НОВАЯ ВЕРСИЯ САЙТА

Всем транзисторам, разработанным до 1964 года, присвоены условные обозначения по стандарту, установленному в 1959 году. Согласно этому стандарту условное обозначение транзисторов может состоять из трех элементов: первый — буквенный (П — плоскостной транзистор): второй — цифровой, указывающий на материал прибора (германий или кремний) и обычное применение или назначение транзистора. Основная классификация ведется по максимальной допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе Р

Например, условное обозначение П13 расшифровывается: «транзистор низкочастотный, германиевый, малой мощности, типа 13».

В настоящее время эта система классификации транзисторов устарела и не соответствует возросшему количеству и разнообразию приборов. В связи с этим с 1964 года была введена новая система классификации и условных обозначений на полупроводниковые приборы, в том числе и на транзисторы. Согласно новому стандарту основная классификация ведется по исходному материалу, рассеиваемой прибором мощности и частотным свойствам.

В зависимости от этого транзисторы могут называться германиевыми или кремниевыми, малой, средней или большой мощности; транзисторами низкой, средней или высокой частоты. Энергетической характеристикой транзистора является мощность, рассеиваемая на коллекторе Р_к.доп,

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Наличие значительного количества типов и подтипов транзисторов связано с большим разнообразием технологических средств и приемов, а также исходных материалов, используемых при изготовлении транзисторов. Производство транзисторов — очень сложный и трудоемкий процесс, требующий высокой точности, чистоты и жесткого соблюдения технологических режимов. Выполнение всех этих требований связано с большими техническими трудностями, чем и объясняется имеющийся большой разброс параметров выпускаемых транзисторов. В связи с этим обычно указываются средние либо минимальные значения параметров, гарантированные для данного типа транзисторов. Наибольший разброс наблюдается у коэффициента усиления по току бета в схеме с общим эмиттером, обратного тока коллектора /_к0

Большой разброс параметров транзисторов делает весьма условными границы между типами транзисторов, что позволяет в ряде случаев без особых затруднений заменять одни транзисторы другими. При такой замене в первую очередь обращается внимание на параметры в режиме, при котором транзистор будет работать в данной схеме Фк, /к, Рк). Исходя из этих сведений подбираются типы транзисторов, обладающие некоторым запасом по указанным параметрам и необходимыми частотными и усилительными свойствами (fa или fmakс и beta). Предпочтение при этом отдается более дешевым и доступным транзисторам.

Например, имеется описание схемы усилителя низкой частоты на двух транзисторах типа МП41. Постоянное напряжение источника питания составляет 9 в, постоянный ток коллектора каждого транзистора не превышает 1—2 ма, а сама схема допускает применение транзисторов с beta = 20—40.

Из приведенных в приложении справочных таблиц видно, что в данном случае возможно применение транзисторов типа МП40, МП42А, МП42Б, а также некоторых образцов транзисторов МП39 и МП39Б.

Другой пример. В приемнике прямого усиления, рассчитанном для работы в диапазоне средних волн (СВ), где максимальная частота сигнала 1,6Мгц, рекомендуется применение транзисторов типа ГТ313А, приобрести которые по тем или иным причинам не удалось. Учитывая сказанное ранее о том, что для устранения влияния зависимости усилительных свойств транзисторов от частоты сигнала необходимо применять транзисторы, у которых граничная частота усиления fm по крайней мере в 20—30 раз выше максимальной частоты усиливаемого сигнала, делаем вывод, что возможно использование транзисторов с граничной частотой от 50 Мгц и выше. Как видно из таблицы 5, этому условию удовлетворяют практически все высокочастотные транзисторы, кроме П401 и КТ301, КТ301А. Поскольку ГТ313А — германиевый р-п-р транзистор, то, для того чтобы не вносить в схему устройства каких-либо дополнительных изменений, следует применить такой же проводимости германиевый транзистор, например, П402 или П403. Если же германиевый транзистор заменяется кремниевым, хотя бы и той же проводимости, то в большинстве случаев требуется проведение дополнительных изменений в схеме смещения вследствие большого различия в характере зависимости тока коллектора от напряжения смещения.

К сожалению, дать какой-либо конкретный рецепт замены транзисторов на все случаи жизни нельзя из-за чрезмерно большого числа типов выпускаемых транзисторов, а также вследствие огромного множества различных вариантов схем. Можно только рекомендовать стремиться производить замену транзисторов внутри группы наиболее близких по своему устройству и параметрам транзисторов. При этом допускается замена с улучшением или ухудшением параметров транзисторов. Лучше всего, когда заменяющий транзистор не уступает заменяемому ни по одному из предельно

Особо следует сказать о замене транзисторов, выпуск и продажа которых давно прекращены, но упоминание на страницах радиолюбительской литературы еще иногда встречается. Кроме того, в употреблении находится большое количество бытовой радиоэлектронной аппаратуры, где применяются транзисторы старых выпусков, что создает определенные трудности при ремонте. Например, согласно табл. транзистор П15 заменяется через МП41, П105 — МП 115, П420 —П401 и т. д. При такой замене каких-либо дополнительных изменений в схемах не требуется.

Нужно отметить, что труднее всего находить замену транзисторов начинающим радиолюбителям, которые еще не накопили достаточного опыта обращения с параметрами транзисторов, чтобы свободно сравнить их между собой, находя лучшие и худшие варианты для взаимной замены транзисторов.

Граничная частота f_{m определяет частоту, где гарантируется усиление потоку не менее единицы, а f2 — характеризует максимальную частоту, выше которой наблюдается резкое возрастание внутренних шумов транзистора. Наилучшими шумовыми характеристиками обладают транзисторы ГТ322А—ГТ322Е, у которых коэффициент шума не превосходит 4 дб. Распространенные в любительской практике транзисторы типа П401 — П403, имеют значительно худшие свойства. Из низкочастотных транзисторов в лучшую сторону отличаются транзисторы типа П27А и П27. Эти транзисторы применяются, как правило, в промышленной аппаратуре. Конструктивно они оформлены точно так же, как МП35— МП42, но отличаются от них значительно меньшим шумом. Для сравнения можно указать, что наименее «шумящим» из доступных любителям транзисторов является МП39Б, у которого коэффициент шума не более 12 дб, тогда как у остальных транзисторов типов МП39—МП42 он может составлять до 24 дб. По этой причине в первых каскадах усиления низкой частоты всегда желательно применение малошу-мящих транзисторов типа МП39Б, а еще лучше- П27А и П28.}

Можно, конечно, производить разбраковку транзисторов по величине интересующих параметров и выбирать наилучшие из них. Иногда это бывает полезным или необходимым. Но ввиду влияния на транзисторы различных внешних факторов и процесса естественного старения транзисторов, при конструировании аппаратуры целесообразно ориентироваться на средние, а еще лучше — на минимальные значения параметра.

Форум на сайте

на главную

пишите пожалуйста на

[email protected]

Важные параметры транзистора для выбора правильного транзистора для вашего приложения

Транзистор — это трехконтактное полупроводниковое устройство, которое используется в качестве усилителя или переключателя в электронных схемах. Из этих трех выводов входное напряжение или ток подается на одну пару выводов транзистора, а контролируемое выходное напряжение / ток может быть получено через другую пару выводов.

Существуют тысячи различных типов транзисторов, и каждый транзистор имеет разные параметры.Транзисторы сложнее, чем резисторы и конденсаторы, потому что вы можете выбрать резистор или конденсатор в соответствии с требуемым сопротивлением или значением емкости, но при выборе транзистора вы должны искать многие параметры транзистора . Поэтому выбрать подходящий транзистор для вашей схемы — непростая задача.

Ниже приведены некоторые важные параметры, которые следует учитывать при выборе транзистора.

Типовой номер транзистора — это уникальный номер, присвоенный каждому транзистору.Используя номер типа транзистора, мы можем искать его характеристики и особенности. Существует три основных системы нумерации: JIS, Pro Electron и JEDEC . JIS используется японским промышленным стандартом, Pro Electron — европейским стандартом, а JEDEC — американским стандартом. Если вы создаете схему из Интернета, то ее можно выбрать напрямую, используя типовое количество транзисторов, используемых в исходной схеме.

В любой схеме коэффициент усиления транзистора по току является важным параметром.Коэффициент усиления по току обычно обозначается как β или h _fe . Ток — это отношение тока базы к току коллектора и мера усилительной способности транзистора. Если вы хотите использовать транзистор в качестве усилителя, выберите транзистор с более высоким коэффициентом усиления по току.

В _CEO — это максимальное напряжение, с которым может работать переход коллектор-эмиттер транзистора.Для большинства транзисторов напряжение V _CEO обычно составляет 30 В или более и измеряется при разомкнутой цепи базы. Подача напряжения выше V _CEO может повредить транзистор. Поэтому перед использованием транзистора проверьте максимальное значение V _CEO по даташиту.

В _EBO — максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу эмиттер-база. Напряжение выше V _EBO может повредить или разрушить ваш транзистор.V _EBO относительно меньше, чем V _CEO . Максимальное напряжение V _EBO обычно составляет 6 В или более для большинства транзисторов и измеряется при разомкнутой цепи коллектора.

В _CBO — это максимальное напряжение, которое может быть приложено к переходу коллектор-база, и оно измеряется при разомкнутой цепи эмиттера. V _CBO обычно составляет 50 В и более.V _CBO относительно выше, чем V _CEO , потому что напряжение между коллектором и базой часто выше, чем напряжение между коллектором и эмиттером.

Коллекторный ток — это максимальный ток, который может протекать через коллектор. Обычно он измеряется в миллиамперах, но для мощных транзисторов он определяется в амперах. Ток коллектора не должен превышать максимальное значение, иначе можно повредить транзистор.Вы можете использовать резистор для ограничения тока коллектора.

Это полная мощность, рассеиваемая транзистором. Рассеиваемая мощность меняется от транзистора к транзистору. Для небольших транзисторов номинальная мощность составляет порядка нескольких сотен милливатт, но для мощных транзисторов она определяется в ваттах. Рассеиваемая мощность на устройстве может быть рассчитана путем умножения тока коллектора на напряжение на самом устройстве.

