Транзистор 2n3904

Замена и эквиваленты

Бывает, что вышедший из строя компонент уже не продается. Поэтому радиолюбители подбирают транзистор, который похож по своим техническим характеристикам на неисправный или ищут его аналог. Для поиска аналогов используют информацию из даташит на устройство и приведенные в нем технические характеристики.

Полные аналоги с d1555 по корпусу, его распиновке и техническому описанию, имеют следующие импортные транзисторы: 2SC42943; 2SC4744; BU508D; D1651; D2095; D2195; ECG2331. Можно подобрать  похожий по характеристикам, например d5703, как показано на видео ниже о подборе строчника.

Подходящей замены из отечественных устройств для данного импульсника нет. Некоторые умельцы используют в качестве альтернативы, на отдельных вариантах схем, советский КТ838А. Это очень сомнительное решение, вместе с которым надо учесть отсутствие у этого него защитного диода, резистора и при этом наличие большого металлического корпуса.

Конструкция и принцип работы силовых транзисторов

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) или биполярный силовой транзистор с изолированным затвором – элемент из двух транзисторов в общей полупроводниковой структуре, устроенный по каскадной схеме. Биполярный транзистор образует силовой канал, полевой – канал управления. Объединение полупроводниковых элементов реализовано структурой элементных ячеек в одном кристалле.

Упрощенная эквивалентная схема биполярных транзисторов с изолированным затвором представлена на рисунке:

IGBT – приборы появились после того, как были выявлены недостатки MOSFET транзисторов в высоковольтных схемах: квадратичная зависимость сопротивления канала от напряжения.

Полупроводниковые приборы IGBT сочетают достоинства силовых биполярных и полевых транзисторов с изолированным затвором:

• Небольшая мощность управления.
• Высокая скорость переключения.
• Маленькие потери при открытом транзисторе.
• Высокое номинальное напряжение силового канала.

Сопротивление канала IGBT-элементов растет пропорционально току, зависимость потерь от величины тока не квадратичная, как у транзисторов MOSFET. Быстродействие силовых элементов с изолированным затвором превосходит скорость коммутации биполярных транзисторов, но уступает элементам MOSFET.

Структура IGBT представлена на рисунке. В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор.

При закрытом ключе, напряжение приложено к n–-слою. При подаче на изолированный затвор управляющего напряжения, область р образует открытый канал, включая полевой транзистор, который в свою очередь отпирает биполярный p-n-p элемент. Между внешним коллектором и эмиттером начинает протекать ток. При этом ток стока полевой ячейки усиливается. При открытой биполярной ячейке, остаточное напряжение в n–-области падает еще благодаря потокам электронов и дырок.

Напряжение на включенном транзисторе определяется из выражения:

Где Uбэ – напряжение база-эмиттер открытого ключа, Rпол – сопротивление полевой ячейки, Iб – ток базы, Iк – ток коллектора, B – коэффициент передачи тока биполярной ячейки. Для снижения падения напряжения на открытых IGBT приборах применяют вертикальные затворы. Площадь ячейки транзистора уменьшают в 2-5 раз.

Падение напряжения на открытом IGBT зависит от температуры гораздо меньше аналогичного параметра MOSFET-транзисторов. На рисунке приведен график падения напряжения в функции температуры для 2 IGBT транзисторов и одного полевого прибора.

Как и биполярные транзисторы, IGBT способны накапливать заряд, который является причиной остаточного тока и нагрева прибора при запирании. Между электродами и переходами полевой и биполярной элементной ячейки образуются паразитные емкости. Время рассасывания заряда для IGBT прибора составляет всего 0,2-1,5 мкс, при коммутации с частотой 10-20 кГц для надежной работы транзисторов не нужно включать в схему дополнительные цепи.

Маркировка

Маркируется на корпусе цифрами “13003”, указывающими на серийный номер устройства по системе JEDEC. Префикс MJE, в начале указывает на происхождение устройства у именитого брэнда — компании Motorola. В настоящее время префикс mje в обозначении своей продукции добавляют и другие производители радиоэлектронного оборудования. Так что, не удивительно встретить транзистор с таким префиксом от другого компании.

