Transistorclassificaties en pakketten (BJT)

Zoals alle elektrische en elektronische componenten, zijn transistors beperkt in de hoeveelheid spanning en stroom die elk aankan zonder schade op te lopen. Omdat transistors complexer zijn dan sommige van de andere componenten die u op dit moment gewend bent, hebben deze meestal meer soorten beoordelingen. Wat volgt is een gedetailleerde beschrijving van enkele typische transistorclassificaties.

Verlies van vermogen

Wanneer een transistor stroom geleidt tussen collector en emitter, daalt ook de spanning tussen die twee punten. Op elk willekeurig moment is het door een transistor gedissipeerde vermogen gelijk aan het product van collectorstroom en collector-emitterspanning. Net als weerstanden hebben transistoren een vermogen van hoeveel watt elk veilig kan worden afgevoerd zonder schade op te lopen.

Hoge temperaturen zijn de doodsvijand van alle halfgeleiderapparaten, en bipolaire transistors zijn doorgaans gevoeliger voor thermische schade dan de meeste. Vermogenswaarden hebben altijd betrekking op de temperatuur van de omgevingslucht (omgevingslucht). Wanneer transistors moeten worden gebruikt in warmere omgevingen>25 ^o , hun vermogen moet worden afgesteld om een ​​kortere levensduur te voorkomen.

Omgekeerde spanningen

Net als bij diodes, zijn bipolaire transistoren geclassificeerd voor maximaal toegestane sperspanning over hun PN-overgangen. Dit omvat spanningswaarden voor de emitter-basisovergang V_EB , collector-basis knooppunt V_CB , en ook van collector naar emitter V_CE .

V_EB , is de maximale sperspanning van emitter naar basis ongeveer 7 V voor sommige transistors met een klein signaal. Sommige circuitontwerpers gebruiken discrete BJT's als 7 V Zenerdiodes met een seriestroombegrenzende weerstand. Transistoringangen naar analoge geïntegreerde schakelingen hebben ook een V_EB classificatie, die bij overschrijding schade zal veroorzaken, geen zenering van de ingangen is toegestaan.

De classificatie voor maximale collector-emitterspanning V_CE kan worden beschouwd als de maximale spanning die het kan weerstaan ​​​​in de cutoff-modus (geen basisstroom). Deze classificatie is met name van belang bij het gebruik van een bipolaire transistor als schakelaar. Een typische waarde voor een kleine signaaltransistor is 60 tot 80 V. In vermogenstransistors kan dit oplopen tot 1000 V, bijvoorbeeld voor een horizontale deflectietransistor in een kathodestraalbuisbeeldscherm.

Verzamelstroom

De maximale waarde voor de collectorstroom IC wordt door de fabrikant in ampère gegeven. Typische waarden voor kleine signaaltransistoren zijn 10s tot 100s mA, 10s van A voor vermogenstransistoren. Begrijp dat dit maximale cijfer een verzadigde toestand aanneemt (minimale collector-emitter-spanningsval). Als de transistor niet . is verzadigd is en de spanning tussen collector en emitter aanzienlijk daalt, zal de maximale vermogensdissipatie waarschijnlijk worden overschreden vóór de maximale nominale collectorstroom. Gewoon iets om in gedachten te houden bij het ontwerpen van een transistorschakeling

Verzadigingsspanningen

In het ideale geval fungeert een verzadigde transistor als een gesloten schakelcontact tussen collector en emitter, waardoor de nulspanning bij volledige collectorstroom daalt. In werkelijkheid is dit nooit waar. Fabrikanten zullen de maximale spanningsval van een transistor bij verzadiging specificeren, zowel tussen de collector en emitter als tussen basis en emitter (voorwaartse spanningsval van die PN-overgang). Over het algemeen wordt verwacht dat de collector-emitter-spanningsval bij verzadiging 0,3 volt of minder is, maar dit cijfer is natuurlijk afhankelijk van het specifieke type transistor. Laagspanningstransistors, lage V_CE , tonen lagere verzadigingsspanningen. De verzadigingsspanning is ook lager voor een hogere basisaandrijfstroom.

Voorwaartse spanningsval basis-emitter, V_BE , is vergelijkbaar met die van een equivalente diode, ≅0,7 V, wat geen verrassing zou moeten zijn.

