Параметры транзисторов — подробный анализ функций полупроводника

Транзистор — это электронное устройство, выполняющее функции полупроводника и имеющее не менее двух p-n переходов и не менее трёх выводов. Его основное предназначение — генерировать и преобразовывать электрические колебания.

Параметры транзисторов как основа для классификации

В основном транзисторы классифицируются по:

1. Мощностным показаниям:

• Имеющие малую мощность;
• Имеющие среднюю мощность;
• Имеющие большую мощность.

2. Частотным показаниям:

• Имеющие низкую частоту;
• Имеющие среднюю частоту;
• Имеющие высокую частоту;
• Имеющие сверхвысокую частоту.

3. Использованному при изготовлении полупроводнику:

• Германиевые;
• Кремниевые.

Кроме выше обозначенных общих, существуют параметры транзисторов зависящие от того, к какому из двух основных типов относится отдельно взятая модель: полевому или биполярному. Приведённые разновидности отличаются тем, что в одной из них (биполярной) за транспортировку заряда отвечают как электроны, так и дырки, а в другой (полевой) — либо одно, либо другое. Данные параметры транзисторов определяют и сферу применения того или иного устройства. Цифровая техника в основном держится на применении полевых моделей, а аналоговая — биполярных.

Биполярный транзистор. Устройство и параметры.

Конструкция биполярного транзистора включает в себя:

• Эммитер;
• Базу;
• Коллектор.

Согласно типу электронной проводимости каждой из этих трёх составляющих образуется два подкласса биполярных транзисторов:

• n-p-n
• p-n-p

При этом основные рабочие параметры транзисторов этих подклассов отличаться не будут.

Прежде чем приступать к рассмотрению характеристик биполярных моделей, необходимо уточнить некоторые особенности их устройства. Ввиду того, что размер эммитер-базы и коллектор-базы не совпадают, менять их позиции просто перенастроив полярность подключений, не выйдет. Это позволяет отнести биполярный транзистор к числу асимметричных приборов. Работает он по вентильному принципу, когда управляющий ток малой силы на ЭБ (канал эммитер-база) влияет на течение тока большой силы на ЭК (канал эммитер-коллектор), и слабые изменения в показаниях первого вызывают значимые изменения в показаниях второго. Если рассматривать параметры транзисторов данного типа, то выявится ряд значимых показателей:

1. Сила коллекторного тока (Iко) при отсутствии сбоев и поломок превышает базовую силу тока (Iбаз) в определённое число раз. Это число не случайно. Оно является показательным параметром, носит название коэффициента усиления по току и кодируется как h21. Выяснить значение данного параметра возможно, если во время работы транзистора нагрузка на коллектор будет отсутствовать, а напряжение по направлению КЭ будет постоянным. В таких условиях отношение Iко/Iбаз даст нужный показатель. Он может составлять десятки или сотни единиц. Однако, это в теории. На практике закономерное уменьшение Iко снижает значение коэффициента.
2. Адекватно оценить параметры транзисторов без показаний по входному сопротивлению невозможно. Вычислить его достаточно просто — это результат отношения Uб.э. (напряжение по каналу база-эммитер) к Iбаз (значение базового управляющего тока). Значение выходного сопротивления обратно пропорционально Iбаз и прямо пропорциональна h21.
3. Следующий значимый параметр — коэффициент усиления по напряжению. Он вычисляется через отношение амплитудного, либо действующего показателя выходного напряжения и аналогичного входного (по каналу база-эммитер). Ввиду большой разницы U входного и выходного, значение коэффициента может равняться десяткам тысяч. Регулируя работу транзистора, необходимо помнить, что управляющие базовые сигналы различаются между собой по данному параметру.
4. Частотная характеристика. Она демонстрирует возможности транзистора к усилению сигнала, имеющего частоту близкую к граничной. Данный параметр важен потому, что с ростом входной частотности значение коэффициента усиления, напротив, падает. Это спровоцировано физической неспособностью транзистора к своевременному реагированию на перемену силы входящего сигнала и, соответственно, невозможностью его усилить. Подобная картина как раз соответствует достижению граничной частоты.

Кроме того, параметры транзисторов данного типа учитывают показания:

• Обратного тока по каналу коллектор — эмиттер;
• Времени включения;
• Максимально допустимого значения I.

Полевой транзистор. Устройство и параметры.

Схема такого транзистора, аналогично биполярному, подразумевает наличие трёх электродов:

• Исток;
• Затвор;
• Сток.