Итак, вот некоторые основные параметры для выбора подходящего транзистора для вашего приложения. Если вы используете печатную плату, вам также следует проверить тип корпуса транзистора.

Выбор транзисторов — EDN

В 1964 году, когда я начал работать в электронной промышленности, один кремниевый транзистор стоил более 1 фунта стерлингов (2,80 доллара в то время или около 22 долларов в ценах 2014 года). Эти дешевые были не очень хороши, а более производительные стоили намного дороже. Выбор подходящего устройства был важен как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стоимости.Сегодня транзистор на микросхеме может стоить менее одной миллиардной копейки, а дискретные транзисторы, которые мы обсуждаем в этой статье, имеют отличную производительность и вряд ли будут стоить больше нескольких пенни каждый при покупке в большом количестве. Но существуют десятки тысяч, возможно, сотни тысяч различных типов дискретных транзисторов, и почти всегда в системе есть несколько мест, где дискретный транзистор необходим. Что мы выбираем и почему?

Один из распространенных вопросов, которые мы задаем в отделе приложений: «В примечании к применению для XXXX требуется транзистор 3N14159 — где я могу его получить?» Исследования показывают, что 3N14159 был устаревшим в течение многих лет — или его можно получить (при минимальном заказе в 1 000 000 штук) со сроком выполнения 21 месяц на заводе в Тимбукту.Правильный вопрос — не «Где?» но что?» — другими словами, «Какие еще устройства, которые легко достать, будут работать в этом приложении?»

Несколько лет назад я написал статью о том, как использовать операционный усилитель в качестве компаратора [1]. Я указал, что правильный совет — «Не надо!» и потратил остаток статьи на обсуждение того, как избежать неприятностей, проигнорировав правильный совет. Эта статья похожа — она ​​пытается ответить на вышеперечисленные вопросы, показывая, что для многих приложений нет необходимости выбирать конкретный транзистор — мы должны просто использовать первый разумно подходящий транзистор, который попадется под руку.Конечно, есть некоторые вопросы, которые необходимо учитывать — так как же нам сделать правильный выбор транзистора, не тратя время на ненужные детали? Мы не будем обсуждать физику транзисторов. Horowitz & Hill [2] или Википедия [3] дадут вам хорошее резюме основ, и есть бесчисленное множество других книг и статей как по основным принципам, так и по подробным исследованиям конкретных вопросов. Но нам действительно нужно знать, что они делают, и может быть полезно узнать немного о том, почему они ведут себя именно так, поэтому мы немного поговорим о транзисторных структурах.

Транзисторы

Транзистор — это твердотельное трехполюсное усилительное устройство. Для входных и выходных сигналов имеется общая клемма, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой.

Рисунок 1 Основная функция транзистора

Существует два основных типа транзисторов — транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы, известные соответственно как BJT и FET.

Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — при использовании его выходной вывод положительный или отрицательный по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал. Это критически важно, но настолько очевидно, что дальнейшего обсуждения этой темы не требуется. В остальной части статьи, за исключением случаев, когда конкретно рассматривается этот вопрос, мы будем использовать положительные случаи (NPN & N-канал) для всех наших примеров.

Хотя полевые транзисторы были продемонстрированы и запатентованы почти на двадцать лет раньше, чем биполярные транзисторы [4], первые практические транзисторы были биполярными [5]. Транзистор NPN состоит из тонкой базы полупроводника P-типа, зажатой между двумя областями N-типа, эмиттером и коллектором. Если ток течет от базы к эмиттеру и на коллекторе присутствует положительное смещение, в коллекторе протекает больший ток, пропорциональный току базы.

Из Рисунок 2 мы видим, что BJT — это усилитель тока — выходной ток в β раз больше входного тока, а β может незначительно изменяться в зависимости от тока базы, так что усилитель не является полностью линейным.(Β или h _fe — это коэффициент усиления по току транзистора.) Входное сопротивление не является ни низким, ни линейным, поэтому мы также можем рассматривать BJT как I _из / V _в (крутизна) усилитель с кремниевым диодом в качестве входного устройства. Понятно, что чем больше значение β, тем лучше усилитель тока. Для большинства приложений достаточно минимального значения 80–100, но нередки значения, превышающие несколько сотен. (Возможны «супер-бета» транзисторы с β до нескольких тысяч, но они имеют очень узкую базовую область и низкие напряжения пробоя и настолько хрупки, что используются редко, за исключением аналоговых интегральных схем.)

Существует два типа полевых транзисторов: полевые транзисторы с переходом (JFET) и металлооксидно-кремниевые полевые транзисторы (MOSFET), и оба имеют любую полярность (N-канал для положительного источника питания, P-канал для отрицательного). Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (но их входная емкость может быть довольно большой — десятки или даже сотни пФ) и, следовательно, являются устройствами крутизны (I _из / V _в ).

Сегодня MOSFET — более распространенное устройство. Версия с N-каналом состоит из полоски кремния P-типа с двумя диффузорами N-типа.Поверх полоски между диффузорами находится очень тонкий слой диоксида кремния (или другого изолятора), покрытый проводящей пленкой (обычно из алюминия или поликристаллического кремния). Положительный потенциал на этом проводящем затворе приводит к тому, что материал P-типа непосредственно под изолятором становится N-типом, соединяя диффузию стока и истока и позволяя току течь. Сила тока зависит от приложенного напряжения, поэтому устройство работает как усилитель, а также как переключатель.

Рисунок 3 MOSFET в режиме расширения с N-каналом

Обычно полевые МОП-транзисторы относятся к этому типу — выключены при несмещении и включены напряжением смещения.Такие устройства известны как устройства расширенного режима. Однако можно сделать полевые транзисторы, которые включаются без смещения и выключаются отрицательным (положительным для P-канала) напряжением. Все JFET (переходные полевые транзисторы) относятся к этому типу, но есть и некоторые MOSFET в режиме истощения.

МОП-транзистор в режиме обеднения имеет неглубокую диффузию под оксидом затвора, соединяя сток и исток и позволяя току течь без смещения затвора. Когда затвор смещен отрицательно (для N-канала), эта диффузия ограничивается результирующим электрическим полем, и устройство перестает проводить.

Рисунок 4 MOSFET с N-канальным режимом истощения

N-канальный JFET состоит из полоски кремния N-типа с соединениями (сток и исток) на каждом конце и диффузией затвора P-типа между ними. Без смещения на затворе ток может течь в канале N-типа ниже диффузионного. Когда затвор смещен отрицательно, зона истощения расширяется, заполняя канал, и ток стока прекращается.

Рисунок 5 N-канальный режим истощения JFET

Выбор транзисторов

Для большинства транзисторных приложений общего назначения нам нужны непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор).Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения. В оставшейся части этой статьи не будут рассматриваться полевые транзисторы в режиме истощения — хотя они являются ценными компонентами в ряде приложений, они настолько менее распространены, чем BJT и устройства режима улучшения, что отдельный раздел для них на самом деле не нужен, особенно когда большинство из них Вопросы, которые мы обсудим, являются общими для всех транзисторов любого типа.

Значит нам нужен транзистор. Мы знаем, является ли его питание положительным или отрицательным, и поэтому, нужно ли нам устройство с каналом NPN / N или с каналом PNP / P.Но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят дорого и занимают дорогую площадь на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям (ESD) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы с емкостной нагрузкой в ​​более высокочастотных цепях).Когда-то пороговое напряжение затвора (значение V _gs , при котором MOSFET начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств сравнимы с базовое напряжение включения 0,7 В кремниевого биполярного транзистора. Так что, где нам нужен усилитель или логический переключатель, нам, вероятно, все равно.

Но вход BJT — кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при избыточном возбуждении действует как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому в некоторых схемах мы должны иметь BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor [6] публиковал схемы, созданные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»). Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям: —

Подходят самые дешевые кремниевые малосигнальные транзисторы.Я должен предложить добавить в список MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации: —

Большинство версий SPICE содержат стандартные транзисторы BJT и MOSFET, аналогичные этим «универсальным» устройствам.Поэтому при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти универсальные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный (т.е. лучшую упаковку, доступность и дешевизну) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение.

Конечно, многие проекты не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта.В таких случаях укажите исключения, например: —

MUN кроме выше BV _ds ≥250V

ТУП кроме выше β ≥ 200

или что-то в этом роде….

Когда в опубликованном проекте используется конкретный транзистор, разумно подумать, необходимо ли выбранное устройство для этого проекта или это был просто первый транзистор, выпавший из ящика для мусора [7], когда конструктор построил свой прототип [8].Изучите лист данных (если транзистор настолько загадочен, что вы не можете найти его, изучите схему, в которой он используется): —

1. Есть ли у устройства какие-то необычные характеристики?
2. Используется ли эта характеристика в схеме?
3. Ожидаете ли вы, что схема будет работать с TUN / TUP?
4. Предполагает ли быстрая проверка программного обеспечения (SPICE), что оно будет работать с TUN / TUP?
5. Не предполагает ли менее быстрая проверка оборудования (макетной платы), что оно будет работать с TUN / TUP?

Если ответы на все вопросы «Да», то, вероятно, было бы разумно изучить пункты 1 и 2 более внимательно, но если ответы «Нет, нет, да, да, да», почти наверняка безопасно заменить устройство с общим.

Параметры транзистора

Максимальное напряжение коллектор / сток. BV _ceo или BV _ds Если максимальное напряжение питания меньше, чем BV _ceo или BV _ds и в коллекторе / стоке нет индуктивных цепей, которые могли бы вызвать более высокие переходные напряжения, и нет внешнего источник сигнала, который может применять более высокие напряжения, то нам не нужно беспокоиться об этой спецификации.

