Ток открытия транзистора: Расчет тока базы транзистора — RadioRadar

Ток открытия транзистора

Современные силовые биполярные транзисторы изготавливаются на основе монокристаллического кремния. Базовая ячейка транзистора n-p-n —типа показана на рисунке Эмиттер состоит из нескольких частей, что позволяет снизить сопротивление между базой и эмиттером, а также равномерно распределить ток по всему проводящему сечению. Коллектор имеет две области: сильно легированную и слабо легированную. Слабо легированная область делает коллекторный p-n переход широким и сдвинутым в область коллектора, что повышает допустимое напряжение на коллекторе.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Таблица сравнения полевых транзисторов
• Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов. Напряжение открытия полевого транзистора
• Работа транзистора в режиме ключа
• 1.3. Биполярные транзисторы
• Биполярный транзистор
• Силовые биполярные транзисторы
• Биполярный транзистор
• Расчет тока базы транзистора

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как управлять силовыми ключами MOSFET и IGBT (для начинающих)

Таблица сравнения полевых транзисторов

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам.

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века.

Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. Это изображение транзисторов еще называют УГО Условное графическое обозначение. Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения.

Или тупо поменять полярность источника питания. У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно. А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает.

Лучше взгляните на этот рисунок. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата. Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. Эти правила взяты из книги П. Хоровица У. Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора. Его также обозначают как.

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:. Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них. Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера.

Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку. Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы.

Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи. Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей. В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора. Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки мА.

Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора. Ток который нам нужен известен. Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе. Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно?

Ответ может быть да а может и нет. Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно.

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает.

На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока. В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок. Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению.

Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В. Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером вариант с транзисторным ключем является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,,7В.

Выходит что на выходе на эмиттере, на нагрузке Rн будет напряжение базы минус 0,6В. Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством.

Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора.

Получается ток нагрузки равен току коллектора. И в результате получилась вот такая формула. Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением.

Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала. Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно.

А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз! Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали как я раньше то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине.

Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться. Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение.

Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок. Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок! Для деда Юрия: при замене транзистора с проводимостью p-n-p на n-p-n потребуется поменять полярность питания на обратную, а также полярность подключения диодов и электролитических конденсаторов если они есть в схеме.

Подключения базы-эмиттера-коллектора транзистора остаются прежними. Если кому интересно, могу помочь практическими советами по радиотехнике: schumilov. Обяснил на просом человеческом языке все понятно и просто. На справочниках тр. Ваш e-mail не будет опубликован. Операционный усилитель для чайников.

Печатные платы делаем сами своими руками. Технология ЛУТ. Спирто-канифольный флюс СКФ своими руками. Биполярный транзистор.

Для новичка

Режимы работы и схемы включения полевых транзисторов. Напряжение открытия полевого транзистора

Работа транзистора в режиме ключа является базовой во всей электронике, особенно в цифровой. Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Чтобы транзистор открылся нужен управляющий ток в цепи: эмиттер

Работа транзистора в режиме ключа

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка. Мощность рассеивания транзистора? Зачем электродрели нужен редуктор, точнее большая шестеренка? Лидеры категории Антон Владимирович Искусственный Интеллект. Кислый Высший разум.

1.3. Биполярные транзисторы

Если рассматривать механические аналоги, то работа транзисторов напоминает принцип действия гидравлического усилителя руля в автомобиле. Но, сходство справедливо только при первом приближении, поскольку в транзисторах нет клапанов. В этой статье мы отдельно рассмотрим работу биполярного транзистора. Основой устройства биполярного транзистора является полупроводниковый материал.

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор находится в одном из двух состояний: в полностью открытом режим насыщения , или полностью закрытом состояние отсечки. Рассмотрим пример, где в качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ на напряжение 27В с катушкой сопротивлением Ом.

Биполярный транзистор

В зависимости от чередования легированных областей различают транзисторы n-p-n -типа рис. На рис. Выводы транзисторов обозначаются: Э — эмиттер, Б — база, К — коллектор. В этой схеме с корпусом соединен вывод базы транзистора. Поэтому эту схему называют схемой включения транзистора с общей базой ОБ.

