Transistorbewertungen und -pakete (BJT)

Wie alle elektrischen und elektronischen Komponenten sind Transistoren in der Höhe von Spannung und Strom begrenzt, die jeder einzelne ohne Schaden verarbeiten kann. Da Transistoren komplexer sind als einige der anderen Komponenten, die Sie zu diesem Zeitpunkt gewohnt sind, haben diese in der Regel mehr Arten von Bewertungen. Was folgt, ist eine detaillierte Beschreibung einiger typischer Transistorwerte.

Verlustleistung

Wenn ein Transistor Strom zwischen Kollektor und Emitter leitet, fällt auch die Spannung zwischen diesen beiden Punkten ab. Die Verlustleistung eines Transistors ist zu jedem Zeitpunkt gleich dem Produkt aus Kollektorstrom und Kollektor-Emitter-Spannung. Genau wie Widerstände sind Transistoren dafür ausgelegt, wie viel Watt jeder sicher ableiten kann, ohne Schaden zu nehmen.

Hohe Temperaturen sind der Todfeind aller Halbleiterbauelemente, und Bipolartransistoren neigen dazu, anfälliger für thermische Schäden zu sein als die meisten anderen. Nennleistungen beziehen sich immer auf die Temperatur der Umgebungsluft. Wenn Transistoren in heißeren Umgebungen verwendet werden sollen>25 ^o , ihre Nennleistung muss herabgesetzt sein um eine verkürzte Lebensdauer zu vermeiden.

Sperrspannungen

Wie bei Dioden sind Bipolartransistoren für die maximal zulässige Sperrspannung an ihren PN-Übergängen ausgelegt. Dies beinhaltet Nennspannungen für den Emitter-Basis-Übergang V_EB , Kollektor-Basis-Übergang V_CB , und auch vom Kollektor zum Emitter V_CE .

V_EB , beträgt die maximale Sperrspannung vom Emitter zur Basis bei einigen Kleinsignaltransistoren ungefähr 7 V. Einige Schaltungsentwickler verwenden diskrete BJTs als 7-V-Zener-Dioden mit einem Reihenstrombegrenzungswiderstand. Transistoreingänge zu analogen integrierten Schaltungen haben auch einen V_EB Nennleistung, deren Überschreitung zu Schäden führt, ist keine Zenerierung der Eingänge zulässig.

Der Nennwert für die maximale Kollektor-Emitter-Spannung V_CE kann als die maximale Spannung angesehen werden, der es im Abschaltmodus (kein Basisstrom) standhalten kann. Diese Bewertung ist besonders wichtig, wenn ein Bipolartransistor als Schalter verwendet wird. Ein typischer Wert für einen Kleinsignaltransistor beträgt 60 bis 80 V. Bei Leistungstransistoren kann dieser Wert bis zu 1000 V betragen, zum Beispiel bei einem Horizontalablenktransistor in einer Kathodenstrahlröhrenanzeige.

Kollektorstrom

Der Maximalwert für den Kollektorstrom IC wird vom Hersteller in Ampere angegeben. Typische Werte für Kleinsignaltransistoren sind 10s bis 100s mA, 10s A für Leistungstransistoren. Beachten Sie, dass dieser Maximalwert einen gesättigten Zustand annimmt (minimaler Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter). Wenn der Transistor nicht ist gesättigt ist und eine erhebliche Spannung zwischen Kollektor und Emitter abfällt, wird die maximale Verlustleistung wahrscheinlich vor dem maximalen Kollektorstrom überschritten. Nur etwas, das Sie beim Entwerfen einer Transistorschaltung beachten sollten

Sättigungsspannungen

Idealerweise fungiert ein gesättigter Transistor als geschlossener Schaltkontakt zwischen Kollektor und Emitter, der bei vollem Kollektorstrom Nullspannung abfällt. In Wirklichkeit ist dies nie wahr. Hersteller geben den maximalen Spannungsabfall eines Transistors bei Sättigung sowohl zwischen Kollektor und Emitter als auch zwischen Basis und Emitter (Durchlassspannungsabfall dieses PN-Übergangs) an. Es wird allgemein erwartet, dass der Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter bei Sättigung 0,3 Volt oder weniger beträgt, aber dieser Wert hängt natürlich vom spezifischen Transistortyp ab. Niederspannungstransistoren, niedrige V_CE , zeigen niedrigere Sättigungsspannungen. Die Sättigungsspannung ist auch bei einem höheren Basistreiberstrom niedriger.

Basis-Emitter-Durchlassspannungsabfall, V_BE , ist ähnlich einer äquivalenten Diode, ≅0,7 V, was nicht überraschen sollte.