С другой стороны, существует много схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями V _ce или V _ds , либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы в этом случае выбран правильный максимум. Старые учебники склонны предполагать, что транзисторы являются устройствами низкого напряжения и что за редким исключением они дороги — полезно помнить, что сегодня BJT и MOSFET с пробивным напряжением более 500 В являются недорогими и легко доступными, хотя коэффициент усиления по току β высоковольтные BJT чаще находятся в диапазоне 40-100, а не ≥100 TUN / TUP.Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. I _{c (макс.)} или I _{d (макс.)} Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства. Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА, это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если для подачи питания на нагрузку требуется транзистор, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов. Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номиналы I _max более 100 мА — обычно 300–1000 мА — и многие устройства, соответствующие спецификации TUN и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться, когда требуются такие средние токи.Если требуются более высокие токи, устройства TUN / etc будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор. Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения β при больших токах.

Пакеты и мощность. Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении.Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, свинцовый для прототипирования и мелкосерийного производства, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Несколько наиболее распространенных корпусов транзисторов показаны на рис. 6 вместе с парой германиевых переходных транзисторов очень ранних британских «красных пятен» (f _t ≤700 кГц) в кованых алюминиевых банках конца 1950-х годов. .(«Красные пятна» включены для исторического интереса — в подростковом возрасте автор этой статьи использовал эти транзисторы «Красных пятен», которые были бракованными с производственной линии, производящей устройства с номерами типов — несмотря на то, что они бракованные, они все еще стоили около 1 фунт стерлингов за штуку [более 20 долларов в текущих ценах] для создания ряда различных радиоприемников и усилителей, а также счетчика Гейгера.)

Рисунок 6 Некоторые корпуса транзисторов

Тепло уходит от большинства корпусов через их выводы, поэтому фактические тепловые характеристики малосигнального транзистора зависят как от печатной платы, на которой он установлен, так и от корпуса.Даже самые маленькие транзисторы для поверхностного монтажа могут рассеивать несколько сотен мВт, что намного больше максимального предела, указанного в спецификации TUN / etc. Одно и то же устройство в разных корпусах может иметь разную максимальную мощность — осторожно RTFDS [9].

В корпусах более мощных устройств есть металлические области, обеспечивающие теплопроводность к радиатору, поэтому внимательно ознакомьтесь с характеристиками рассеивания и требованиями к радиатору для этих устройств. Корпус TO-264 в Рисунок 6 может рассеивать 2.5 кВт на подходящем радиаторе.

Разные устройства в одном корпусе могут иметь разную распиновку. Важно понимать, что два транзистора с одинаковыми электрическими характеристиками и корпусом могут иметь разные выводы и, следовательно, не могут быть взаимозаменяемыми сразу. Рисунок 7 показывает шесть возможных BJT-соединений корпусов TO-92 и SOT-23. Еще в 1990-х автору удалось найти хотя бы одно устройство с каждой из этих выводов, и хотя этот список был утерян, у него нет оснований предполагать, что современные транзисторы менее разнообразны.

Рисунок 7 На корпусе

В высокочастотной конструкции может быть полезно выбрать устройство с распиновкой, обеспечивающей наименьшее паразитное реактивное сопротивление в разводке печатной платы.

Ток утечки коллектора / стока

I _ce0 или I _dss0 (иногда называется «ток отсечки» .) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен.Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.

Рисунок 8 Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой

Маломощный инвертор, показанный на рис. 8 — это пример схем, требующих очень низкой утечки коллектора / стока.Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2,0 В, что только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока ≤50 нА. (Обратите внимание, что, хотя этот инвертор имеет очень низкую мощность [300 нА = 0,9 мкВт, когда транзистор включен], он также очень медленный — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада равна 20 пФ, что не является необоснованным, его время нарастания составляет около 0,2 мс — не проблема для приложений постоянного тока, но бесполезно даже для схем переключения средней скорости.)

Текущее усиление. β или h _fe Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения (т.е. напряжение коллектор / база положительное [для устройства NPN]). β обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению. Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют β ≥ 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (≥40 или 50) минимальные заданные значения.

Рисунок 9 Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рис. 9 , одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET. В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжение базы / эмиттера или затвора / истока V _{составляет} или V _gs , остается постоянным, что дает фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах может приниматься обратная связь. от эмиттера (источника) / подключения нагрузки.

Рисунок 10 Поскольку базовый ток не течет по их выходам, BJT менее точны, чем полевые транзисторы в качестве токовых выходных каскадов.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, коллекторный и эмиттерный токи BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад в Figure 10 должен быть выполнен с MOSFET, а не BJT, поскольку MOSFET фактически имеют нулевой ток затвора.

Прямая крутизна.g _fs Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔI _ds / ΔV _gs , когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Он измеряется в сименсах (S) (или, для традиционалистов среди нас, в mhos или обратных омах (Ʊ), которые являются устаревшим названием и символом одного и того же). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь g _фс всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов и более.

Как правило, изменения напряжения затвора на несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость — см .: —

Пороговое напряжение затвора. V _{gs (th)} Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в техническом паспорте и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в диапазоне температур схемы, которое, вероятно, будет составлять не менее нескольких сотен мВ, иначе это может начинать включаться тогда, когда предполагается выключить.

Напряжение насыщения. V _{ce (sat)} Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), это считается насыщенным .Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения: —

[A] В классической логике TTL каждый вход передает 1,6 мА на управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потреблять около 16 мА при напряжении насыщения не более 400 мВ.

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеивание при заданном токе нагрузки пропорционально его напряжению насыщения. Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это его время восстановления насыщения и может быть указано, при четко определенных условиях, в его техническом паспорте.

О сопротивлении. R _{на полевых МОП-транзисторах} не насыщаются, поскольку они являются основными устройствами-носителями. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы с низким номиналом, а их на сопротивлении указано в их технических характеристиках. Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние составляет I ² R.

Коэффициент шума.NF Большинство применений транзисторов имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой. Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств очень важно, чтобы коэффициенты шума измерялись при одинаковом импедансе источника. Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.В документе, относящемся к более раннему RAQ [10], подробно рассматриваются эти и другие проблемы шума, и к нему следует обращаться, если вам интересна эта тема.

Частота перехода. f _t f _t BJT — это частота, на которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. Опять же, я не предлагаю обсуждать, как это можно измерить [11], а просто хочу отметить, что f _t является наиболее широко используемым показателем качества для сравнения частотной характеристики BJT.Большинство TUN и TUP будут иметь f _t значительно больше минимума в 100 МГц, но транзисторы с высокой мощностью и высоким напряжением часто будут иметь гораздо более низкие значения.

— это крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (C _gs ) от пФ до сотен пФ, их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен, а их значение f _t может быть получено.Иногда лист данных FET или MOSFET будет содержать значение f _t , полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если доступно, для оценки частотной характеристики FET, но обычно скорость полевых транзисторов указывается с точки зрения переключения раз.

Время переключения. t _(вкл.) & t _(выкл.) Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, затрачиваемое при определенных условиях (RTFDS) для повышения выходного тока от нуля до заданного значения , или вернуться к нулю соответственно.Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости. C _?? С транзистором связаны три емкости: входная емкость C _в , выходная емкость C _из и емкость Миллера [12] (или обратная связь) C _fb .Разные производители используют разные названия (отсюда C _?? в заголовке), но это должно быть совершенно ясно из Рисунок 11 .

Как мы уже видели, полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ.Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

Выбор транзистора

Итак, нам нужен транзистор для конструкции. Как мы выбираем?

Было бы неплохо иметь базу данных по каждому транзистору в мире, прикрепленную к электронной таблице, чтобы после ввода предельных значений каждого важного параметра мы видели список каждого из них, который соответствует нашим требованиям.К сожалению, такой список невозможно составить — он огромен и будет меняться день ото дня по мере появления новых транзисторов и устаревания старых. Однако такие дистрибьюторские компании, как Avnet, Arrow, Digi-Key, Mouser, Premier Farnell и RS Components имеют на своих веб-сайтах системы параметрического поиска [13], которые позволяют нам делать то же самое с тем преимуществом, что, хотя они и не показывают все устройства в мире, те, которые они показывают, вероятно, будут легко доступны. У многих производителей тоже есть такие параметрические поисковые системы, которые даже более актуальны, но преимущество дистрибьюторских систем в том, что они позволяют нам сравнивать устройства многих производителей на одном сайте и, как правило, также дают некоторое представление фактической доступности.

Итак, ответ на вопрос — составить список необходимых параметров и выйти в онлайн. Поисковая система каждого дистрибьютора немного отличается, и, конечно, акции каждого дистрибьютора (и, возможно, цены) также различаются, поэтому, вероятно, лучше использовать более одного и сравнить результаты.

Мы уже обсудили, какие параметры выбрать, но перечислим основные по порядку: —

Полярность: — Канал NPN / N или Канал PNP / P?

Тип: — BJT или FET?

Рабочее напряжение: — Выберите минимальное безопасное значение BV _ceo или BV _ds

(Также может быть хорошей идеей выбрать максимальное значение, поскольку транзисторы с очень высоким напряжением могут иметь меньшее усиление и более высокое напряжение _{ce (sat)} или R _на и обязательно будут немного дороже.)

Максимальный ток: — Выберите значение ≥33% выше максимального ожидаемого тока коллектора / стока.

(Вам может потребоваться учесть пиковые переходные токи, а также максимальные установившиеся токи.)

Пакет: — Какой пакет, и распиновка вам нужен?

(Если устройство поставляется в нескольких упаковках, абсолютный максимальный ток и номинальная мощность могут отличаться в зависимости от выбранной упаковки — проверьте это.Также в руководстве по параметрическому выбору может не быть деталей о распиновке.)

Мощность: — Какое максимальное рассеивание?

(Помните, что коммутатор в выключенном состоянии рассеивает очень мало энергии, а когда он включен, большая часть мощности приходится на нагрузку, а не на сам коммутатор. высокая скорость.)

