Статические характеристики биполярного транзистора

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:

1. Э (E) — эмиттер;
2. К (C) — коллектор;
3. 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:

1. p-n-p, называемую прямым включением;
2. n-p-n — обратным.

При обозначении на схемах их рисуют одинаково, но с небольшими отличиями вывода эмиттера:

1. прямое направление: стрелка нацелена на базу;
2. обратное — стрелка показывается выходом из базы наружу элемента.

Указатель стрелки эмиттера показывает положительное направление тока через полупроводниковый переход.

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.

МАЛОМОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Долго решал какой усилитель использовать для маломощных акустических систем. Как дешевый вариант вначале решил использовать микросхемы TDA2030, потом подумал, что 18-ти ватт на канал маловато и перешел к TDA2050 — умощненный аналог на 32 ватта. Затем сравнив звучание основных вариантов выбор впал на любимую микросхему — LM1875, 24 ватта и качество звучания на 2-3 порядка лучше, чем у первых двух микросхем.

Долго копался в сети, но печатную плату под свои нужды так и не нашел. Сидя за компом несколько часов была создана своя версия для пятиканальноо усилителя на микросхемах LM1875, плата получилась довольно компактной, на плате также предусмотрен блок выпрямителей и фильтров. Этот блок был полностью собран за 2 часа — все компоненты к тому времени имелись в наличии.

ALJ13002 Datasheet (PDF)

1.1. alj13002.pdf Size:103K _update

SUNROC ALJ13002 TRANSISTOR(NPN) FEATURES 1. EMITTER Power dissipation 2.COLLECTOR PCM:0.8W(Tamb=25℃) Collector current 3.BASE ICM:0.6A Collector-base voltage V(BR)CBO: 600V 1 2 3 Opcrating and storage junction temperature range TJ,Tstg:-65℃ to -150℃ ELECTRICAL CHARACTERISTICS(Tamb=25℃ unless otherwise specjfied): MIN TYP MAX UNIT Parameter Symbol Tes

3.1. alj13003.pdf Size:104K _update

SUNROC ALJ13003 TRANSISTOR(NPN) FEATURES ·power switching applications MAXIMUM RATINGS(Ta=25℃ unless otherwise noted) Symbol Parameter Value Units VCBO Collector-Base Voltage 600 V VCEO Collector-Emitter Voltage 400 V VEBO Emitter-Base Voltage 9 V IC Collector Current-Continuous 1.2 A PC Collector Power Dissipation 25 W TJ Junction Temperature 150 ℃ Tstg Storage Temperature -55

3.2. alj13005.pdf Size:150K _update

SUNROC ALJ13005 TRANSISTOR(NPN) MAXIMUM RATINGS(Ta=25℃ unless otherwise noted) MAXI Parameter Value Units Collector-Base Voltage VCBO 700 V Collector-Emitter Voltage VCEO 400 V Emitter-Base Voltage VEBO 9 V Collector Current IC 2.0 A Collector Power Dissipation PC 50 W Junction Temperature Tj 150 ℃ Storag Temperature -55～150 ℃ Tstg ELECTRICAL CHARACTERISTICS

3.3. alj13003-251.pdf Size:104K _update

SUNROC ALJ13003 TRANSISTOR(NPN) FEATURES ·power switching applications MAXIMUM RATINGS(Ta=25℃ unless otherwise noted) Symbol Parameter Value Units VCBO Collector-Base Voltage 600 V VCEO Collector-Emitter Voltage 400 V VEBO Emitter-Base Voltage 9 V IC Collector Current-Continuous 1.2 A PC Collector Power Dissipation 25 W TJ Junction Temperature 150 ℃ Tstg Storage Temperature -55