Также, вместо MJE, но с другими буквами в названиях, могут встречается похожие устройства: ST13003 SOT-32 (ST Microelectronics), FJP13003, KSE 13003 (Fairchild). В последнее время стали встречается копии устройств от китайских компаний с такой маркировкой на корпусе: 13003d, 13003br, j13003, e13003. В большинстве случаев у приборов с буквой “d” в конце есть встроенный защитный диод, а у остальных меньшая мощность до 25 Вт.

Подробное описание

RoHS: Yes

• Collector Emitter Voltage V(br)ceo: 40 V
• Collector Emitter Voltage Vces: 200 mV
• Continuous Collector Current Ic Max: 200 mA
• Current Ic @ Vce Sat: 10 mA
• Current Ic Continuous a Max: 200 mA
• Current Ic Fall Time Measurement: 10 mA
• DC Collector Current: 200 mA
• DC Current Gain Min: 100
• DC Current Gain: 10 mA
• Fall Time @ Ic: 250 ns
• Full Power Rating Temperature: 25°C
• Gain Bandwidth ft Min: 300 MHz
• Gain Bandwidth ft Typ: 300 MHz
• Mounting Type: Through Hole
• Number of Pins: 3
• Number of Transistors: 1
• Operating Temperature Range: -55°C to +150°C
• Package / Case: TO-92
• Pin Configuration: b
• Power Dissipation Pd: 625 mW
• Power Dissipation Ptot Max: 500 mW
• Transistor Case Style: TO-92
• Transistor Polarity: NPN
• Voltage Vcbo: 60 V

Электронные ключи

Для повышения коэффициента полезного действия устройств силовой электроники широко используется импульсный режим работы диодов, транзисторов и тиристоров. Импульсный режим характерен резкими изменениями токов и напряжений. В импульсном режиме диоды, транзисторы и тиристоры используются как ключи.

При помощи электронных ключей выполняется коммутация электронных схем: подключение/отключение схемы к/от источникам(-ов) электрической энергии или сигнала, подключение или отключение элементов схем, изменение параметров элементов схем, изменение вида воздействующего источника сигнала.

УГО идеальных ключей показаны на рисунке:

Ключевой режим характеризуется двумя состояниями: «включено»/»выключено».

Идеальные ключи характеризуются мгновенным изменением сопротивления, которое может принимать значение 0 или ∞. Падение напряжения на идеальном замкнутом ключе равно 0. При разомкнутом ключе ток равен 0.

В реальных ключах токи и падения напряжения, соответствующие состояниям «включено»/»выключено», зависят от типа и параметров применяемых диодов, транзисторов, тиристоров и переход из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а в течение времени, обусловленного инерционностью активного элемента и наличием паразитных емкостей и индуктивностей коммутируемой цепи.

Реальные ключи также характеризуются двумя крайними значениями сопротивления Rmax и Rmin. Переход от одного значения сопротивления к другому в реальных ключах происходит за конечное время. Падение напряжения на реальном замкнутом ключе не равно нулю.

Ключи подразделяются на ключи, используемые в маломощных схемах, и ключи, используемые в силовых схемах. Каждый из этих классов имеет свои характеристики.

• Сопротивлениями ключа в открытом и закрытом состояниях;
• Быстродействием – временем перехода ключа из одного состояния в другое;
• Падением напряжения на замкнутом ключе и током утечки разомкнутого ключа;
• Помехоустойчивостью – способностью ключа оставаться в одном из состояний при воздействии помех;
• Чувствительностью ключа – величиной управляющего сигнала, переводящего ключ из одного состояния в другое;
• Пороговым напряжением – значением управляющего напряжения, в окрестности которого происходит резкое изменение сопротивления электронного ключа.

Как работает биполярный транзистор

В стандартной работе соединение база-эмиттер смещено вперед. Это значит, что сторона соединения с легированием типа p имеет более положительный потенциал, чем сторона с легированием типа n. Соединение база-коллектор имеет обратное смещение.

Когда прямое смещение применяется к переходу база-эмиттер, нарушается равновесие между термически генерируемыми носителями и отражающим электрическим полем области истощения эмиттера с n-присадкой. Это позволяет термически возбужденным электронам инжектироваться из эмиттера в область базы. Эти электроны диффундируют (соединяются) через основание из области высокой концентрации рядом с эмиттером в область низкой концентрации вблизи коллектора. Электроны в основании называются миноритарными носителями, так как основание легировано р-типом, что делает дырки основным носителем в основании.

