание и основной теме. Итак, вот список аналогов:

1. Биполярный транзистор BC847B. Относительно дорогой (3 рубля за 1 штуку) маломощный транзистор, имеющий значительный коэффициент усиления. Если сравнивать с КТ315, аналог зарубежный довольно дорогой. Но он имеет то преимущество, что при пайке и перепайке не так быстро выходит из строя (что не в последнюю очередь благодаря его увеличенной и укреплённой конструкции). Максимальная рассеиваемая мощность — 0,25. На направление «коллектор-база» может подаваться до 50 Вольт. На коллектор-эмиттер — до 45 Вольт. Максимальное напряжение для направления эмиттер-база составляет 6 Вольт. Коллекторный переход имеет ёмкость 8. Предельная температура перехода составляет 150 градусов. Статистический коэффициент передачи тока — 200.
2. Биполярный транзистор 2SC634. Этот импортный аналог КТ315 является довольно сбалансированным относительно характеристик и цены. Значение максимальной рассеиваемой мощности составляет 0,18. Максимально допустимое напряжение на коллектор-базу и коллектор-эмиттер — 40 Вольт. Эмиттер-база — всего 6 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода составляет 8. Предельная температура перехода — 125 градусов. Статический коэффициент передачи тока — 90.
3. Биполярный транзистор КТ3102. Сказать, что он для КТ315 — аналог отечественный будет неверно, ведь исторически так сложилось, что подобные детали изготавливались одного вида, который соответствует всем необходимым запросам и может выполнить возложенные на него функции. Дело в том, что просто КТ3102 не существует, обязательно вслед идёт ещё одна буква. Во избежание конфликтов значения будут указаны для всей группы. Более детальную информацию вы сможете получить, просматривая каждый транзистор. Отечественная разработка является усовершенствованным КТ315. Аналог в этом случае — слово не совсем уместное, скорее, усовершенствованный механизм. Максимальная рассеиваемая мощность КТ3102 составляет 0,25. На коллектор-базу может подаваться максимальное напряжение в 20-50 Вольт. Максимальное напряжение, которое можно подавать на коллектор-эмиттер, тоже составляет 20-50 Вольт. Максимальное напряжение на эмиттер-базу составляет 5 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода равняется 6. Предельная температура перехода — 150 градусов. Статический коэффициент передачи тока равняется 100.
4. Биполярный транзистор 2SC641. Максимальная рассеиваемая мощность — 0,1. Напряжение на направлении коллектор — база не должно превышать 40 Вольт. Максимальное напряжение на направлении коллектор — эмиттер не должно быть больше 15 Вольт. Для направления эмиттер — база это значение не должно превышать 5 Вольт. Ёмкость коллекторного перехода составляет 6 единиц. Предельная температура перехода — 125 градусов. Статический коэффициент передачи тока равен 35.

Проверка биполярных типов

Ниже схема проверки npn, pnp транзисторов тестером, после нее распишем процедуру по пунктам.

Биполярный транзистор снабжен p-n линиями — условно, это диоды, а точнее, 2 таковых расположенных встречно, точка их пересечения — «база».

Один условный диод сконструирован контактами базы/коллект., иной — базы/эмит. Для анализа хватит посмотреть сопр. (прямо и обратно) указанных участков: если там нет неполадок, то деталь без изъянов.

Проверка своими руками без выпаивания биполярного pnp, npn транзистора предполагает прозвонку 3 комбинаций ножек:

Вариант p-n-p

Структуры (типы) показывает стрелка эмит. участка: p-n-p/n-p-n (к базе/от нее). Начнем с проверки первого варианта. Раскрываем p-n-p деталь подачей на базу минусового напряжения. На мультиметре селектор ставим на замеры Ом на отметку «2000», допускается также выставлять на «прозвонку».

Жила «−» (черная) — на ножку базы. Плюс (красная) — поочередно к коллект., эмит. Если участки не поврежденные, то отобразят около 500–1200 Ом.

Дальше опишем, как прозвонить обратное сопр.: «+» – на базу, «−» — на колл. и эмит. Должно отобразиться высокое сопр. на обоих p-n участках. У нас появилась «1», то есть для выставленной рамки в «2000» значение превышает 2000. Значит, 2 перехода без обрывов, изделие исправное.

Аналогично, как описано, можно прозвонить на исправность транзистор, не выпаивая из схемы. Реже есть сборки, где к переходам применено основательное шунтирование, например, резисторами. Тогда, если отобразится слишком низкое сопр., потребуется выпаивать деталь.

Элементы n-p-n проверяются аналогично, только на базу от тестера идет щуп «+».

Признаки неисправности

Если сопр. (прямое и обратное) одного из участков (p-n) стремится к бесконечности, то есть на отметке «2000» и выше на дисплее «1», значит, данный участок имеет обрыв, транзистор не годный. Если же «0» — изделие также с изъяном, пробит участок. Прямое сопр. там должно быть 500–1200 Ом.

Наиболее важные параметры.

Коэффициент передачи тока от 15 и выше.

Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 60 в, импульсное – 160 в – у КТ805А, КТ805АМ. 135 в – у КТ805Б, КТ805БМ, КТ805ВМ.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ – не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – 5 в.