Силовые биполярные транзисторы

Отличительной особенностью импульсных схем является широкое применение электронных ключей. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Наиболее широкое применение в качестве электронных ключевых элементов находят транзисторные каскады, в первую очередь каскад с общим эмиттером ОЭ. Рассмотрим работу такого каскада рис. При рассмотрении воспользуемся графическим методом расчета транзисторных цепей см. На рис. В ключевом режиме транзистор может находиться в двух основных состояниях: 1.

Взял транзистор (NPN; Vceo=V; Ic=1,5А; Icm=3А), тока открытия недостаточно??? проверить, при подаче тока в базу, как.

Биполярный транзистор

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка.

Расчет тока базы транзистора

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК РАБОТАЕТ ТРАНЗИСТОР — ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ

Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов. Для того, чтобы правильнее понять процедуру расчета, необходимо понимать каких видов и типов бывают транзисторы и в каких режимах они могут работать. Биполярные управляются током на база-эмиттерном переходе, конструктивно имеют два различных перехода p-n и n-p, то есть могут быть n-p-n или p-n-p типа ;. Униполярные или полевые управляются напряжением на база-эмиттерном переходе, конструктивно состоят из двух однотипных переходов p-n или n-p, выделяют два типа полевых транзисторов — с изолированным затвором и с затвором из p-n-перехода. Так как речь идет о расчете тока базы, то далее рассмотрим режимы работы только полевых транзисторов:. Инверсивный обратная ситуация для активного режима, равносилен стандартной логике работы p-n-p транзисторов ,.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах. Все писал с точки зрения человека, не являющегося радиоэлектронщиком. Соответственно, обозвал как нашел и как самому оказалось понятнее. Точно так называется? Поискал и своим непрофессиональным взглядом не могу понять почему он?

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента например, в схемах ТТЛ. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты [1]. С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора.

Транзисторы Linear Power MOSFET от Littelfuse – безопасная работа в активном режиме

22 марта

управление питаниемLittelfuseстатьядискретные полупроводникиMOSFET

Транзисторы Linear Power MOSFET производства компании Littelfuse обеспечивают безопасную работу в схемах, где требуется длительная работа в активном режиме. Благодаря использованию механизмов подавления положительной обратной связи они не склонны к саморазогреву, имеют расширенную область безопасной работы и способны рассеять больше тепла на кристалле, чем аналоги других производителей.

Мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) чаще всего используются в качестве коммутаторов, поэтому они работают либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. Однако в ряде узлов, например, в компенсационных стабилизаторах, усилителях класса А или электронных нагрузках их рабочая точка должна находиться на линейном участке вольт-амперной характеристики. Этот режим характеризуется одновременным наличием ненулевого тока стока и достаточно высокого напряжения между стоком и истоком, что приводит к выделению на кристалле довольно большого количества тепла.

Если кристалл транзистора разогреется до критической температуры, то в нем произойдут необратимые изменения и полупроводниковый прибор выйдет из строя. Для предотвращения этого необходимо следить за электрическими режимами работы транзистора и не допускать появления опасных термических перенапряжений. Это значит, что полупроводниковые приборы, предназначенные для работы в активном режиме, подразумевающем рассеяние на кристалле большого количества тепла, должны как минимум иметь расширенную область безопасной работы в режимах с прямым смещением (Forward-bias Safe Operating Area, FBSOA).

Давайте рассмотрим особенности нового семейства полевых транзисторов с изолированным затвором Linear Power MOSFET, специально разработанных компанией Littelfuse для узлов, требующих работы транзисторов в активных режимах. Особенностью этих приборов является расширенная область безопасной работы, достигаемая за счет подавления внутренних положительных обратных связей и уменьшения электротермической нестабильности.

Упрощенная конструкция транзистора Linear Power MOSFET показана на рисунке 1. В этих приборах, как и в других MOSFET, существует паразитный биполярный n-p-n-транзистор, образованный областями с разными типами проводимости. Эмиттерный переход биполярного транзистора надежно шунтируется путем соединения подложки MOSFET с его истоком, поэтому он остается в закрытом состоянии даже в экстремальных электрических режимах.

Рис. 1. Структура Linear Power MOSFET

Еще одной особенностью транзисторов Linear Power MOSFET является контроль величины теплового сопротивления каждого транзистора, выполняемый в процессе производства. Такая проверка проводится для выявления возможных дефектов сборки, в частности наличия пустот припоя, увеличивающих риск возникновения точек локального нагрева.