Bèta

De verhouding van collectorstroom tot basisstroom, β is de fundamentele parameter die het versterkende vermogen van een bipolaire transistor kenmerkt . Meestal wordt aangenomen dat β een constant getal is in circuitberekeningen, maar helaas is dit in de praktijk verre van waar. Als zodanig bieden fabrikanten een set van β (of "h_fe ”) cijfers voor een bepaalde transistor over een breed scala aan bedrijfsomstandigheden, meestal in de vorm van maximale/minimale/typische waarden. Het zal u misschien verbazen om te zien hoe sterk β naar verwachting zal variëren binnen de normale bedrijfslimieten. Een populaire kleinsignaaltransistor, de 2N3903, wordt geadverteerd met een β variërend van 15 tot 150, afhankelijk van de hoeveelheid collectorstroom. Over het algemeen is β het hoogst voor middelgrote collectorstromen, afnemend voor zeer lage en zeer hoge collectorstromen. h_fe is een kleine signaal AC-versterking; hFE's grote AC-signaalversterking of DC-versterking.

Alfa

De verhouding van collectorstroom tot emitterstroom, α=I_C /I_E . α kan worden afgeleid van β, zijnde α=β/(β+1). Bipolaire transistors zijn er in een grote verscheidenheid aan fysieke pakketten. Het type pakket is voornamelijk afhankelijk van de vereiste vermogensdissipatie van de transistor, net als weerstanden:hoe groter de maximale vermogensdissipatie, hoe groter het apparaat moet zijn om koel te blijven. De onderstaande afbeelding toont verschillende gestandaardiseerde pakkettypen voor halfgeleiderapparaten met drie aansluitingen, waarvan elk kan worden gebruikt om een ​​bipolaire transistor te huisvesten. Er zijn veel andere halfgeleiderapparaten dan bipolaire transistoren die drie aansluitpunten hebben. Merk op dat de pin-outs van plastic transistors kunnen variëren binnen een enkel type pakket, b.v. TO-92 in onderstaande afbeelding. Het is onmogelijk om een ​​halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen positief te identificeren zonder te verwijzen naar het onderdeelnummer dat erop is afgedrukt, of het te onderwerpen aan een reeks elektrische tests.

Transistorpakketten, afmetingen in mm.

Kleine plastic transistorpakketten zoals de TO-92 kunnen een paar honderd milliwatt verdrijven. De metalen blikken, TO-18 en TO-39, kunnen meer vermogen dissiperen, enkele honderden milliwatt. Plastic vermogenstransistorpakketten zoals de TO-220 en TO-247 dissiperen meer dan 100 watt en benaderen de dissipatie van de volledig metalen TO-3. De dissipatieclassificaties die in de bovenstaande afbeelding worden vermeld, zijn de maximale die de auteur ooit is tegengekomen voor apparaten met een hoog vermogen. De meeste vermogenstransistoren hebben een vermogen van de helft of minder dan het vermelde wattage. Raadpleeg de datasheets van specifieke apparaten voor actuele beoordelingen. De halfgeleiderchip in de TO-220 en TO-247 plastic verpakkingen is gemonteerd op een warmtegeleidende metalen slug die warmte van de achterkant van de verpakking overdraagt ​​naar een metalen koellichaam , niet laten zien. Een dunne laag thermisch geleidend vet wordt op het metaal aangebracht voordat de transistor op het koellichaam wordt gemonteerd. Aangezien de TO-220 en TO-247 slugs en de TO-3 behuizing zijn aangesloten op de collector, is het soms nodig om deze elektrisch te isoleren van een geaard koellichaam door een tussenliggende mica- of polymeerring. De gegevensbladclassificaties voor de stroompakketten zijn alleen geldig wanneer ze op een koellichaam zijn gemonteerd. Zonder koellichaam dissipeert een TO-220 ongeveer 1 watt veilig in de vrije lucht.

Datasheet maximale vermogensdissipatie ratings zijn moeilijk te bereiken in de praktijk. De maximale vermogensdissipatie is gebaseerd op een koellichaam dat de behuizing van de transistor op niet meer dan 25°C houdt. Dit is lastig met een luchtgekoelde heatsink. De toelaatbare vermogensdissipatie neemt af met toenemende temperatuur. Dit staat bekend als derating. Veel datasheets van vermogensapparaten bevatten een grafiek van de dissipatie versus de temperatuur van de behuizing.

BEOORDELING:

• Verlies van vermogen :maximaal toelaatbare vermogensdissipatie op duurzame basis.
• Omgekeerde spanningen :maximaal toegestane VCE, V_CB , V_EB .
• Verzamelstroom :de maximaal toegestane collectorstroom.
• Verzadigingsspanning is de V_CE spanningsval in een verzadigde (volledig geleidende) transistor.
• Bèta :β=I_C /I_B
• Alfa :α=I_C /I_E , α=β/(β+1)
• Transistor Pakketten zijn een belangrijke factor in de vermogensdissipatie. Grotere pakketten verdrijven meer vermogen.

GERELATEERDE WERKBLAD

• Bipolaire Junction Transistor (BJT) theorie werkblad