3.4. alj13001.pdf Size:195K _update

SUNROC ALJ13001 TRANSISTOR (NPN) TO-92 FEATURES 1. BASE power switching applications 2. COLLECTOR 3. EMITTER MAXIMUM RATINGS (TA=25℃ unless otherwise noted) Symbol Parameter Value Units 1 2 3 VCBO Collector -Base Voltage 600 V VCEO Collector-Emitter Voltage 400 V VEBO Emitter-Base Voltage 7 V IC Collector Current -Continuous 0.2 A PC Collector Power Dissipation

Другие транзисторы… 2SC4355 , 2SC4356 , 2SC4357 , 2SC4358 , 2SC4359 , 2SC436 , 2SC4360 , 2SC4361 , BD139 , 2SC4363 , 2SC4364 , 2SC4365 , 2SC4366 , 2SC4367 , 2SC4368 , 2SC4369 , 2SC437 .

Основные технические характеристики

13003 – это высоковольтный силовой транзистор, прежде всего спроектированный для работы с большими токами и пропускаемым напряжением между коллектором и базой. Высокая скорость переключений и низким временем задержки включения/выключения позволяет использовать его преимущественно в импульсных схемах с индуктивной нагрузкой.

Предельные режимы эксплуатации

13003 рассчитан на работу с большими напряжениями и токами. Так, заявленные производителями максимально допустимые характеристики постоянного рабочего напряжения достигают (V_CEO) 400 вольт, а порогового (V_CEV) 700 вольт. Номинальное значение постоянного коллекторного тока коллектора (I_C) 1.5 A, а импульсного пиковое (I_CM), как у большинства силовых транзисторов, в два раза больше 3 A. Максимальная мощность рассеивания, при этом, не должна превышать 40 Ватт.

Предельные значения для пикового тока измерены при длительности импульса в 5 мс и величине обратной скважности не более 10%

Электрические характеристики

Следует учесть, что для расчета возможности применения 13003 в своих схемах, величины предельных режимов эксплуатации обычно уменьшают на 25-30%. Это связано с тем, что они рассчитаны на работу прибора при температуре Тс=25°С. Рабочая же температура устройства будет значительно выше. Зная это, производители в электрических характеристиках на 13003, указывают параметры его использования не только при температуре Тс=25°С.

Как мы видим, в таблице электрических параметров 13003, величины напряжений насыщения и времени переключения приведены и для температуры 100 градусов. Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что эти значения указаны при максимальном токе коллектора I_C не превышающем 1 A. А это в 1.5 раза (на 33%) меньше, приведенного значения в предельно допустимых параметрах.

Основные технические характеристики

13003 – это высоковольтный силовой транзистор, прежде всего спроектированный для работы с большими токами и пропускаемым напряжением между коллектором и базой. Высокая скорость переключений и низким временем задержки включения/выключения позволяет использовать его преимущественно в импульсных схемах с индуктивной нагрузкой.

Предельные режимы эксплуатации

13003 рассчитан на работу с большими напряжениями и токами. Так, заявленные производителями максимально допустимые характеристики постоянного рабочего напряжения достигают (VCEO) 400 вольт, а порогового (VCEV) 700 вольт. Номинальное значение постоянного коллекторного тока коллектора (IC) 1.5 A, а импульсного пиковое (ICM), как у большинства силовых транзисторов, в два раза больше 3 A. Максимальная мощность рассеивания, при этом, не должна превышать 40 Ватт.

Предельные значения для пикового тока измерены при длительности импульса в 5 мс и величине обратной скважности не более 10%

Электрические характеристики

Следует учесть, что для расчета возможности применения 13003 в своих схемах, величины предельных режимов эксплуатации обычно уменьшают на 25-30%. Это связано с тем, что они рассчитаны на работу прибора при температуре Тс=25°С. Рабочая же температура устройства будет значительно выше. Зная это, производители в электрических характеристиках на 13003, указывают параметры его использования не только при температуре Тс=25°С.