Поток заряда в биполярном транзисторе обусловлен диффузией носителей заряда через соединение между двумя областями с разной концентрацией заряда. Дискретный транзистор имеет три провода для подключения к этим областям. Как правило, область эмиттера сильно легирована по сравнению с двумя другими слоями. Коллектор легирован гораздо легче, чем основание (легирование коллектора обычно в десять раз легче базового легирования).

По своей конструкции большая часть тока коллектора биполярного транзистора обусловлена ​​потоком носителей заряда (электронов и/или дырок), которые инжектируются из сильно легированного эмиттера в основание. Уже там они являются миноритарными носителями, которые диффундируют к коллектору.

Производители

Транзисторы D882 изготавливаются следующими зарубежными фирмами:  SeCoS Halbleitertechnologie, Shenzhen Jingdao Electronic, SHIKE Electronics, Jiangsu Changjiang Electronics Technology, Daya Electric Group, Diode Semiconductor Korea,  SHENZHEN KOO CHIN ELECTRONICS, Shenzhen Jin Yu Semiconductor, STMicroelectronics, SHENZHEN YONGERJIA INDUSTRY, Shenzhen Electronics, GUANGDONG HOTTECH INDUSTRIAL, Stanson Technology, WILLAS ELECTRONIC CORP,  Galaxy Semi-Conductor Holdings Limited, Nanjing International Group.

На Российском рынке чаще всего встречаются устройство произведённое компаниями Shenzhen Electronics, STMicroelectronics.

Устройство и принцип работы тиристора (тринистора)

Тринистор является управляемым прибором. Он содержит управляющий электрод (УЭ), подключаемый к полупроводнику р-типа или полупроводнику n-типа среднего перехода 2.

Структура, УГО и ВАХ тринистора (обычно называют тиристором) приведены на рисунке:

Напряжение Uвыкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к переходу 2. В какой мере снижается Uвкл показано на ВАХ. Важным параметром является отпирающий ток управления Iу.от, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние при напряжениях, меньших напряжения Uвкл. На рисунке показаны три значения напряжение включения UIвкл < Unвкл < Umвкл соответствует трем значениям управляющего тока UIу.от > Unу.от > Umу.от.

Рассмотрим простейшую схему с тиристором, нагруженным на резисторную нагрузку Rн

Iа – ток анода (силовой ток в цепи анод-катод тиристора ); Uак – напряжение между анодом и катодом; Iу – ток управляющего электрода ( в реальных схемах используют импульсы тока ); Uук – напряжение между управляющим электродом и катодом; Uпит – напряжение питания.
Для перевода тиристора в открытое состояние не управляющий электрод подается от схемы формирования импульсов кратковременный (порядка нескольких микросекунд) управляющий импульс.

Характерной особенностью рассматриваемого незапираемого тиристора, который очень широко используется на практике, является то, что его нельзя выключить с помощью тока управления.

Для выключения тиристора на практике на него подают обратное напряжение Uак < 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл. Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

Особенности

• Впечатляющие выходные характеристики – 2,0A, 600V.
• Сопротивление сток-исток открытого транзистора 5,0 Ω.
• Малый заряд затвора, как правило 12,5 nC.
• Небольшая емкость затвор-сток, как правило 7,6 pF.
• Высокая скорость переключения.
• Тестирование 100% продукции в лавинных режимах.

Транзисторы 2N60B характеризуются улучшенными усилительными характеристиками. При их производстве используется технология DMOS, запатентованная американской компанией Fairchild. В результате полевые транзисторы имеют минимальное сопротивление в рабочем состоянии, высокоскоростные переключающие характеристики и выдерживают импульсы большой мощности в лавинном и переключающем режимах.

Комплекс параметров сделал силовые полевые транзисторы идеальными для использования в мощных инверторных источниках питания.

Управление модулями IGBT

Модули IGBT управляются драйверами. Микросхемы вырабатывают управляющие импульсы, обеспечивают коммутацию ключей в нужном частотном диапазоне, согласовывают работу полупроводниковых устройств с блоком управления.

При выборе драйверов для модулей, производители рекомендуют руководствоваться следующими рекомендациями:

Напряжение цепи «коллектор-эмиттер» для снижения динамических потерь и обеспечения стабильной работы транзистора при отпирании ключа должно составлять +15±10% В, при запирании -7…-15 В. Максимальная величина – не более ±20 В.