Основными приложениями для транзисторов Linear Power MOSFET являются схемы, в которых транзистор должен длительное время находиться в активном режиме, например, электронные нагрузки, использующиеся для тестирования источников питания.

Вторичный пробой

В мощных силовых MOSFET под термином «вторичный пробой» (Second Breakdown) подразумевается внезапная потеря управляемости транзистора с последующим самопроизвольным переходом в состояние с малым сопротивлением канала. Происходит это из-за открытия паразитного биполярного транзистора, которое может произойти, например, из-за слишком резких изменений напряжения между истоком и стоком. Вторичный пробой силовых MOSFET, работающих в ключевых режимах, обычно не возникает. Однако в схемах, где рабочая точка MOSFET большую часть времени находится на линейном участке вольт-амперной характеристики, вероятность возникновения вторичного пробоя значительно возрастает из-за возможности фокусировки тока в определенных участках кристалла, приводящих к появлению локальных термических перенапряжений.

При работе в режиме насыщения увеличение плотности тока в некоторой области кристалла приводит к локальному увеличению температуры. Полупроводниковый материал канала MOSFET обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления, поэтому при разогреве сопротивление перегруженной части канала увеличивается, что приводит к уменьшению тока и, как следствие, к ее охлаждению [1]. Таким образом, в режиме насыщения происходит автоматическое перераспределение тока внутри кристалла, что позволяет соединять параллельно несколько MOSFET без необходимости применения дополнительных балансирующих элементов.

Однако увеличение температуры кристалла приводит не только к росту сопротивления канала, но и к уменьшению порогового напряжения – напряжения между затвором и истоком, при котором между стоком и истоком образуется проводящий канал и начинает протекать ток. При работе в режиме насыщения сигнал управления значительно больше порогового напряжения, поэтому этот эффект не оказывает какого-либо заметного влияния на тепловой режим транзистора. Однако при работе в активном режиме, когда напряжение между затвором и истоком находится близко к пороговому значению, локальный нагрев кристалла может привести к еще большему увеличению температуры перегретого участка. Таким образом, при работе в активном режиме, даже если рассеиваемая мощность находится в пределах допустимых значений, возможен неконтролируемый саморазогрев кристалла, в результате которого может произойти вторичный пробой с последующим разрушением полупроводниковой структуры [2].

Типовая вольт-амперная характеристика мощного N-канального MOSFET показана на рисунке 2. 2=g_{FS}\left( V_{GS}-V_{GS(TH)} \right),\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

где:

• K – параметр, зависящий от температуры и геометрических размеров транзистора;
• g_FS – крутизна его характеристики.

Рис. 2. Типовая вольт-амперная характеристика мощного MOSFET

Положительное напряжение V_GS нейтрализует запирающий потенциал стока, увеличивая количество электронов в областях с дырочной проводимостью (p-областях). По мере роста напряжения V_GS количество неосновных носителей заряда в p-областях увеличивается до тех пор, пока при напряжении V_GS(TH) потенциал p-областей не станет равным нулю. С этого момента между стоком и истоком образуется проводящий канал, ток которого определяется разницей напряжений V_GS – V_GS(TH) [3].

Область безопасной работы является совокупностью графиков, определяющих режимы работы транзистора, в которых он может находиться без риска разрушения кристалла. Типовая область безопасной работы мощных MOSFET в режиме прямых смещений показана на рисунке 3. Она ограничена максимально допустимым напряжением между стоком и истоком V_DSS, максимально допустимым током стока I_DM, а также линиями, определяющими возможные комбинации напряжения и тока для максимально допустимой мощности рассеяния P_D.

Рис. 3. Типовая область безопасной работы мощных MOSFET

В данном случае на рисунке 3 присутствуют линия для продолжительно протекающего тока стока (DC) и четыре линии для одиночных импульсов длительностью 10, 1, 100 и 25 мкс. Левая верхняя часть области безопасной работы сформирована линией, являющейся функцией максимально возможного значения тока стока при данном напряжении и сопротивлении канала R_DS(ON).

