5_Биполярные транзисторы. Характеристики АТСб-23-1

Динамические характеристики биполярного транзистора

    Динамические характеристики транзистора по-разному описывают его поведение в линейном или ключевом режимах. Для ключевых режимов очень важным является время переключения транзистора из одного состояния в другое. В то же время для усилительного режима транзистора более важными являются его свойства, которые показывают возможность транзистора усиливать сигналы различных частот.

    Процессы включения и выключения транзисторного ключа показаны на рисунке. При включении транзистора рисунок а в его базу подается прямоугольный импульс тока с крутым фронтом. Ток коллектора достигает установившегося значения не сразу после подачи тока в базу. Имеется некоторое время задержки t_ЗАД, спустя которое появляется ток в коллекторе. Затем ток в коллекторе плавно нарастает и после времени t_НАР достигает установившегося значения I_К.ВКЛ, таким образом

t_ВКЛ = t_ЗАД + t_НАР

   где t_ВКЛ – время включения транзистора.

    При выключении транзистора на его базу подается обратное напряжение, в результате чего ток базы меняет свое направление и становится равным I_Б.ВЫК. Пока происходит рассасывание неосновных носителей заряда в базе, этот ток не меняет своего значения. Это время называется временем рассасывания t_РАС. После окончания процесса рассасывания происходит спад тока базы, который продолжается в течение времени t_СП. Таким образом, время выключения транзистора равно

t_ВЫК = t_РАС + t_СП

    Следует особо отметить, что при выключении транзистора, несмотря на изменение направления тока базы, транзистор в течение времени t_РАС остается включенным и коллекторный ток не меняет своего значения. Спад тока коллектора начинается одновременно со спадом тока базы и заканчиваются они практически одновременно.

    Время рассасывания сильно зависит от степени насыщения транзистора перед его выключением. Минимальное время выключения получается при граничном режиме насыщения. Для ускорения процесса рассасывания в базу пропускают обратный ток, который зависит от обратного напряжения на базе. Однако прикладывать к базе большое обратное напряжение нельзя, так как может произойти пробой перехода база-эмиттер. Максимальное обратное напряжение на базе обычно не превышает 5...7В.

     Если к базе транзистора в процессе запирания не прикладывается обратное напряжение (например, база замыкается на эмиттер), то такое запирание транзистора называется пассивным. При пассивном запирании время рассасывания значительно увеличивается, а обратный ток базы уменьшается. Форма тока коллектора при подаче в базу прямоугольного импульса тока показана на рисунке. Из этого рисунка видно, что форма импульса тока коллектора не только изменяется за счет растягивания длительности фронтов, но и сам импульс увеличивается по длительности на время t_РАС. В справочных данных обычно приводят времена включения, спада и рассасывания. Для наиболее быстрых транзисторов время рассасывания имеет значение 0,1 ...0,5 мкс, однако для многих силовых транзисторов оно достигает 10 мкс.

   Динамические свойства транзистора в усилительном режиме принято характеризовать не временем включения или выключения, а его частотными характеристиками. Имеется много различных моделей транзисторов, работающих на высоких частотах, однако наиболее распространенными являются модели, основанные на схеме замещения Джиаколетто и аппроксимации зависимости коэффициента передачи тока базы (или эмиттера) на высокой частоте.

Предельные режимы работы  транзисторов

     Параметры предельных режимов. Предельно допустимые режимы работы транзисторов определяются максимально допустимыми напряжениями и токами, максимальной рассеиваемой мощностью и допустимой температурой корпуса прибора. Основными причинами, вызывающими выход транзистора из строя или нарушение нормальной работы схемы в результате изменения основных параметров транзисторов, могут быть: слишком высокое обратное напряжение на одном из переходов и перегрев прибора при увеличении тока через переходы.

В справочных данных на транзисторы обычно оговариваются предельные эксплуатационные параметры:

– максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер U_{КЭ.МАКС} или сток-исток U_{СИ.МАКС};

– максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер U_{КЭ.И.МАКС} или сток-исток U_{СИ.И.МАКС};

– постоянный или импульсный токи коллектора I_К.МАКС и I_{К.И.МАКС} и такие же значения тока стока полевых транзисторов;

– постоянный или импульсный токи базы I_Б.МАКС и I_{Б.И.МАКС};

– постоянное или импульсное напряжение на затворе U_З.МАКС и U_{З.И.МАКС};

– постоянная или импульсная рассеиваемая мощность коллектора Р_К.МАКС или Р_{К.И.МАКС}, или аналогичные мощности, рассеиваемые стоками Р_С.МАКС и Р_{С.И.МАКС};

– предельная температура перехода Т_П.МАКС или корпуса прибора Т_К.МАКС.

Все перечисленные параметры предельных режимов обусловлены развитием одно из видов пробоя: по напряжению – лавинного, по току – токового или теплового, по мощности – вызванного достижением максимальной температуры перехода.

Виды пробоев. Механизмы развития пробоев в транзисторах могут быть различными, однако независимо от этого все виды пробоев можно условно разделить первичные и вторичные. Первичные пробои транзистора отличаются тем, что они являются обратимыми. Если транзистор попадает в режим первичного пробоя, то его нормальная работа нарушается, однако при выходе из режима пробоя его работоспособность восстанавливается. Любой вторичный пробой необратим, так как после него происходит деградация транзистора, обусловленная порчей переходов. Основными видами первичных пробоев являются: лавинный, тепловой и токовый.

Лавинный пробой иногда называют электрическим, так как он возникает при высоком значении напряжения обратно смещенного перехода. Коэффициент лавинного размножения носителей можно приблизительно оценить по формуле

где U_ОБР – приложенное к переходу обратное напряжение;

U_ПРОБ – напряжение лавинного пробоя. Когда U_ОБР ® U_ПРОБ коэффициент лавинного размножения неограниченно возрастает 

Пробой в транзисторе имеет некоторые особенности, связанные с взаимным влиянием эмиттерного и коллекторного переходов. Пробивное напряжение коллектор-эмиттер всегда меньше пробивного напряжения коллекторного перехода. Это объясняется влиянием эмиттерного перехода на коллекторный. Ток коллектора транзистора с учетом коэффициента лавинного размножения носителей определяется формулой