Транзистор данного типа примечателен тем, что:

1. Сила тока входного электрода (затвора) весьма невелика. Это сказывается на возникновении высокого входного сопротивления для каждого каскада, что способствует устранению взаимовлияния схемных каскадов друг на друга.
2. Имеющаяся «шумность» такого транзистора весьма низка. Это даёт возможность применять данные устройства в конструкциях усилителей звуковых частот высокого класса для первого каскада.

Чтобы полноценно использовать все имеющиеся возможности, необходимо знать основные параметры транзисторов полевого типа:

1. Напряжение отсечки (Uотс).

Относится к числу наиболее значимых характеристик полевого транзистора. Если напряжение затвора уравнивается с напряжением отсечки, то это приводит к перекрытию канала полевого транзистора, а значит Iст (ток стока) в конце концов сравняется с нулевым значением.

Узнать точное значение Uотс — достаточно трудная задача, поскольку сила задействованных токов (Iст) весьма мала и изменяется под действием изоляционного сопротивления. Если описываются параметры транзисторов полевого типа, то обязательно обозначаются показания Iст, при которых производились замеры Uотс.

2. Крутизна проходной характеристики (S).

Ввиду незначительности Iвх, управление Iвых регулируется при помощи входного напряжения. Именно поэтому определение параметров транзисторов полевого типа как усилителей через крутизну проходной характеристики весьма актуально. Максимальная крутизна (Smax.) возможна при Uз.и. достигшем нулевого значения. Обычно S полевого транзистора на пару порядков ниже, чем у биполярного.

Крутизна характеристики относится к числу частотно- независимых параметров. Это говорит о том, что на скорость действия электронной схемы, включающей в себя полевые транзисторы, ограничивают лишь паразитирующие схемные параметры транзисторов.

3. Пробивное напряжение.

Пробой обычно обусловлен лавинными процессами на отрезке схемы затвор-канал. Зона пробоя расположена ближе к стоковому концу. Если объём рассеиваемой мощности не превосходит допустимого, то, при нормализации рабочего режима, полноценная эксплуатация транзистора вновь становится возможной.

4. Взаимозависимость между сопротивлением канала и значением сопротивления на затворе.

Показания по сопротивлению для канала полевого транзистора (rk0) выявляются при напряжении по каналу затвор-исток имеющем нулевое значение. При повышении уровня обратного напряжения затвора, происходит нелинейное увеличение уровня сопротивления канала. Чтобы приблизительно рассчитать rk0, необходимо вычислить отношение единицы к Smax.

Помимо этого принимаются во внимание следующие параметры транзисторов данного типа:

• Значение максимального тока стока (Iст.max.);
• Показания по напряжению по каналам: затвор-сток, сток-исток и затвор-исток;
• Объём ёмкости: входной, проходной и выходной.

Параметры транзисторов и их связь с системой обозначений

Согласно классической (отчасти устаревшей) системе обозначений, кодировка транзистора включает в себя букву «П» и числовой компонент.

[google_font font=»Open Sans» size=»25″ weight=»400″ italic=»0″ letter_spacing=»» color=»#626262″ subset=»»]Кодировка позволяет выявить на какой каскад радиоэлектронного прибора рассчитана та или иная модель транзистора. В тех случаях, когда вместо одной «П» написано «МП», можно судить о том, что корпус элемента выполнен методом холодной сварки.[/google_font]

Что касается чисел, то они шифрую следующую информацию:

• Для низкочастотных транзисторов (до 5 МГц):
  • 1 — 100 — использован германий, мощность не превышает 0,25 ватт;
  • 101 — 200 — использован кремний, мощность не превышает 0,25 ватт;
  • 201 — 300 — использован германий, мощность больше 0,25 ватт;
  • 301 — 400 — использован кремний, мощность больше 0,25 ватт.
• Для высокочастотных транзисторов (более 5МГц):
  • 401 — 500 — использован германий, мощность не превышает 0,25 ватт;
  • 501- 600 — использован кремний, мощность не превышает 0,25 ватт;
  • 601 — 700 — использован германий, мощность больше 0,25 ватт;
  • 701 — 800 — использован кремний, мощность больше 0,25 ватт.

Обновлённая система кодировки включает в себя 5 частей и позволяет более полно отображать параметры транзисторов:

1-я часть кодирует полупроводниковый материал, использованный при изготовлении транзисторов, и схема шифрования здесь аналогична диодной;

2-я часть отвечает за обозначение типа транзистора: биполярный (Т) или полевой (П);

3-я часть — это число, демонстрирующее функциональность транзистора в отношении частотных свойств и значения допускаемого объёма рассеивания мощности;

4-я часть — это число двузначного формата до 99, демонстрирующее порядковый номер модели в ряду аналогичных разработок;

5-я часть — одна из литер алфавита, позволяет определить технологическую группу элемента.