В общем случае, максимальное значение мощности P_D, которая может быть рассеяна на кристалле, определяется формулой 2:

$$P_{D}=\frac{T_{Jmax}-T_{C}}{Z_{thJC}}=V_{DS}I_{D},\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

где:

• Z_thJC – тепловое сопротивление «кристалл-корпус»;
• T_Jmax – максимально допустимая температура кристалла MOSFET;
• T_C – температура корпуса транзистора.

Однако формула 2 получена, исходя из предположения, что кристалл MOSFET имеет одинаковую температуру во всех точках, а это не соответствует действительности. Начнем с того, что сторона транзистора, припаянная к охлаждающей пластине его корпуса, имеет меньшую температуру, чем внутренние области кристалла, что является естественным физическим процессом передачи тепла. Во-вторых, кристалл транзистора может иметь внутренние дефекты, например, пустоты или полости, приводящие к локальным увеличениям теплового сопротивления и, как следствие, к локальному перегреву внутренних областей кристалла. В-третьих, концентрация легирующих добавок и толщина изолятора затвора могут привести к флуктуациям порогового напряжения и крутизны g_FS ячеек MOSFET, что также негативно сказывается на равномерности прогрева полупроводниковой структуры.

При работе в ключевом режиме эти нарушения и отклонения в большинстве случаев безопасны и не влияют на поведение схемы. Однако если транзистор работает в активном режиме, то последствия, вызванные подобными неоднородностями, могут быть самыми катастрофическими, особенно в случае, когда продолжительность нахождения транзистора в режиме повышенного тепловыделения превышает время, необходимое для переноса тепла от кристалла к радиатору. Результаты исследований показали, что современные мощные MOSFET, оптимизированные для работы в ключевых режимах, при перемещении рабочей точки в правый нижний угол области безопасной работы обладают электротермической нестабильностью (Electro-Thermal Instability, ETI), приводящей к выходу их из строя.

Электротермическую нестабильность можно объяснить наличием положительной обратной связи, возникающей внутри MOSFET, работающего в активном режиме. Упрощенный механизм саморазогрева отдельных областей кристалла можно описать четырьмя этапами:

• вначале увеличивается температура в месте существования неоднородности;
• увеличение температуры приводит к уменьшению величины порогового напряжения V_GS(TH) на этом участке кристалла, поскольку пороговое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент;
• уменьшение порогового напряжения приводит к увеличению локальной плотности тока J_DS, поскольку она является функцией от квадрата разности напряжений (V_GS – V_GS(TH))²;
• увеличение локальной плотности тока приводит к еще большему увеличению температуры в месте появления неоднородности.

При неблагоприятных условиях, на возникновение которых влияет множество факторов, в том числе длительность импульса повышенной мощности, особенности конструкции транзистора и условий его охлаждения, электротермическая нестабильность может привести к тому, что весь ток стока сосредоточится в одной узкой области канала. Подобное перераспределение приведет к тому, что паразитный биполярный транзистор из-за высокой температуры уже не сможет находиться в закрытом состоянии и начнет пропускать электрический ток. Открытие паразитного биполярного транзистора означает потерю управляемости MOSFET (защелкивание), в результате чего ток стока перестанет зависеть от напряжения между затвором и истоком, и для перевода MOSFET в первоначальное состояние будет необходимо отключить цепь стока от источника питания и дать кристаллу остыть. Но поскольку в реальной схеме это чаще всего невозможно, то защелкивание транзистора в результате электротермической нестабильности приведет к еще большему увеличению тока стока из-за возникшего короткого замыкания и, как следствие, к разрушению кристалла.

Принимая это во внимание, компания Littelfuse разработала специализированную линейку транзисторов Linear Power MOSFET, оптимизированную для использования в приложениях, требующих функционирования полевых транзисторов в активном режиме. Особенностью этих полупроводниковых приборов является расширенная область безопасной работы, достигнутая за счет внедрения специализированных механизмов подавления положительных обратных связей, являющихся причиной электротермического разогрева [3].

В технической документации на транзисторы Linear Power MOSFET приводится гарантированная область безопасной работы, рассчитанная с учетом особенностей работы в активном режиме. Одним из таких MOSFET является транзистор IXTK22N100L, область безопасной работы которого показана на рисунке 4. Как видно из этого рисунка, на графиках присутствуют не только расчетные значения, но и точка, в которой проводятся испытания каждого прибора из этой линейки.