Длительность импульсов напряжения выхода драйвера должна быть меньше времени коммутации транзисторов в 5-10 раз.

Внутреннее сопротивление драйвера управления должно выбираться в пределах диапазона конкретного модуля с учетом динамических потерь. Это необходимо для исключения перенапряжений, вызванных перезарядкой внутренних индуктивностей.

Напряжение запирания должно обеспечивать гарантированное отключение IGBT при любых условиях.

Для уменьшения помех необходимо подключать драйвер к модулю витой парой или устанавливать плату на контакты управления модулем.

Схема электропитания организовывается следующим образом: вначале напряжение подается на драйвер, затем на модуль.

Для предотвращения эффекта «защелкивания» паразитной p-n-p-n структуры, образуемой модулем и выходным каскадом микросхемы управления, исток биполярной ячейки, общий выход драйвера и отрицательную клемму сглаживающего фильтра присоединяют на общую шину.

С общим коллектором (ОК)

Схему с общим коллектором часто называют “эмиттерным повторителем”. Она имеет высокое входное (порядка >200кОм) и низкое выходное (порядка <10кОм) сопротивления. Эта схема не даёт усиления по напряжению. Схему с общим коллектором используют во входных каскадах усилителей для согласования двух каскадов усилителя, из которых предыдущий имеет высокое выходное, а последующий, обычно выходной каскад, — малое входное сопротивление.  Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Выходное напряжение на выходе схемы с ОК (рисунок 3, общий коллектор), практически повторяет напряжение на базе транзистора, с учётом величины незначительного падения напряжения на переходе эмиттер-база, отсюда и название “эмиттерный повторитель”. Благодаря высокому усилению по току, схему с ОК применяют также и для управления токами различных устройств, например соленоидов.

Биполярные транзисторы

Определение «биполярный» указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов — электроны и дырки.

Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей – основные и неосновные, поэтому его называют биполярным.

Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора.

• Э — эмиттер,
• Б — база,
• К — коллектор,
• ЭП — эмиттерный переход,
• КП — коллекторный переход,
• W — толщина базы.

Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:

1. Режим отсечки – оба p-n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток
2. Режим насыщения – оба p-n перехода открыты
3. Активный режим – один из p-n переходов открыт, а другой закрыт

В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно. Эффективное управление транзистором осуществляется только в активном режиме. Этот режим является основным. Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности – инверсным.

В нормальном режиме коллекторный p-n переход закрыт, эмиттерный – открыт. Ток коллектора пропорционален току базы.

Движение носителей заряда в транзисторе n-p-n типа показано на рисунке:

При подключении эмиттера к отрицательному зажиму источника питания возникает эмиттерный ток Iэ. Так как внешнее напряжение приложено к эмиттерному переходу в прямом направлении, электроны преодолевают переход и попадают в область базы. База выполнена из p-полупроводника, поэтому электроны являются для неё неосновными носителями заряда.

Электроны, попавшие в область базы, частично рекомбинируют с дырками базы. Однако базу обычно выполняют очень тонкой из p-проводника с большим удельным сопротивлением (малым содержанием примеси), поэтому концентрация дырок в базе низкая и лишь немногие электроны, попавшие в базу, рекомбинируют с её дырками, образуя базовый ток Iб. Большинство же электронов вследствие теплового движения (диффузия) и под действием поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя составляющую коллекторного тока Iк.

Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока

Как следует из качественного рассмотрения процессов, происходящих в биполярном транзисторе, коэффициент передачи тока всегда меньше единицы. Для современных биполярных транзисторов α = 0,9 ÷ 0,95

При Iэ ≠ 0 ток коллектора транзистора равен:

В рассмотренной схеме включения базовый электрод является общим для эмиттерной и коллекторной цепей. Такую схему включения биполярного транзистора называют схемой с общей базой, при этом эмиттерную цепь называют входной, а коллекторную – выходной. Однако такую схему включения биполярного транзистора применяют очень редко.

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.