Как мы видим, в таблице электрических параметров 13003, величины напряжений насыщения и времени переключения приведены и для температуры 100 градусов. Если внимательно присмотреться, то можно увидеть, что эти значения указаны при максимальном токе коллектора IC не превышающем 1 A. А это в 1.5 раза (на 33%) меньше, приведенного значения в предельно допустимых параметрах.

ПЕРВОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ

Первый запуск инвертора стоит сделать от лабораторного БП с защитой от КЗ, при этом в момент запуска защита может ошибочно сработать, если блок маломощный, в моем случае использовался переделанный БП с током 3,5 А. Холостой ток инвертора 170-280 мА, зависит от правильного расчета трансформатора, рабочей частоты генератора и типа полевых ключей, немалую роль играет резистор снаббера, в моем случае с ним пришлось чуток поиграться, чтобы снизить потребление схемы.

Во время холостого хода, на ключах не должно наблюдаться тепловыделения, если оно есть, то имеется проблема с монтажом или нерабочий компонент. Перед запуском промойте плату от флюсов, для этого можно использовать ацетон или растворитель. А теперь приступаем собственно к самому блоку УМЗЧ…

После успешного запуска блока питания, переходим к самой интересной части конструкции — блок усилителей мощности звука. В том числе фильтр низких частот для сабвуфера и модуль стабилизации.

ВИДЕО УСИЛИТЕЛЯ

Плата для LM крепится на основную плату УНЧ через стойки в виде трубок и болтов. Питание для этого блока берется со второго инвертора, предусмотрена отдельная обмотка. Выпрямитель и фильтрующие конденсаторы расположены непосредственно на плате усилителя. В качестве выпрямительных диодов уже традиционные КД213А. Дросселей для сглаживания ВЧ помех не использовал, да и нет нужды их применять, поскольку даже в довольно брендовых автомобильных усилителях их часто не ставят. В качестве теплоотвода использовал набор дюралюминиевых болванок 200х40х10 мм.

На плату также укреплен кулер, который одновременно отводит теплый воздух с этого блока и отдувает теплоотводы инверторов. С электроникой аудиокомплекса полностью разобрались — переходим к механике и слесарным работам…

Основа любой радиолюбительской конструкции — красивый удобный корпус, тем более он должен прилично смотреться у аппарата, который занимает достойное место в гостинной или вашем рабочем кабинете.

Электрические параметры

Данные в таблице действительны при температуре среды Ta=25°C, если не указано иное.

٭ — получено при импульсном тесте: длительность импульса ≤ 300 мкс, скважность ≤ 2%

Режима работы в SOA

Очень важной характеристикой для переключающего транзистора является параметры, относящиеся к область безопасной работы (Safe operating area (SOA). Они в даташит показаны в виде графиков активного (безопасного) режима работы в SOA (FBSOA) и выключения (RBSOA)

Режим FBSOA

На графике активного режима работы для mje13003 видно, что постоянный ток коллектора в 1 А допустим только при напряжении около 30 В, что не превышает номинальной мощности 30 Вт (при предельной мощности устройства в 40 Вт). При импульсном токе активная область расширяется. Например при импульсном токе в 3 A, в течении 100 мкс, допустимо напряжение около 150 В. Как видно из графика, при увеличении напряжения, величина используемого тока коллектора уменьшается. Область возможного вторичного пробоя указывается в правой части графика.

Заключение

Информация о маркировочных кодах, содержащаяся в литературе, требует критического подхода и осмысления. К сожалению, красиво оформленный каталог с безукоризненной полиграфией не гарантируют от опечаток, ошибок, разночтений и противоречий, поэтому исходите из данных, что приведены в справочнике о маркировке радиоэлементов.

В заключение хотелось бы поблагодарить источники, которые были использованы для подбора материала к данной статье:

www.mp16.ru

www.rudatasheet.ru

www.texnic.ru

www.solo-project.com

www.ra4a.narod.ru

Предыдущая
ПолупроводникиЧто такое биполярный транзистор
Следующая
ПолупроводникиSMD транзисторы