Необходимо определять вышеуказанные параметры всякий раз, когда мы выбираем транзистор.Остальные могут иметь решающее значение для одних приложений и не иметь значения для других, поэтому вы должны решить для себя, какие из них имеют значение для вашего приложения, и выбрать устройства, которые соответствуют вашим требованиям. Рассмотрите весь оставшийся список, но укажите только те, которые вам действительно интересны: —

Ток утечки: — I _ce0 или I _ds0

Коэффициент усиления по току: — β или h _fe — Немного приложений требуют β≥ 100

Крутизна: — г _FS — Требуется редко.

Пороговое напряжение затвора: — В _{gs (th)} — Оно должно быть совместимо с уровнями любой логики, используемой для управления полевым МОП-транзистором в качестве переключателя, и не должно быть слишком большим, если полевой МОП-транзистор используется с низким напряжением питания. Напряжение.

Напряжение насыщения: — В _{ce (sat)} — Важно только тогда, когда BJT используется как переключатель (логический или силовой).

При сопротивлении: — R _на — Важно, когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя питания, но не обычно в усилителях или логических приложениях

Коэффициент шума: — NF — Важно только в усилителях (очень) малых сигналов или малошумящих генераторах.

Частота перехода: — f _t — Важно только в ВЧ усилителях или генераторах.

Время переключения: — t _(вкл.) & t _(выкл.) Этот параметр редко имеет значение, за исключением транзисторов, используемых в быстрых логических интерфейсах и быстром переключении мощности.

Емкость: — C _на , C _{на выходе} и C _fb (или их версии разных производителей.) — Эти параметры редко нужно указывать для приложений LF BJT, но поскольку полевые МОП-транзисторы могут иметь довольно большие значения C _в , разумно поместить значения наихудшего случая в модели схем SPICE с дискретными полевыми МОП-транзисторами, чтобы гарантировать, что их емкость не является проблемой.

Когда вы введете выбранные вами параметры в поисковую систему, вы, если повезет, получите список устройств с нужными вам характеристиками. Если вы уверены, что правильно выбрали параметры, выберите от пяти до десяти самых дешевых, которые есть в наличии.Сделайте то же самое с еще парой поисковых систем дистрибьюторов, а затем сравните свои списки. Вы должны обнаружить, что они похожи — в таком случае выберите самое дешевое устройство, доступное у большинства поставщиков.

Получите SPICE-модель этого устройства и убедитесь, что она совместима с SPICE-симуляцией вашей конструкции. Если это так, создайте прототип оборудования с этим устройством и также проверьте его производительность. Если все в порядке, вы выбрали транзистор.

Однако, когда вы публикуете свой дизайн или отправляете его в производство, не указывайте устройство, которое вы выбрали, как если бы это был единственно возможный выбор.В спецификации должно быть написано что-то вроде: «Транзистор TR3 — это N-канальный MOSFET в корпусе TO-92 (распиновка sgd на контактах 1-2-3), его BV _ds0 должен быть не менее + 25V, I _{ds. (макс.)} не должно быть меньше 250 мА, В _{gs (th)} должно быть в пределах 600 мВ — 1,8 В, а C _в должно быть меньше 65 пФ. Большинство полевых МОП-транзисторов, отвечающих этому описанию, должны работать в этой схеме, но анализ SPICE и создание прототипов были выполнены с помощью 2Nxxxx. Анализ SPICE 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa предполагает, что эти устройства также должны работать хорошо, но многие другие NMOSFET-транзисторы с аналогичными характеристиками также могут быть удовлетворительными.«Конечно, вам действительно стоит провести SPICE-анализ 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa, которые, конечно, будут одними из самых дешевых и наиболее доступных устройств из вашего списка.

Аналогичная процедура применяется, если проект, который вы хотите использовать, вызывает 3N14159. и вы не можете его найти. Если у вас есть его данные, вам следует изучить схему и решить, какие из параметров устройства важны. Если вы не можете найти его данные, изучите схему и попытайтесь определить, какие параметры транзистора необходимы для правильной и безопасной работы.Попробуйте симуляцию SPICE, чтобы проверить работоспособность, но будьте немного консервативны в выборе бездымных (т.е.безопасных — не взорвется) значений напряжения пробоя, тока и мощности, поскольку это не ваша конструкция, и вы можете кое-что упустить. Используйте выбранные вами значения в параметрическом поиске с последующей проверкой программного и аппаратного обеспечения, как описано выше. Если все пойдет хорошо, у вас есть запасные части для 3N14159, и вам не придется ехать в Тимбукту [14].

Список литературы

1. Компараторы и операционные усилители — пусть они никогда не встретятся
2. Искусство электроники Пола Горовица и Уинфилда Хилла — Cambridge University Press (1989) ISBN-10: 0521370957
3. Википедия: Транзистор
4. Julius Lillienfield — Заявка на патент Канады CA272437 (1925) / Патент США US1745175 — Способ и устройство для управления электрическими токами 1930-01-28
5. John Bardeen & Walter Brattain: — Патент США US2524035 — Трехэлектродный элемент схемы, использующий полупроводниковые материалы, 1948-02-26 (выпущен 1950-10-03) и Уильям Шокли: — Патент США US2569347 — Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал 1948-06 -26 (выдан 25.09.1951)
6. Электор
7. У каждого инженера должна быть коробка с использованными компонентами, оставшимися от предыдущих проектов, в качестве источника неожиданно необходимых деталей для новых.В идеале у них должен быть разумный набор вещей, но не настолько, чтобы их было трудно искать. Спичечный коробок слишком мал, 40-футовый интермодальный контейнер обычно слишком велик (если вы не морской инженер, работающий на морских буровых установках).
8. Разработчики интегральных схем слишком часто делают это при написании технических описаний. Вместо того, чтобы указывать общую часть, они указывают ту, которую они фактически использовали — это был предпроизводственный образец стартапа в Тимбукту, который обанкротился в 1976 году, или что-то столь же нелепое.Это одна из причин высокого уровня безумия среди прикладных инженеров, которым приходится убеждать клиентов в том, что использование заменителя на самом деле не является признанием поражения и не может ускорить Армагедон или дождь из лягушек и рыб.
9. «Прочтите дружественный технический паспорт!»
10. В этих ссылках обсуждается тепловой шум и коэффициенты шума в контексте резисторов и операционных усилителей, но физика в равной степени применима и для транзисторов:
    
11. Cadence отлично справляется с
12. Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его действие в 1920 году.Миллер, конечно, работал с термоэмиссионными клапанами (лампами), но название и эффект до сих пор актуальны для полупроводниковых триодов (BJTs & FETs).
13. GP-BJT и MOSFET, Avnet
14. На самом деле я всегда хотел поехать в Тимбукту — там есть древний университет, и нужно увидеть архитектуру, чтобы поверить — и теперь, когда Аль-Каида изгнана, я планирую возможный визит в следующем году. Но я не ожидаю найти полупроводники: верблюдов, туарегов, финики, кус-кус, песок и фантастическое исламское искусство — но не фабрику транзисторов.

— Как найти замену транзистору?

Обратите внимание, что BC106, вполне возможно, никогда не существовал — см. «BC106, где ты?» обратите внимание в конце этого ответа.

Наиболее важные параметры небольших биполярных транзисторов (например, ваших двух) —

• Максимально допустимое напряжение коллектора (Vc или Vce или Vceo)
• Максимально допустимый ток коллектора (Ic или Ic или …)
• Минимальные и типичные значения усиления по току (= «Бета»)
• NPN или PNP
• Упаковка может иметь значение
• Рассеивание мощности может иметь значение.

Если вы используете деталь, которая имеет, по крайней мере, такое же значение Vc max или выше, по крайней мере, такое же значение Ic max или выше и такое же или большее типичное усиление по току, тогда транзистор будет приемлемо работать в большинстве схем. Существуют особые требования, на которые влияет ряд других параметров, но в большинстве случаев вам не нужно о них беспокоиться.

Вы можете найти многие из транзисторов Digikey здесь
или вы можете начать с начала и поискать на всем сайте Digikey с описанием BC107 здесь.

Вы можете использовать тот же метод для своего 2N3634, если знаете его параметры.

Стоит отметить, как пришел к вышеуказанному поиску транзисторов.
Я просто ввел «транзистор» (без кавычек) в поле поиска на верхнем уровне, затем щелкнул «Транзисторы (BJT) — одиночные (13 797 элементов)», и это привело меня на страницу поиска транзисторов выше

Следующим по важности параметром является «Ft» — эффективная максимальная рабочая частота (хотя транзистор на этой частоте не нужен).Если вам нужно позаботиться о Ft, скорее всего, вы должны показать нам свою схему и рассказать, что вы собираетесь делать, а затем попросить совета.

Хороший источник (один из многих) информации о доступных в США транзисторах можно найти в онлайн-каталоге Digikeys. Он позволяет вам выбрать Vc, Ic, Beta, Ft и т. Д. Будет ли полезны вам компоненты, зависит от того, в какой стране вы находитесь.

Полезный сайт, который позволяет искать сразу в каталогах 20+ поставщиков — www.findchips.com. Поиск BC106 на этом сайте возвращает

показывает, что 7 поставщиков (вероятно) имеют его в наличии — НО оказывается, что ни один из имеющихся на складе не является транзистором, который вам нужен — код BC106 также появляется в других номерах деталей :-(.

Вместо того, чтобы пытаться отследить один на этом этапе, я отмечу, что
Digikey продает BC107 = 45 В, 100 мА, NPN, бета = 200, рассеивание 300 мА, бета =? здесь
Используется металлический корпус TO18 старого образца, но рассеиваемая мощность ниже, чем у большинства выводных устройств в пластиковом корпусе.

Используя страницу выбора транзисторов Digikeys, как упомянуто выше, и выбрав транзисторы со спецификациями, по крайней мере, такими же хорошими, как указано выше, и используя корпус с выводами TO18 или TO92 (пластик), было получено 51 вариант. Из них самый дешевый в наличии в единицах — это BC337-40, NPN, 45 В, 800 мА, Beta = 250, FT = 100 МГц, корпус TO92, рассеиваемая мощность 625 мВт. Вероятно, в большинстве случаев он станет отличной заменой BC107.
Также подходят версии MPSA18, ZTX692, ZTX694 и 2SC29250.