Соответствие: отечественный транзистор ⇒ импортный аналог

Транзистор Аналог КТ209 MPS404 КТ368А9 BF599 КТ3102АМ КТ3102БМ КТ3102ВМ КТ3102ДМ BC547A BC547B BC548B BC549C КТ3107БМ КТ3107ГМ КТ3107ДМ КТ3107ЖМ КТ3107ИМ КТ3107КМ КТ3107ЛМ BC308A BC308A BC308B BC309B BC307B BC308C BC309C КТ3117А КТ3117Б 2N2221 2N2222A КТ3126А BF506 КТ3127А 2N4411 КТ3129Б9 КТ3129В9 КТ3129Г9 BC857A BC858A BC858B КТ3130А9 КТ3130Б9 КТ3130В9 BCW71 BCW72 BCW31 КТ3142А 2N2369 КТ3189А9 КТ3189Б9 КТ3189В9 BC847A BC847B BC847C КТ635Б 2N3725 КТ639А КТ639Б КТ639В КТ639Г КТ639Д КТ639Е КТ639Ж BD136-6 BD136-10 BD136-16 BD138-6 BD138-10 BD140-6 BD140-10 КТ644А КТ644Б КТ644В КТ644Г PN2905A PN2906 PN2907 PN2907A КТ645А КТ645Б 2N4400 2N4400 КТ646А КТ646Б 2SC495 2SC496 КТ660А КТ660Б BC337 BC338

Транзистор Аналог КТ668А КТ668Б КТ668В BC556 BC557 BC558 КТ940А BF458 КТ940Б КТ940В BF457 BF459 КТ961А КТ961Б КТ961В BD139 BD137 BD135 КТ969А BF469 КТ972А КТ972Б BD877 BD875 КТ684А КТ684Б КТ684В BC636 BC638 BC640 КТ685А КТ685Б КТ685В КТ685Г PN2906 PN2906A PN2907 PN2907A КТ686А КТ686Б КТ686В КТ686Г КТ686Д КТ686Е BC327-16 BC327-25 BC327-40 BC328-16 BC328-25 BC328-40 КТ6109А КТ6109Б КТ6109В КТ6109Г КТ6109Д SS9012D SS9012E SS9012F SS9012G SS9012H КТ6110А КТ6110Б КТ6110В КТ6110Г КТ6110Д SS9013D SS9013E SS9013F SS9013G SS9013H КТ6111А КТ6111Б КТ6111В КТ6111Г SS9014A SS9014B SS9014C SS9014D КТ6112А КТ6112Б КТ6112В SS9015A SS9015B SS9015C КТ6113А КТ6113Б КТ6113В КТ6113Г КТ6113Д КТ6113Е SS9018D SS9018E SS9018F SS9018G SS9018H SS9018I

Транзистор Аналог КТ6114А КТ6114Б КТ6114В SS8050B SS8050C SS8050D КТ6115А КТ6115Б КТ6115В SS8550B SS8550C SS8550D КТ6116А КТ6116Б 2N5401 2N5400 КТ6117А КТ6117Б 2N5551 2N5550 КТ6128А КТ6128Б SS9016D SS9016E КТ973А КТ973Б BD878 BD876 KT9116A KT9116Б TPV-394 TPV-375 KT9133A TPV-376 KT9142A 2SC3218 KT9150 TPV-595 KT9151A 2SC3812 KT9152A 2SC3660 КТ6136А 2N3906 КТ728А КТ729А MJ3055 2N3055 КТ808АМ КТ808БМ 2SC1619A 2SC1618 КТ814Б КТ814В КТ814Г BD136 BD138 BD140 КТ815Б КТ815В КТ815Г BD135 BD137 BD139 КТ817Б КТ817В КТ817Г BD233 BD235 BD237 КТ818Б TIP42 КТ819Б TIP41 КТ840А КТ840Б BU326A BU126

Транзистор Аналог КТ856А КТ856Б BUX48A BUX48 КТ867А BUY21 КТ872А КТ872Б КТ872Г BU508A BU508 BU508D КТ878А КТ878Б КТ878В BUX98 2N6546 BUX98A КТ879А КТ879Б 2N6279 2N6278 КТ892А КТ892Б КТ892В TIP661 BU932Z TIP662 КТ899А 2N6388 КТ8107А BU508A КТ8109А TIP151 КТ8110А 2SC4242 КТ8121А MJE13005 КТ8126А КТ8126Б MJE13007 MJE13006 КТ8164А КТ8164Б MJE13005 MJE13004 КТ8170А1 КТ8170Б1 MJE13003 MJE13002 КТ8176А КТ8176Б КТ8176В TIP31A TIP31B TIP31C КТ8177А КТ8177Б КТ8177В TIP32A TIP32B TIP32C КТ6128В КТ6128Г КТ6128Д КТ6128Е SS9016F SS9016G SS9016H SS9016I КТ6137А 2N3904 КТ928А 2N2218 КТ928Б КТ928В 2N2219 2N2219A

.