Напряжение насыщения база-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ – не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – 5 в.

Максимальный ток коллектора. – 5 А.

Обратный импульсный ток коллектора при сопротивлении база-эмиттер 10Ом и температуре окружающей среды от +25 до +100 по Цельсию, у транзисторов КТ805А, КТ805АМ – – не более 60 мА, при напряжении колектор-эмиттер 160в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – – не более 70 мА, при напряжении колектор-эмиттер 135в.

Обратный ток эмиттера при напряжении база-эмиттер 5в не более – 100 мА.

Рассеиваемая мощность коллектора(с теплоотводом). – 30 Вт.

Граничная частота передачи тока – 20 МГц.

Транзисторы КТ805 и качер Бровина.

Качер Бровина – черезвычайно популярное устройство, представляющее из себя фактически, настольный трансформатор Тесла – источник высокого напряжения. Схема самого генератора предельно проста – он очень напоминает обычный блокинг-генератор на одном транзисторе, хотя как утверждают многие, им вовсе не является.

В качере(как в общем-то и в блокинг-генераторе) теоретически, можно использовать любые транзисторы и радиолампы. Однако, практически очень неплохо себя зарекомендовали именно транзисторы КТ805, в частости – КТ805АМ.

В самостоятельной сборке качера самый серьезный момент – намотка вторичной обмотки(L2). Как правило она содержит в себе от 800 до 1200 витков. Намотка производится виток, к витку проводом диаметром 0,1 – 0,25 мм на диэлектрическое основание, например – пластиковую трубку. Соответствено, габариты полученного трансформатора (длина) напрямую зависят от толщины используемого провода. Диаметр каркаса при этом некритичен – может быть от 15мм, но при его увеличении эффективность качера должна возрастать (как и ток потребления).

После намотки витки покрываются лаком(ЦАПОН). К неподключенному концу катушки можно подсоединить иглу – это даст возможность наблюдать «стример» – коронообразное свечение, которое возникнет на ее кончике, во время работы устройства. Можно обойтись и без иглы – стример точно так же будет появляться на конце намоточного провода, без затей отогнутого к верху.

Вторичная обмотка представляет из себя бескаркасный четырехвитковой соленоид намотаный проводом диаметром(не сечением!) от 1,5 до 3 мм. Длина этой катушки может составлять от 7-8 до 25-30 см, а диаметр зависит от расстояния между ее витками и поверхностью катушки L2. Оно должно составлять 1 – 2 см. Направление витков обеих катушек должно совпадать обязательно.

Резисторы R1 и R2 можно взять любого типа с мощностью рассеивания не менее 0,5 Вт. Конденсатор C1 так же любого типа от 0,1 до 0,5 мФ на напряжение от 160 в. При работе от нестабилизированного источника питания необходимо подсоединить параллельно C1 еще один, сглаживающий конденсатор 1000 – 2000 мФ на 50 в. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор – чем больше, тем лучше.

Источник питания для качера должен быть рассчитан на работу при токе до 3 А (с запасом), с напряжением от 12 вольт, а желательно – выше. Будет гораздо удобнее, если он будет регулируемым по напряжению. Например, в собранном мной образце качера, при диаметре вторичной катушки 3 см (длина – 22см), а первичной – 6см (длина – 10 см) стример возникал при напряжении питания 11 в, а наиболее красочно проявлялся при 30 в. Причем, обычные эффекты, вроде зажигания светодиодных и газоразрядных ламп на расстоянии, возникали уже с начиная с уровня напряжения – 8 в.

В качестве источника питания был использован обычный ЛАТР + диодный мост + сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 в. Больше 30 вольт я не давал, ток при этом не превышал значения в 1 А, что более чем приемлимо для таких транзисторов как КТ805, при наличии приличного радиатора.

При попытке заменить(из чистого интереса) КТ805 на более брутальный КТ8102, обнаружилось что режимы работы устройства значительно поменялись. Заметно упал рабочий ток. Он составил всего – от 100 до 250 мА. Но стример стал загораться только при достижения предела напряжения 24 в, при напряжении 60 в выглядя гораздо менее эффектно, нежели с КТ805 при 30.

Структура IGBT

Закрытое состояние прибора характеризуется напряжением, приложенным к области n-, она находится между коллектором и эмиттером. Проводящий канал появляется при воздействии на затвор положительно заряженного потенциала в p-области, он обозначается как пунктирная линия. Ток из балласта идет из области n- (с минусом) в область n+. При этом происходит открытие МОП-транзистора, что делает возможным открытие биполярного транзистора с p-n-p перехода транзистора.

Рис. №2. Структура транзистора IGBT.

Эквивалентом структуре транзистора IGBT можно считать схему подключения транзистора, где n-канальный полевой транзистор выполнит роль промежуточного звена (динамического сопротивления), уменьшаемого в открытом состоянии IGBT. Он пропускает через базовую область биполярного транзистора с p-n-p-переходом, при этом происходит уменьшение остаточного напряжения в области n-. Опасность для схемы может представлять так называемый «паразитный биполярный транзистор», он может перейти в открытое состояние, называемое эффектом защелкивания, что влечет потерю управляемости.

Рис. №3. Схема включения транзистора IGBT эквивалентная структуре транзистора.