Обратите внимание, что выше я упустил некоторые детали, которые на данном этапе скорее могут запутать, чем помочь.
например, Beta обычно указывается при указанном токе.

BC106 где ты ?:

Кажется возможным, что BC106 никогда не существовало. BC100 сделал, а BC107 сделал. Некоторые схемы относятся к BC106, но это не гарантирует его существования.

Очень вероятно, что если вы используете BC337-40 или аналогичный, он будет очень хорошо работать с исходной схемой, НО просмотр схемы будет даже лучше.

В качестве примера затухания мозга и BC106 это обсуждение с 2009 года относится к BC106, предположительно на принципиальной схеме здесь НО , когда я смотрю, я обнаруживаю, что в схеме используется BC107.

SO BC106 вероятно (но не обязательно) не существует. Некоторые схемы ссылаются на него, но нет доступных (пока) таблиц данных, и в моем руководстве (книге) начала 1970-х его нет. Ссылки на схемы, скорее всего, ошибочны.

Для почтенного Phillips 1977 BC107-BC109 см. Техническое описание.

1989 SGS Thomson техническое описание здесь

% PDF-1.2 % 1269 0 объект > эндобдж xref 1269 125 0000000016 00000 н. 0000002875 00000 н. 0000003052 00000 н. 0000003193 00000 п. 0000006435 00000 н. 0000006597 00000 н. 0000006666 00000 н. 0000006766 00000 н. 0000006922 00000 н. 0000007088 00000 н. 0000007263 00000 н. 0000007391 00000 п. 0000007583 00000 н. 0000007694 00000 п. 0000007810 00000 п. 0000007939 00000 п. 0000008062 00000 н. 0000008192 00000 н. 0000008319 00000 н. 0000008456 00000 н. 0000008602 00000 н. 0000008755 00000 н. 0000008902 00000 н. 0000009052 00000 н. 0000009199 00000 н. 0000009348 00000 п. 0000009497 00000 н. 0000009643 00000 п. 0000009788 00000 н. 0000009930 00000 н. 0000010072 00000 п. 0000010215 00000 п. 0000010352 00000 п. 0000010490 00000 п. 0000010628 00000 п. 0000010769 00000 п. 0000010906 00000 п. 0000011044 00000 п. 0000011184 00000 п. 0000011322 00000 п. 0000011489 00000 п. 0000011643 00000 п. 0000011758 00000 п. 0000011899 00000 п. 0000012092 00000 п. 0000012225 00000 п. 0000012358 00000 п. 0000012486 00000 п. 0000012617 00000 п. 0000012756 00000 п. 0000012894 00000 п. 0000013028 00000 п. 0000013161 00000 п. 0000013288 00000 п. 0000013421 00000 п. 0000013568 00000 п. 0000013703 00000 п. 0000013858 00000 п. 0000014007 00000 п. 0000014157 00000 п. 0000014305 00000 п. 0000014451 00000 п. 0000014578 00000 п. 0000014741 00000 п. 0000014933 00000 п. 0000015073 00000 п. 0000015189 00000 п. 0000015357 00000 п. 0000015462 00000 п. 0000015632 00000 п. 0000015811 00000 п. 0000015929 00000 п. 0000016056 00000 п. 0000016255 00000 п. 0000016379 00000 п. 0000016504 00000 п. 0000016680 00000 п. 0000016798 00000 п. 0000016932 00000 п. 0000017091 00000 п. 0000017257 00000 п. 0000017420 00000 п. 0000017610 00000 п. 0000017720 00000 п. 0000017838 00000 п. 0000017987 00000 п. 0000018128 00000 п. 0000018281 00000 п. 0000018414 00000 п. 0000018546 00000 п. 0000018701 00000 п. 0000018839 00000 п. 0000018972 00000 п. 0000019091 00000 п. 0000019236 00000 п. 0000019380 00000 п. 0000019521 00000 п. 0000019655 00000 п. 0000019798 00000 п. 0000019932 00000 п. 0000020068 00000 н. 0000020191 00000 п. 0000020347 00000 п. 0000020499 00000 н. 0000020673 00000 п. 0000020839 00000 п. 0000020996 00000 н. 0000021121 00000 п. 0000021275 00000 п. 0000021392 00000 п. 0000021542 00000 п. 0000022709 00000 п. 0000024036 00000 п. 0000024237 00000 п. 0000024824 00000 п. 0000025035 00000 п. 0000026211 00000 п. 0000027383 00000 п. 0000027594 00000 п. 0000028007 00000 п. 0000029686 00000 п. 0000029834 00000 п. 0000030819 00000 п. 0000003236 00000 н. J Ը¹ ׇ +) / P -60 >> эндобдж 1272 0 объект > эндобдж 1392 0 объект > транслировать 7 $ & -_- IED0 [wY9dI3҈ & Bj & aX> TL # eldbrd `矺 c1hajOn + mb>% M0mp-H9Q (pr

| Транзисторы с биполярным переходом

Хотя схемы переключения транзисторов работают без смещения, для аналоговых схем необычно работать без смещения.Один из немногих примеров — «TR One, одно транзисторное радио» TR One, Ch 9 с усиленным детектором AM (амплитудной модуляцией). Обратите внимание на отсутствие резистора смещения на базе в этой цепи. В этом разделе мы рассмотрим несколько основных схем смещения, которые могут установить выбранный IE тока эмиттера. При желаемом токе эмиттера IE, какие номиналы резисторов смещения требуются, RB, RE и т. Д.?

Базовый резистор смещения

В простейшем смещении используется резистор смещения базы между базой и базовой батареей V BB . Удобно использовать существующий источник питания VCC вместо нового источника напряжения смещения. Примером каскада аудиоусилителя, использующего смещение базы, является «Кристаллический радиоприемник с одним транзистором. . . Кристалл радиоприемника, Ch 9. Обратите внимание на резистор от базы до клеммы аккумулятора. Аналогичная схема изображена на рисунке ниже. Напишите уравнение KVL (закон напряжения Кирхгофа) для контура, содержащего батарею, RB и падение диода VBE на транзисторе, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание, что мы используем VBB для базового питания, хотя на самом деле это VCC.Если β велико, мы можем сделать приближение IC = IE. Для кремниевых транзисторов ВБЭ≅0,7В.

Базовое смещение

Кремниевые малосигнальные транзисторы обычно имеют β в диапазоне 100–300.

Пример расчета:

Предполагая, что у нас есть транзистор с β = 100, какое значение резистора смещения базы требуется, чтобы обеспечить ток эмиттера 1 мА? Решение уравнения базового смещения IE для RB и замена β, VBB, VBE и IE дает 930 кОм.Ближайшее стандартное значение — 910 кОм.

Какой ток эмиттера с резистором 910 кОм? Каков ток эмиттера, если мы случайно получим транзистор β = 300?

Ток эмиттера мало изменяется при использовании резистора стандартного номинала 910 кОм. Однако при изменении β от 100 до 300 ток эмиттера утроился. Это неприемлемо для усилителя мощности, если мы ожидаем, что напряжение коллектора будет колебаться от около VCC до около земли. Однако для сигналов низкого уровня от микровольт до примерно вольт точка смещения может быть центрирована для β квадратного корня из (100 · 300) = 173.Точка смещения все равно будет сильно смещаться. Однако сигналы низкого уровня не будут обрезаться.

Базовое смещение не подходит для высоких эмиттерных токов, используемых в усилителях мощности. Ток эмиттера, смещенный к базе, нестабилен по температуре.

Термический разгон является результатом высокого эмиттерного тока, вызывающего повышение температуры, которое вызывает увеличение эмиттерного тока, что еще больше увеличивает температуру.

Смещение коллектора-обратной связи

Вариации смещения из-за температуры и бета можно уменьшить, переместив конец VBB резистора смещения базы к коллектору, как показано на рисунке ниже.Если ток эмиттера увеличился, падение напряжения на RC увеличилось, уменьшив VC, уменьшив IB, возвращаемое на базу. Это, в свою очередь, уменьшает ток эмиттера, корректируя первоначальное увеличение.

Напишите уравнение KVL для контура, содержащего батарею, RC, RB и каплю VBE. Заменить IC≅IE и IB≅IE / β. Решение IE дает уравнение смещения IE CFB. Решение IB дает уравнение IB CFB-bias.

Смещение обратной связи коллектора.

Пример расчета:

Найдите требуемый резистор смещения обратной связи коллектора для тока эмиттера 1 мА, а 4.Коллекторный нагрузочный резистор 7К, а транзистор с β = 100. Найдите напряжение коллектора VC. Это должно быть примерно посередине между VCC и землей.

Ближайшее стандартное значение резистора смещения обратной связи коллектора 460 кОм составляет 470 кОм. Найдите ток эмиттера IE с резистором 470 кОм. Пересчитайте ток эмиттера для транзистора с β = 100 и β = 300.

Мы видим, что при изменении бета от 100 до 300 ток эмиттера увеличивается с 0,989 мА до 1.48 мА. Это улучшение по сравнению с предыдущей схемой базового смещения, которая увеличилась с 1,02 мА до 3,07 мА. Смещение обратной связи коллектора в два раза стабильнее, чем базовое смещение, в отношении бета-вариации.

Эмиттер-смещение

Вставка резистора RE в схему эмиттера, как показано на рисунке ниже, вызывает вырождение , также известное как отрицательная обратная связь . Это препятствует изменению тока эмиттера IE из-за изменений температуры, допусков резистора, бета-изменения или допуска источника питания.Типовые допуски следующие: резистор — 5%, бета — 100-300, блок питания — 5%. Почему эмиттерный резистор может стабилизировать изменение тока? Полярность падения напряжения на RE обусловлена ​​коллекторной батареей VCC. Конец резистора, ближайший к (-) клемме батареи, — (-), конец, ближайший к клемме (+), — это (+). Обратите внимание, что (-) конец RE подключен через батарею VBB и RB к базе. Любое увеличение тока, протекающего через RE, увеличит величину отрицательного напряжения, приложенного к цепи базы, уменьшив ток базы, уменьшив ток эмиттера.Этот уменьшающийся ток эмиттера частично компенсирует первоначальное увеличение.