Рис. 4. Область безопасной работы MOSFET IXTK22N100L

Основные технические характеристики транзисторов Linear Power MOSFET, позволяющих получить представление о возможностях этой линейки, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики транзисторов Linear Power MOSFET

Наименование	VDSS, В	ID, А	RthJC, К/Вт	Безопасная величина рассеиваемой мощности PD (TC = 90°C), Вт	Корпус
IXTh34N50L	500	24	0,31	200 (VDS = 400 В, ID = 0,5 А)	TO-247
IXTh56N50L	500	46	0,18	240 (VDS = 400 В, ID = 0,6 А)	SOT-227B
IXTK22N100L	1000	22	0,18	240 (VDS = 800 В, ID = 0,3 А)	TO-264
IXTh40N100L	1000	30	0,156	300 (VDS = 600 В, ID = 0,5 А)	SOT-227B

Согласно формуле 2, на кристалле MOSFET IXTK22N100L, у которого максимально допустимое напряжение «сток-исток» равно 1000 В, может рассеиваться мощность 700 Вт. Столь высокое значение рассеиваемой мощности может быть достигнуто в импульсных режимах, но не в схемах, где транзистор длительное время работает в активном режиме. Поэтому компания Littelfuse в технической документации на этот прибор приводит реальные области безопасной работы при разных температурах, полученные при условиях длительного нахождения прибора в активном режиме. Например, для транзистора IXTK22N100L максимально допустимая мощность при температуре корпуса транзистора T_C = 90°C не должна превышать 240 Вт (V_DS = 800 В, I_D = 0,3 А).

Примеры применения транзисторов Linear Power MOSFET

Одним из примеров практического применения транзисторов Linear Power MOSFET являются электронные нагрузки, используемые для тестирования источников питания. Электронная нагрузка фактически является программируемым резистором, образованным несколькими параллельно включенными высоковольтными MOSFET, работающими в активном режиме. В такой схеме вероятность равномерного распределения тока между транзисторами крайне мала, поскольку даже небольшой технологический разброс параметров MOSFET, в частности, порогового напряжения и крутизны, при работе в активном режиме приводит к значительной разбалансировке схемы.

Для равномерного распределения тока между разными транзисторами используются схемы местной отрицательной обратной связи на основании напряжений, формируемых резистивными датчиками тока, включенными в цепи истока каждого транзистора. Напряжение на токоизмерительном резисторе зависит от параметров конкретной схемы и обычно находится в диапазоне 1…2 B. Тепловая стабильность схемы определяется температурным коэффициентом резисторов [2].

Рассмотрим электронную нагрузку, рассчитанную на тестирование источников питания с выходным напряжением до 600 В и максимальным током до 2 А. При таких значения напряжения и тока в этой схеме должны использоваться транзисторы с максимально допустимым напряжением между стоком и истоком не менее 600 В.

Максимальную мощность, развиваемую блоком питания, можно определить по формуле 3:

$$P_{0}=I_{0}V_{0},\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

где:

I₀ = 2 А – максимальный ток;

V₀ = 600 В – максимальное напряжение источника питания.

Таким образом, максимальная мощность блока питания равна P₀ = 2 × 600 = 1200 Вт.

В подобной электронной нагрузке можно использовать мощные полевые транзисторы IXTK22N100L, имеющие максимально допустимое напряжение 1000 В и максимально допустимый ток 22 А. Согласно технической документации, их максимальная рассеиваемая мощность в импульсном режиме равна 700 Вт, однако в активном режиме ее величина не должна превышать 240 Вт. Но поскольку полупроводниковые приборы должны иметь некоторый запас по всем ключевым параметрам, таким как напряжение, ток, мощность, то приняв, что величина рассеиваемой мощности не должна превышать 80% от максимально допустимого значения, получим, что на одном транзисторе IXTK22N100L должно рассеиваться не более 192 Вт тепла.

Максимально допустимая мощность электронной нагрузки также должна быть как минимум на 20% больше мощности тестируемого устройства. Это значит, что при мощности блока питания 1200 Вт максимально допустимая мощность, рассеиваемая на транзисторах, должна быть не менее 1440 Вт. Поскольку это число значительно превышает мощность, которую можно рассеять на одном транзисторе (192 Вт), то для реализации эталонной нагрузки необходимо использовать несколько параллельно соединенных транзисторов. В данном случае необходимо применить не менее восьми транзисторов IXTK22N100L (1400/192 ≈ 8).