Beta

Das Verhältnis von Kollektorstrom zu Basisstrom, β ist der grundlegende Parameter, der die Verstärkungsfähigkeit eines Bipolartransistors charakterisiert . β wird in Schaltungsberechnungen normalerweise als konstanter Wert angenommen, aber leider ist dies in der Praxis bei weitem nicht der Fall. Daher bieten die Hersteller eine Reihe von β (oder „h_fe .) “) Zahlen für einen bestimmten Transistor über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen, normalerweise in Form von maximalen/minimalen/typischen Nennwerten. Es mag Sie überraschen, wie stark β innerhalb der normalen Betriebsgrenzen variieren kann. Ein beliebter Kleinsignaltransistor, der 2N3903, wird mit einem β im Bereich von 15 bis 150 beworben, abhängig von der Höhe des Kollektorstroms. Im Allgemeinen ist β bei mittleren Kollektorströmen am höchsten und nimmt bei sehr niedrigen und sehr hohen Kollektorströmen ab. h_fe eine Kleinsignal-AC-Verstärkung ist; hFE s große AC-Signalverstärkung oder DC-Verstärkung.

Alpha

Das Verhältnis von Kollektorstrom zu Emitterstrom, α=I_C /I_E . α kann von β abgeleitet werden, wobei α =β/(β + 1) ist. Bipolartransistoren gibt es in einer Vielzahl von physikalischen Gehäusen. Der Gehäusetyp hängt in erster Linie von der erforderlichen Verlustleistung des Transistors ab, ähnlich wie bei Widerständen:Je größer die maximale Verlustleistung, desto größer muss das Gerät sein, um kühl zu bleiben. Die folgende Abbildung zeigt mehrere standardisierte Gehäusetypen für Halbleiterbauelemente mit drei Anschlüssen, von denen jeder verwendet werden kann, um einen Bipolartransistor aufzunehmen. Es gibt viele andere Halbleitervorrichtungen außer Bipolartransistoren, die drei Verbindungspunkte haben. Beachten Sie, dass die Pinbelegung von Kunststofftransistoren innerhalb eines einzelnen Gehäusetyps variieren kann, z. TO-92 in Abbildung unten. Es ist unmöglich um ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen positiv zu identifizieren, ohne auf die darauf gedruckte Teilenummer Bezug zu nehmen oder es einer Reihe von elektrischen Tests zu unterziehen.

Transistorgehäuse, Abmessungen in mm.

Kleine Transistorgehäuse aus Kunststoff wie der TO-92 können einige hundert Milliwatt verbrauchen. Die Metalldosen TO-18 und TO-39 können mehr Leistung abgeben, mehrere hundert Milliwatt. Leistungstransistorgehäuse aus Kunststoff wie der TO-220 und der TO-247 verbrauchen weit über 100 Watt und nähern sich damit der Verlustleistung des Ganzmetall-TO-3. Die in der Abbildung oben aufgeführten Verlustleistungen sind die maximalen Werte, die der Autor jemals für Hochleistungsgeräte gefunden hat. Die meisten Leistungstransistoren haben eine Nennleistung von der Hälfte oder weniger als der angegebenen Wattzahl. Konsultieren Sie die spezifischen Gerätedatenblätter für die tatsächlichen Nennwerte. Der Halbleiterchip in den Kunststoffgehäusen TO-220 und TO-247 ist auf einem wärmeleitenden Metallstück montiert, das die Wärme von der Rückseite des Gehäuses auf einen Kühlkörper aus Metall überträgt , nicht gezeigt. Auf das Metall wird eine dünne Schicht wärmeleitfähiges Fett aufgetragen, bevor der Transistor auf dem Kühlkörper montiert wird. Da die TO-220- und TO-247-Slugs sowie das TO-3-Gehäuse mit dem Kollektor verbunden sind, ist es manchmal erforderlich, diese durch eine dazwischenliegende Glimmer- oder Polymerunterlegscheibe von einem geerdeten Kühlkörper elektrisch zu isolieren. Die Datenblattangaben der Leistungspakete gelten nur bei Montage auf einem Kühlkörper. Ohne Kühlkörper gibt ein TO-220 ungefähr 1 Watt sicher an freier Luft ab.

Datenblatt maximale Verlustleistungen sind in der Praxis schwer zu erreichen. Die maximale Verlustleistung basiert auf einem Kühlkörper, der das Transistorgehäuse auf nicht mehr als 25°C hält. Dies ist bei einem luftgekühlten Kühlkörper schwierig. Die zulässige Verlustleistung nimmt mit steigender Temperatur ab. Dies wird als Derating bezeichnet. Viele Datenblätter von Leistungsgeräten enthalten ein Diagramm der Verlustleistung gegenüber der Gehäusetemperatur.

RÜCKBLICK:

• Verlustleistung :Dauerhaft maximal zulässige Verlustleistung.
• Sperrspannungen :maximal zulässiger VCE, V_CB , V_EB .
• Kollektorstrom :der maximal zulässige Kollektorstrom.
• Sättigungsspannung ist die V_CE Spannungsabfall in einem gesättigten (vollleitenden) Transistor.
• Beta :β=I_C /I_B
• Alpha :α=I_C /I_E , α=β/(β+1)
• Transistor Pakete sind ein wesentlicher Faktor für die Verlustleistung. Größere Pakete führen mehr Energie ab.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER

• Arbeitsblatt zur Theorie des Bipolar-Junction-Transistors (BJT)