Эмиттер-смещение

Обратите внимание, что батарея смещения базы VBB используется вместо VCC для смещения базы на рисунке выше. Позже мы покажем, что смещение эмиттера более эффективно при использовании батареи с более низким базовым смещением. Между тем, мы пишем уравнение КВЛ для контура через цепь база-эмиттер, обращая внимание на полярность компонентов. Подставляем IB≅IE / β и решаем ток эмиттера IE.Это уравнение может быть решено для RB, уравнение: RB emitter-bias, рисунок выше.

Перед применением уравнений: RB emitter-bias и IE emitter-bias, рисунок выше, нам нужно выбрать значения для RC и RE. RC связан с питанием коллектора VCC и желаемым током коллектора IC, который, как мы предполагаем, приблизительно равен току эмиттера IE.

Обычно точка смещения для VC устанавливается равной половине VCC. Однако его можно установить выше, чтобы компенсировать падение напряжения на эмиттерном резисторе RE.Ток коллектора — это то, что мы требуем или выбираем. Он может варьироваться от микроампер до ампер в зависимости от приложения и номинала транзистора. Выбираем IC = 1 мА, что типично для схемы на малосигнальном транзисторе.

Пример расчета:

Рассчитываем значение RC и выбираем близкое стандартное значение. Эмиттерный резистор, который составляет 10-50% резистора нагрузки коллектора, обычно работает хорошо.

Резистор 883 кОм был рассчитан для RB, выбрано 870 кОм.При β = 100 IE составляет 1,01 мА.

Для β = 300 токи эмиттера показаны в таблице ниже.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Таблица выше показывает, что для VBB = 10 В смещение эмиттера не очень хорошо стабилизирует ток эмиттера. Пример смещения эмиттера лучше, чем предыдущий пример смещения базы, но не намного. Ключом к эффективному смещению эмиттера является снижение базового напряжения VBB ближе к величине смещения эмиттера.

Округление, равное умножению тока эмиттера на резистор эмиттера: IERE = (1 мА) (470) = 0,47 В. Кроме того, нам нужно преодолеть VBE = 0.7V. Таким образом, нам нужен VBB> (0,47 + 0,7) В или> 1,17 В. Если ток эмиттера отклоняется, это число изменится по сравнению с фиксированным базовым питанием VBB, вызывая корректировку базового тока IB и эмиттерного тока IE. Хорошее значение для VB> 1,17 В — 2 В.

Расчетный базовый резистор 83 кОм намного ниже, чем у предыдущего 883 кОм. Выбираем 82к из списка стандартных значений. Токи эмиттера с РБ 82 кОм для β = 100 и β = 300 составляют:

Сравнивая токи эмиттера для смещения эмиттера с VBB = 2 В при β = 100 и β = 300 с предыдущими примерами схемы смещения в таблице ниже, мы видим значительное улучшение при 1.75 мА, однако, не так хорошо, как 1,48 мА обратной связи коллектора.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Чтобы улучшить характеристики эмиттерного смещения, либо увеличьте резистор эмиттера RE, либо уменьшите подачу базового смещения VBB, либо и то, и другое.

В качестве примера мы удвоим резистор эмиттера до ближайшего стандартного значения 910 Ом.

Вычисленное RB = 39 кОм — резистор стандартного номинала. Нет необходимости пересчитывать IE для β = 100. Для β = 300 это:

Характеристики цепи эмиттерного смещения с эмиттерным резистором 910 значительно улучшены.См. Таблицу ниже.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

В качестве упражнения переработайте пример смещения эмиттера с резистором эмиттера, возвращенным обратно на 470 Ом, а напряжение смещения базы уменьшено до 1,5 В.

Базовый резистор 33 кОм — стандартное значение, ток эмиттера при β = 100 в порядке. Ток эмиттера при β = 300 составляет:

В таблице ниже сравниваются результаты упражнений 1 мА и 1.38 мА к предыдущим примерам.

Сравнение тока эмиттера для β = 100, β = 300.

Уравнения смещения эмиттера повторены на рисунке ниже с включенным внутренним сопротивлением эмиттера для большей точности. Внутреннее сопротивление эмиттера — это сопротивление в цепи эмиттера внутри корпуса транзистора.Это внутреннее сопротивление rEE является значительным, когда (внешний) эмиттерный резистор RE мал или даже равен нулю. Значение внутреннего сопротивления REE является функцией тока эмиттера IE, таблица ниже.

Получение r _EE

 r  EE  = KT / I  E  м, где: K = 1,38 × 10 -23  ватт-сек /  o  C, постоянная Больцмана T = температура в Кельвинах ≅300. I  E  = ток эмиттера m = изменяется от 1 до 2 для кремния r  EE  ≅ 0.026V / I  E  = 26 мВ / I  E  

Для справки приближение 26 мВ указано как уравнение rEE на рисунке ниже.

Уравнения смещения эмиттера с внутренним сопротивлением эмиттера rEE.

Более точные уравнения смещения эмиттера на рисунке выше могут быть получены путем записи уравнения KVL. В качестве альтернативы, начните с уравнений IE emitter-bias и RB emitter-bias на рисунке выше, заменив RE на rEE + RE. Результатом являются уравнения IE EB и RB EB соответственно на рисунке выше.

Повторите вычисление RB в предыдущем примере смещения эмиттера с включением rEE и сравните результаты.

Включение rEE в расчет приводит к более низкому значению базового резистора RB, как показано в таблице ниже. Он падает ниже стандартного значения резистора 82 кОм, а не выше него.

Влияние включения РЭЭ на расчетную РБ

Байпасный конденсатор для RE

Одна из проблем со смещением эмиттера заключается в том, что значительная часть выходного сигнала пропускается через резистор эмиттера RE (рисунок ниже). Это падение напряжения на эмиттерном резисторе идет последовательно с базой и имеет противоположную полярность по сравнению с входным сигналом. (Это похоже на обычную конфигурацию коллектора с коэффициентом усиления <1). Это ухудшение сильно снижает коэффициент усиления от базы к коллектору. Решением для усилителей сигналов переменного тока является обход эмиттерного резистора с помощью конденсатора.Это восстанавливает усиление переменного тока, поскольку конденсатор не подходит для сигналов переменного тока. Постоянный ток эмиттера все еще испытывает вырождение в эмиттерном резисторе, таким образом стабилизируя постоянный ток.

Cbypass требуется для предотвращения снижения усиления переменного тока.

Величина байпасного конденсатора зависит от самой низкой частоты, которую нужно усилить.

Для радиочастот Cbpass было бы мало. Для аудиоусилителя с диапазоном частот до 20 Гц он будет большим.«Практическое правило» для байпасного конденсатора заключается в том, что реактивное сопротивление должно быть 1/10 сопротивления эмиттера или меньше. Конденсатор должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать самую низкую усиливаемую частоту. Конденсатор для аудиоусилителя с диапазоном частот от 20 Гц до 20 кГц будет:

Обратите внимание, что внутреннее сопротивление эмиттера rEE не обходится байпасным конденсатором.

Делитель напряжения смещения

Для стабильного смещения эмиттера требуется источник смещения базы низкого напряжения, как показано на рисунке ниже.Альтернативой базовому источнику питания VBB является делитель напряжения, основанный на питании коллектора VCC.

Делитель напряжения смещения заменяет базовую батарею делителем напряжения.

Методика проектирования состоит в том, чтобы сначала разработать схему смещения эмиттера, а затем преобразовать ее в конфигурацию смещения делителя напряжения с помощью теоремы Тевенина. [TK1] Шаги графически показаны на рисунке ниже. Изобразите делитель напряжения без назначения значений. Отсоедините перегородку от основания.(База транзистора — это нагрузка.) Примените теорему Тевенина, чтобы получить одно эквивалентное сопротивление Тевенина Rth и источник напряжения Vth.

Теорема Тевенина преобразует делитель напряжения на однополярное питание Vth и сопротивление Rth.

Эквивалентное сопротивление Тевенина — это сопротивление от точки нагрузки (стрелка) с аккумулятором (VCC), уменьшенным до 0 (земля). Другими словами, R1 || R2. Эквивалентное напряжение Тевенина — это напряжение холостого хода (нагрузка снята). Этот расчет выполняется методом коэффициента делителя напряжения.R1 получается путем исключения R2 из пары уравнений для Rth и Vth. Уравнение R1 выражается в известных величинах Rth, Vth, Vcc. Обратите внимание, что Rth — это RB, резистор смещения из конструкции эмиттерного смещения. Уравнение для R2 выражается через R1 и Rth.

Преобразуйте этот предыдущий пример смещения эмиттера в смещение делителя напряжения.

Пример преобразования эмиттерного смещения в смещение делителя напряжения.

Эти значения были ранее выбраны или рассчитаны для примера смещения эмиттера

Подстановка VCC, VBB, RB дает R1 и R2 для конфигурации смещения делителя напряжения.

R1 — стандартное значение 220К. Ближайшее стандартное значение R2, соответствующее 38,8k, составляет 39k. Это не меняет IE настолько, чтобы мы могли его вычислить. Примеры проблем 1. Рассчитайте резисторы смещения для каскодного усилителя, показанного на рисунке ниже. VB2 — напряжение смещения для каскада с общим эмиттером. VB1 — это довольно высокое напряжение на уровне 11,5, потому что мы хотим, чтобы каскад с общей базой удерживал на эмиттере 11,5-0,7 = 10,8 В, около 11 В. (Это будет 10 В с учетом падения напряжения на RB1.) То есть каскад с общей базой является нагрузкой, заменяющей резистор, для коллектора каскада с общим эмиттером. Нам нужен ток эмиттера 1 мА.

Смещение для каскодного усилителя.

2. Преобразуйте базовые резисторы смещения для каскодного усилителя в резисторы смещения делителя напряжения, управляемые напряжением VCC 20 В.