Упрощенная принципиальная схема электронной нагрузки показана на рисунке 5 [2]. Резисторы R_S1…R_S8 используются в качестве датчиков тока транзисторов Q1…Q8. От их точности зависит равномерность распределения тока между каналами. Напряжение с этих резисторов поступает на инвертирующие входы операционных усилителей U1…U8, управляющих соответствующими транзисторами. Неинвертирующие входы всех усилителей соединены вместе и используются для установки тока, потребляемого схемой от тестируемого источника питания. Выходы операционных усилителей подключаются к затворам транзисторов через резисторы R_G1…R_G8 сопротивлением 5…50 Ом, предназначенных для ограничения тока затвора. Наличие этих резисторов является необязательным, однако они повышают устойчивость схемы.

Рис. 5. Упрощенная принципиальная схема электронной нагрузки мощностью 1440 Вт

Благодаря использованию механизмов подавления положительной обратной связи транзисторы Linear Power MOSFET производства компании Littelfuse не склонны к саморазогреву и имеют расширенную область безопасной работы. Это позволяет преодолеть ряд ограничений и безопасно использовать их в схемах, где требуется длительная работа в активном режиме. Транзисторы Linear Power MOSFET могут рассеивать на кристалле больше тепла, чем их аналоги, предназначенные для использования в ключевых режимах, однако не следует забывать, что величина мощности, рассеиваемой на кристалле в активном режиме, в любом случае будет меньше, чем при работе в импульсных схемах. 

Литература

1. Consoli, Alfio et al, “Thermal Instability of Low-Voltage Power MOSFETs,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 15, No. 3, May 2000.
2. Frey, Richard, Grafham, Denis, Mackewich, Tom, “New 500V Linear MOSFETs for a 120 kW Active Load,” Application Note, Advanced Power Technology (APT), 2000.
3. Baliga, B. Jayant, “Power Semiconductor Devices,» PWS Publishing Co., 1996.
4. Zommer, Nathan, “Monolithic Semiconductor Device and Method of Manufacturing Same,” U.S. Patent No. US4860072, August 1989.

Оригинал статьи

Перевел Александр Русу по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Транзисторные токи

Транзистор Токи

Мы знаю, что в транзисторах и диоды, электрический ток несут оба свободных электроны и дырки. Свободные электроны и дырки движутся в противоположных направлениях. За Например, если свободные электроны текут слева направо, то отверстия будут течь справа налево.

Однако, направление отверстий принимается таким же, как и направление электрический ток.

Когда Бенджамин Франклин начал проводить эксперименты с электричеством, как он считал что что-то движется по электрическим проводам. Он назвал эти движущиеся вещи как плата. В то время люди не знали о электроны и протоны.

Франклин предполагаемый что был только один вид заряда и этот заряд будет всегда текут из области с более высокой концентрацией (избыточный заряд носители) в область более низкой концентрации (меньше заряда перевозчики). Он назвал область более высокой концентрации положительный, а область более низких концентраций как отрицательный.

Итак по Франклину, заряд всегда течет от положительного к отрицательному. Мы знаем, что электрический ток означает поток обвинение. Таким образом, направление электрического тока от плюса к отрицательный.

Однако, после открытие электронов и протонов, ученые поняли что традиционное направление тока неверно. Электрический ток фактически переносится свободными электронами, которые текут от отрицательного к положительному. Таким образом, фактическое направление тока идет от отрицательного к положительному. Однако в честь Франклина открытие, мы все еще следуем его обычному текущее направление (то есть от положительного к отрицательному).

обычное направление тока транзисторов npn и pnp показано на рисунке ниже.

Обычный направление тока в транзисторе pnp

Учитывать п-н-п транзистор как показано на рисунке ниже. Переход эмиттер-база (p-n переход) или эмиттерный переход смещен в прямом направлении и переход база-коллектор (n-p переход) или коллекторный переход имеет обратное смещение.

ток эмиттера (I _E ) направление, которое представлено стрелкой показано, что ток эмиттера течет в транзистор. С другой стороны, базовый ток (I _B ) и ток коллектора (I _C ) текут наружу транзистор.