Графические иллюстрации характеристик

Рис. 1. Внешняя характеристика транзистора в схеме с общим эмиттером. Зависимость коллекторной нагрузки I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE при различных токах (управления) базы I_B.

Рис. 2. Зависимость статического коэффициента усиления по току от коллекторной нагрузки I_C.

Зависимость снята при импульсном напряжении коллектор-эмиттер U_CE = 5 В.

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

Зависимость снята при соотношении амплитуд импульсов токов коллектора и базы I_C/I_B = 5.

Рис. 4. Снижение предельной токовой нагрузки I_C в области безопасной работы транзистора при увеличении температуры корпуса прибора T_C.

Кривая «Dissipation Limited» — снижение токовой нагрузки в результате общего перегрева п/п структуры.

Кривая «S/b Limited» — снижение токовой нагрузки для исключения вторичного пробоя п/п структуры локально, в местах повышенной плотности тока.

Определение теплового режима транзистора во многом сводится к определению рассеиваемой мощности и соотнесению её с областью безопасной работы транзистора (ОБР). Для транзистора, работающего в ключевом режиме, приходится учитывать потери на коммутационных интервалах, а также ряд особенностей, определяемых реактивными свойствами коллекторной цепи и источника питания.

Рис. 5. Область безопасной работы транзистора, определена при температуре среды T_a = 25°С при нагрузке транзистора одиночными импульсами (Single Pulse) различной длительности: PW = 10 мкс; 50 мкс; 100 мс; 300 мкс; 1,0 мс; 10 мс; 100 мс.

Выделяются 4 участка ограничивающих линий предельного тока коллектора:

1. горизонтальный – предельный ток транзистора, определяющий устойчивость паяных соединений. При возрастании температуры корпуса вводится поправка согласно графику Рис. 4;
2. участок «Dissipation Limited» – предельный ток, ограничивающий общий нагрев п/п структуры;
3. участок «S/b Limited» — ограничение тока исходя из недопущения вторичного пробоя п/п структуры;
4. вертикальный участок – предельное напряжение коллектор-эмиттер, не приводящее к лавинному пробою п/п структуры.

Характеристики ОБР по Рис. 5 подходят для анализа безопасной работы транзистора при резистивном или емкостном характере нагрузки, а также при любой нагрузке на интервале проводимости (t_on). См. диаграмму тока коллектора в импульсном режиме выше.

В схеме с индуктивной нагрузкой на коммутационном интервале (t_stg + t_f), при восстановлении непроводящего состояния, возникающие на транзисторе пиковые перенапряжения могут превышать критические значения и вызвать пробой п/п структуры. Для уменьшения перенапряжений вводятся ограничители напряжения: снабберные RC-цепи, активные ограничители и т. п. Для уменьшения потерь (уменьшения длительности коммутационного интервала) в цепь управления (базы) транзистора вводится отрицательное напряжение смещения.

Увеличение напряжений при вводе отрицательного смещения и ограничение коллекторного тока отражаются на конфигурации ОБР. Такая ОБР является неотъемлемой характеристикой работы транзистора в переключающем режиме с индуктивной нагрузкой.

Рис. 6. Область безопасной работы с обратным смещением. Характеристика снята при условии T_c ≤ 100°C.

Увеличение U_CEX(sus) при значительном ограничении тока коллектора – результат ввода ограничителей коммутационных перенапряжений до уровня 450 В.

Условиями безопасной (корректной) работы транзистора в ключевом режиме является выполнение следующих условий:

• непревышение температурных ограничений по структуре в целом;
• токи и напряжения на интервале включения (t_on) не превышают ограничений ОБР;
• токи и напряжения на интервале выключения (t_stg + t_f) не превышают ограничений ОБР с обратным смещением.