Окончательная принципиальная схема показана в главе «Практические аналоговые схемы», «Каскодный усилитель класса А. . . ”Каскод, гл. 9.

ОБЗОР:

• См. Рисунок ниже.
• Выбор конфигурации цепи смещения
• Выберите RC и IE для предполагаемого приложения. Значения RC и IE обычно должны устанавливать напряжение коллектора VC равным 1/2 от VCC.
• Рассчитайте резистор базы RB для достижения желаемого тока эмиттера.
• При необходимости пересчитайте ток эмиттера IE для резисторов стандартного номинала.
• Для смещения делителя напряжения сначала выполните расчеты смещения эмиттера, а затем определите R1 и R2.
• Для усилителей переменного тока байпасный конденсатор, включенный параллельно с RE, улучшает усиление переменного тока.Установите XC≤0,10RE для минимальной частоты.

Сводка уравнений смещения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Выбор дискретных транзисторов [Analog Devices Wiki]

Джеймс Брайант

Один из распространенных вопросов, которые задают автору и его коллегам из отдела приложений: «В примечании к применению для XXXX требуется транзистор 3N14159 — где я могу его получить?» Исследования показывают, что 3N14159 был устаревшим в течение многих лет — или его можно получить (при минимальном заказе в 1 000 000 штук) со сроком выполнения заказа 21 месяц на заводе в Тимбукту.Правильный вопрос — не «Где мне взять это конкретное устройство?» но «Какие другие, легко доступные устройства будут работать в этом приложении?»

Существуют десятки тысяч, возможно, сотни тысяч различных типов дискретных транзисторов, и почти всегда в системе есть несколько мест, где дискретный транзистор необходим. Что мы выбираем и почему?

Для многих приложений нет необходимости выбирать какой-либо конкретный транзистор — достаточно использовать первый подходящий, который попадется под руку.Как правильно выбрать транзистор, не тратя время на ненужные детали?

Мы не будем здесь обсуждать физику транзисторов. Существует множество учебников, в которых дается хорошее изложение основ, и есть бесчисленное множество других книг и статей, посвященных как основным принципам, так и подробным исследованиям конкретных вопросов. Но нам действительно нужно знать, что они делают, и может быть полезно узнать немного о том, почему они ведут себя именно так, поэтому мы немного поговорим о транзисторных структурах.

ТРАНЗИСТОРЫ

Транзистор — это твердотельное трехполюсное усилительное устройство. Для входных и выходных сигналов имеется общая клемма, а сигнал на одной из оставшихся клемм управляет током на другой.

Рисунок 1 Основная функция транзистора

Существует два основных типа транзисторов — транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы, известные соответственно как BJT и FET.

Однако самый основной вопрос при выборе транзистора заключается не в том, BJT это или полевой транзистор, а в его полярности — используется ли его выходной вывод положительным или отрицательным по отношению к его общему выводу? Если ответ положительный, нам нужен NPN BJT или N-канальный полевой транзистор, в противном случае нам нужен PNP или P-канал.Это критически важно, но настолько очевидно, что дальнейшего обсуждения этой темы не требуется. В остальной части статьи, за исключением случаев, когда конкретно рассматривается этот вопрос, мы будем использовать положительные случаи (NPN & N-канал) для всех наших примеров.

Хотя полевые транзисторы были продемонстрированы и запатентованы почти на двадцать лет раньше, чем биполярные транзисторы ¹ , первые практические транзисторы были биполярными ² . Транзистор NPN состоит из тонкой базы полупроводника P-типа, зажатой между двумя областями N-типа, эмиттером и коллектором.Если ток течет от базы к эмиттеру и на коллекторе присутствует положительное смещение, в коллекторе протекает больший ток, пропорциональный току базы.

Рисунок 2 Биполярный переходной транзистор NPN (BJT)

Из рисунка 2 мы видим, что BJT — это усилитель тока — выходной ток в ß раз превышает входной ток, а ß может незначительно изменяться в зависимости от базового тока, так что усилитель не является полностью линейным. (Ss или h _fe — это коэффициент усиления по току транзистора.Входное сопротивление не является ни низким, ни линейным, поэтому мы также можем рассматривать BJT как усилитель I _out / V _в (крутизна) с кремниевым диодом в качестве входного устройства. Понятно, что чем больше значение ß, тем лучше усилитель тока. Для большинства приложений достаточно минимального значения 80–100, но нередки значения, превышающие несколько сотен. (Возможны «супер-бета» транзисторы с ß до нескольких тысяч, но они имеют очень узкую базовую область и низкие напряжения пробоя и настолько хрупки, что используются редко, за исключением аналоговых интегральных схем.)

Существует два типа полевых транзисторов, полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IGFET), более часто, но менее точно, называемые металлооксидно-кремниевыми полевыми транзисторами (MOSFET), которые я буду использовать здесь, и оба имеют любую полярность. (N-канал для положительного питания, P-канал для отрицательного). Полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (но их входная емкость может быть довольно большой — десятки или даже сотни пФ ) и, следовательно, являются устройствами крутизны (I _из / В _в ).

Сегодня MOSFET — более распространенное устройство. Версия с N-каналом состоит из полоски кремния P-типа с двумя диффузорами N-типа. Поверх полоски между диффузорами находится очень тонкий слой диоксида кремния (или другого изолятора), покрытый проводящей пленкой (обычно из алюминия или поликристаллического кремния). Положительный потенциал на этом проводящем затворе приводит к тому, что материал P-типа непосредственно под изолятором становится N-типом, соединяя диффузию стока и истока и позволяя току течь.Сила тока зависит от приложенного напряжения, поэтому устройство работает как усилитель, а также как переключатель.

Рис.3 МОП-транзистор с N-канальным режимом расширения

Обычно полевые МОП-транзисторы относятся к этому типу — отключены при несмещении и включены напряжением смещения. Такие устройства известны как устройства расширенного режима. Однако можно сделать полевые транзисторы, которые включаются без смещения и выключаются отрицательным (положительным для P-канала) напряжением. Все JFET (переходные полевые транзисторы) относятся к этому типу, но есть и некоторые MOSFET в режиме истощения.

MOSFET в режиме истощения имеет неглубокую диффузию под оксидом затвора, соединяя сток и исток и позволяя току течь без смещения затвора. Когда затвор смещен отрицательно (для N-канала), эта диффузия ограничивается результирующим электрическим полем, и устройство перестает проводить.

Рисунок 4 МОП-транзистор с N-канальным режимом истощения

N-канальный JFET состоит из полоски кремния N-типа с соединениями (сток и исток) на каждом конце и диффузией затвора P-типа между ними.Без смещения на затворе ток может течь в канале N-типа ниже диффузионного. Когда затвор смещен отрицательно, зона истощения расширяется, заполняя канал, и ток стока прекращается.

Рисунок 5 JFET-транзистор с N-канальным режимом истощения

ВЫБОР ТРАНЗИСТОРОВ

Для большинства транзисторных приложений общего назначения нам нужны непроводящие устройства с нулевым смещением на управляющем входе (база или затвор). Такими устройствами являются полевые транзисторы BJT или полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения.В оставшейся части этой статьи не будут рассматриваться полевые транзисторы в режиме истощения — хотя они являются ценными компонентами в ряде приложений, они настолько менее распространены, чем BJT и устройства режима улучшения, что отдельный раздел для них на самом деле не нужен, особенно когда большая часть Вопросы, которые мы обсудим, являются общими для всех транзисторов любого типа.

Итак, нам нужен транзистор. Мы знаем, является ли его питание положительным или отрицательным, и поэтому, нужно ли нам устройство с каналом NPN / N или с каналом PNP / P.Но нужен ли нам BJT или MOSFET?

Во многих случаях это не имеет значения. Дискретные полевые МОП-транзисторы, возможно, на десять или двадцать процентов дороже, чем биполярные транзисторы, но им не нужны базовые резисторы, которые стоят дорого и занимают дорогую площадь на плате. Они немного более уязвимы к электростатическим повреждениям ( ESD ) во время обращения, но они не потребляют базовый ток и не нагружают цепи постоянного тока (поскольку они имеют относительно большую входную емкость, они могут вызвать проблемы емкостной нагрузки в более высокочастотных цепях).Когда-то пороговое напряжение затвора (значение В _gs , при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить) составляло несколько вольт, поэтому их нельзя было использовать с очень низкими напряжениями питания, но сегодня пороговые напряжения многих устройств равны сравнимо с базовым напряжением включения 0,7 В кремниевого биполярного транзистора. Так что, где нам нужен усилитель или логический переключатель, нам, вероятно, все равно.

Но вход BJT — кремниевый диод. Мы можем использовать его тепловые свойства для измерения температуры, а его высокий ток при избыточном возбуждении действует как фиксирующая или ограничивающая цепь, поэтому в некоторых схемах мы должны иметь BJT.

В течение примерно двадцати лет журнал Elektor ³ публиковал схемы, созданные на основе транзисторов, которые он называет TUN и TUP («Transistor Universal NPN» и «Transistor Universal PNP»). Эти транзисторы являются кремниевыми планарными BJT, и любой транзистор, который превышает следующие спецификации, соответствует требованиям:

Подходят самые дешевые кремниевые малосигнальные транзисторы.Я должен предложить добавить в список MUN и MUP («универсальный N-канал MOSFET» и «универсальный P-канал MOSFET») — и самые дешевые малые полевые МОП-транзисторы соответствуют этой спецификации:

Большинство версий SPICE содержат стандартные BJT и MOSFET, похожие на эти «универсальные» устройства. Поэтому при разработке системы, содержащей дискретные малосигнальные транзисторы, используйте эти обобщенные схемы на этапе проектирования и выберите наиболее удобный ( i.е. Лучшая комплектация, доступность и невысокая стоимость) при заказе. Однако при публикации или описании дизайна используйте общую терминологию, чтобы было ясно, что точный выбор устройства вряд ли будет иметь значение.