Обычный направление тока в транзисторе npn

Учитывать транзистор npn как показано на рисунке ниже. Переход эмиттер-база (n-p переход) смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор (p-n переход) имеет обратное смещение.

ток эмиттера I _E направление, которое представлено стрелкой показано, что ток эмиттера течет наружу транзистор. С другой стороны, ток базы I _B и ток коллектора I _C втекают в транзистор.

Транзистор токовые компоненты

различные составляющие тока в транзисторе pnp, которые текут через эмиттерный переход со смещением в прямом направлении J _Е и показан коллекторный переход с обратным смещением J _C на рисунке ниже.

ток эмиттера I _E состоит из тока дырки I _p E (отверстия основных носителей переходят из эмиттера в базу) и электронный ток I _n E (электроны основных носителей переход из базы в эмиттер).

Поэтому в полный ток эмиттера I _E представляет собой сумму токов дырок I _p E и электронный ток I _n E

I _E = I _p E + I _n E

отношение токов дырок к электронным, I _p E / I _n E, через эмиттерный переход пропорциональна отношению проводимость p-материала относительно n-материала. Мы знаем, что проводимость прямо пропорциональна уровень допинга. Чем больше уровень легирования, тем больше проводимость. аналогично, если уровень легирования меньше, проводимость меньше.

В коммерческий транзистор, легирование эмиттера выполнено намного больше, чем легирование основы. Следовательно, в пнп транзистор эмиттерный ток почти полностью состоит из отверстия.

отверстия, пересекающие эмиттерный переход J _E и достигающие коллекторный переход J _C представляет собой дырочный ток я _стр С в коллекторе.

Нет все отверстия, пересекающие эмиттерный переход J _E достигает коллекторного перехода J _C, , потому что некоторые из они объединяются с электронами в базе n-типа.

Мы знайте, что база очень тонкая и слегка легированная. Так что только небольшой количество дырок, объединенных с электронами в базе n-типа, составляющий базовый ток I _Р Э — И _Р С. Оставшееся большое количество отверстий пересекает базовую область и входит в область коллектора, образуя отверстие ток I _p C вх район коллектора.

Учтите, за момент, эмиттер с разомкнутой цепью, а коллектор переход остается смещенным в обратном направлении. Когда эмиттер открыт замкнут, ток эмиттера равен нулю I _Е = 0 и поэтому дырочный ток в коллекторе также равен нулю I _p C = 0.

В В таком состоянии переход коллектор-база J _C действует в качестве диода с обратным смещением, а ток коллектора I _C равен равен обратному току насыщения или обратному току насыщения ток коллектора I _CO .

Сейчас вернемся к ситуации, когда излучатель направлен вперед пристрастный.

Когда эмиттерный переход J _E смещен в прямом направлении и коллекторный переход J _C с обратным смещением, суммарный ток коллектора I _C будет суммой дырок ток в коллекторе I _p C и обратное насыщение ток коллектора I _CO .

I _С = I _p C + I _CO

 

терминология — Можно ли сказать «транзистор открыт/закрыт» и что это означает?

\$\начало группы\$

В литературе на другом языке, которую я читал, обычно можно найти текст, который переводится непосредственно на английский как «транзистор открыт» или «диод открыт». Это означает, что транзистор проводит заметный ток между коллектором и эмиттером, для диода это означает, что приложено прямое напряжение и через него протекает значительный ток. Точно так же «транзистор закрыт» означает, что между эмиттером и коллектором нет заметного тока, для диода это означает, что приложено обратное напряжение (нет заметного тока).

Недавно я получил некоторую критику по поводу этой терминологии, заявив, что «замкнутый» должен означать проводящий, а «открытый» должен означать отсутствие тока. Действительно, это справедливо для контакта выключателя или реле: в литературе, которую я читал, также используется противоположная терминология для этих устройств.

Однако и в английском языке можно сказать «дверь закрыта», «ворота закрыты», «мост закрыт» или «дорога закрыта». Это означает, что вы не можете пройти, а не наоборот.

Уместно ли говорить по-английски «транзистор закрыт» в случае, как на диаграмме ниже? Если это неправильная формулировка, следует ли использовать вместо нее эту формулировку?

^{имитация этой схемы – схема создана с использованием терминологии CircuitLab}

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Между контактами переключателя или реле имеется механический зазор.