Конечно, многие конструкции не могут использовать эти стандартные устройства — некоторые спецификации должны выходить за рамки простого стандарта. В таких случаях укажите исключения, например: —

MUN кроме выше BV _DS = 250 В

ТУП кроме выше ß = 200

Когда в опубликованном проекте используется конкретный транзистор, разумно подумать, необходимо ли выбранное устройство для этого проекта или это был просто первый транзистор, выпавший из ящика для мусора ⁴ , когда конструктор построил свой прототип ⁵ .Изучите технический паспорт (если транзистор настолько загадочен, что вы не можете найти технический паспорт, изучите схему, в которой он используется): —

1. Есть ли у устройства какие-то необычные характеристики?

2. Используется ли эта характеристика в схеме?

3. Ожидаете ли вы, что схема будет работать с TUN / TUP?

4. Предполагает ли быстрая проверка программного обеспечения (SPICE), что оно будет работать с TUN / TUP?

5. Можно ли предположить, что немного менее быстрая проверка оборудования (макетной платы) будет работать с TUN / TUP?

Если ответы на все вопросы «Да», то, вероятно, будет разумно изучить пункты 1 и 2 немного более внимательно, но если ответы «Нет, нет, да, да, да», почти наверняка безопасно заменить устройство. с общим.

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА

Максимальное напряжение коллектор / сток. BVceo или BVds Если максимальное напряжение питания меньше, чем BV _ceo или BV _ds и нет индуктивной схемы в коллекторе / стоке, которая могла бы создавать более высокие переходные процессы напряжения, и нет внешнего источника сигнала, который мог бы применяться более высоким напряжения, то нам не нужно беспокоиться об этой спецификации.

С другой стороны, существует множество схем, в которых можно ожидать, что транзистор будет работать с высокими значениями В _ce или В _ds , либо в установившемся состоянии, либо в переходных процессах, и очень важно, чтобы там, где это В этом случае выбирается правильный максимум.Старые учебники склонны предполагать, что транзисторы являются устройствами низкого напряжения и что за редким исключением они дороги — полезно помнить, что сегодня

Биполярные транзисторы и полевые МОП-транзисторы с пробивным напряжением более 500 В недороги и легко доступны, хотя коэффициент усиления по току ß высоковольтных биполярных транзисторов чаще находится в диапазоне 40–100, а не = 100 для TUN / TUP. Точно так же пороговое напряжение затвора высоковольтного полевого МОП-транзистора с большей вероятностью будет в диапазоне 2–5 В, а не 500–2000 мВ для MUN / MUP.

Абсолютный максимальный ток коллектора / стока. Ic (max) или Id (max) Максимальный ожидаемый ток коллектора / стока не должен превышать абсолютный максимальный номинальный ток устройства. Учитывая, что значение TUN / etc для этого составляет 100 мА , это маловероятно для схем со слабым сигналом, но если транзистор требуется для подачи питания на нагрузку, необходимо проверить максимальный ток.

Абсолютный максимальный номинальный ток некоторых устройств можно разделить на номинальный ток постоянного (или, возможно, средний) ток и более высокий рейтинг переходных процессов для коротких импульсов.Важно убедиться, что пиковые переходные токи находятся в номинальных пределах.

Большинство малосигнальных транзисторов имеют номиналы I _max , превышающие 100 мА — обычно 300-1000 мА — и многие устройства, которые соответствуют спецификации TUN / и т. Д., Действительно имеют такой рейтинг и могут использоваться при таких средних токах. необходимы. Если требуются более высокие токи, устройства TUN / etc будут неадекватными, и необходимо выбрать устройство питания. При более высоких токах важно соблюдать номинальную мощность, а также номинальный ток, корпусы, вероятно, будут больше, и может потребоваться радиатор.Биполярные транзисторы с более высокими максимальными токами могут иметь более низкие значения ß при больших токах.

Пакеты и мощность. Существует бесчисленное множество различных корпусов транзисторов, от почти микроскопических корпусов для поверхностного монтажа до больших пластиковых и металлических корпусов, способных выдерживать несколько кВт при соответствующем охлаждении. Выберите тот, который наиболее удобен для вашего применения — поверхностный монтаж для массового производства, свинцовый для прототипирования и мелкосерийного производства, где удобна простота ручной пайки, и любой блок питания, подходящий, когда необходимо учитывать рассеивание и радиаторы.

Несколько наиболее распространенных корпусов транзисторов показаны на рис. 6 вместе с парой германиевых транзисторов с германиевым переходом очень ранних британских «красных пятен» (f _t = 700 кГц) в кованых алюминиевых корпусах конца 1950-х годов. («Красные пятна» включены для исторического интереса — в подростковом возрасте автор этой статьи использовал эти транзисторы «Красного пятна», которые были бракованными с производственной линии, производящей устройства, на самом деле имевшие типовые номера — несмотря на то, что они бракованные, они все еще стоили около 1 фунт стерлингов за штуку [более 20 долларов по нынешним ценам] для создания ряда различных радиоприемников и усилителей, а также счетчика Гейгера.)

Рисунок 6 Некоторые корпуса транзисторов

Тепло уходит от большинства корпусов через их выводы, поэтому фактические тепловые характеристики малосигнальных транзисторов зависят как от печатной платы, на которой он установлен, так и от корпуса. Даже самые маленькие транзисторы для поверхностного монтажа могут рассеивать несколько сотен мВт, что намного больше максимального предела, указанного в спецификации TUN / etc. Одно и то же устройство в разных корпусах может иметь разную максимальную мощность — RTFDS ⁶ осторожно.

В корпусах более мощных устройств есть металлические области, обеспечивающие теплопроводность к радиатору, поэтому внимательно ознакомьтесь с характеристиками рассеивания и требованиями к радиатору для этих устройств. Корпус TO-264 на рисунке 6 может рассеивать 2,5 кВт на подходящем радиаторе.

Разные устройства в одном корпусе могут иметь разную распиновку. Важно понимать, что два транзистора с одинаковыми электрическими характеристиками и корпусом могут иметь разные выводы и, следовательно, не могут быть взаимозаменяемыми сразу.На рисунке 7 показаны шесть возможных соединений BJT корпусов TO-92 и SOT-23. Еще в 1990-х автору удалось найти хотя бы одно устройство с каждой из этих выводов, и хотя этот список был утерян, у него нет оснований предполагать, что современные транзисторы менее разнообразны.

Рисунок 7 На корпусе возможно шесть выводов

В высокочастотном дизайне может быть полезно выбрать устройство с распиновкой, которая допускает наименьшее паразитное реактивное сопротивление в разводке печатной платы.

Ток утечки коллектора / стока. Ice0 или Idss0 (иногда называемый «ток отсечки» .) Это небольшой ток утечки, который течет от коллектора к эмиттеру или от стока к истоку, когда транзистор выключен. Обычно он составляет порядка десятков нА, но в таблицах данных иногда устанавливаются довольно большие максимальные значения для худшего случая, чтобы снизить затраты на тестирование. Транзисторы, используемые в качестве переключателей или усилителей очень низкого уровня, следует выбирать для утечки менее 50 нА, но для большинства приложений 200 нА или даже более вполне приемлемы.

Рис.8 Инвертор с очень низким энергопотреблением, использующий полевой МОП-транзистор с малой утечкой.

Инвертор малой мощности, показанный на рисунке 8, является примером схем, требующих очень низкой утечки коллектора / дренажа. Утечка стока 100 нА дает падение напряжения 1 В и выходное напряжение 2,0 В, только на пороге разрешенных уровней логической 1, поэтому в практических конструкциях следует использовать полевые МОП-транзисторы с утечкой стока / истока = 50 нА. (Обратите внимание, что хотя этот инвертор очень маломощный [300 нА = 0.9 мкВт, когда транзистор включен], это также очень медленно — при условии, что выходная емкость транзистора плюс емкость дорожки плюс входная емкость следующего каскада составляет 20 пФ , что не является необоснованным, время нарастания у него составляет около 0,2 мс, а не проблема для приложений постоянного тока, но бесполезна даже для цепей переключения средней скорости.)

Текущее усиление. ß или hfe Коэффициент усиления по току BJT — это отношение тока коллектора к току базы, когда устройство не находится в режиме насыщения ( i.е. , напряжение коллектор / база положительное [для устройства NPN]). ß обычно довольно постоянен в широком диапазоне токов, но он может быть немного ниже при очень низких базовых токах и почти наверняка начнет падать, когда ток коллектора приблизится к своему абсолютному максимальному значению. Поскольку это соотношение, это безразмерная величина.

TUN и TUP имеют ß = 100, но сильноточные и высоковольтные BJT могут иметь несколько более низкие (= 40 или 50) минимальные заданные значения.

Рисунок 9 Транзисторный (BJT или MOSFET) эмиттер / истоковый повторитель

Выходной каскад эмиттерного повторителя / истокового повторителя, показанный на рисунке 9, одинаково точен как с BJT, так и с MOSFET.В простых эмиттерных повторителях предполагается, что напряжения база / эмиттер или затвор / исток В, _, или В, _gs остаются постоянными, обеспечивая фиксированное смещение между входным напряжением и напряжением нагрузки, но в более точных схемах. обратная связь может быть получена от соединения эмиттер (источник) / нагрузка.

Рисунок 10 Поскольку базовый ток не течет по их выходам, BJT менее точны, чем полевые транзисторы, как токовые выходные каскады.

Поскольку часть эмиттерного тока должна протекать в базе, коллекторный и эмиттерный токи BJT не идентичны, что означает, что токовый выходной каскад на рисунке 10 должен быть выполнен с использованием MOSFET, а не BJT, поскольку MOSFET имеют практически нулевой ток затвора. .

Прямая крутизна. gfs Прямая крутизна полевого транзистора — это отношение ΔI _ds / ΔV _gs , когда устройство включено и цепь стока не ограничена по току. Он измеряется в сименсах (S) (или, для традиционалистов среди нас, в mhos или обратных омах [Ʊ], которые являются устаревшим названием и символом для одного и того же). Малосигнальные полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы могут иметь значение g _fs всего в несколько мс, но более крупные могут иметь усиление от больших долей сименса до нескольких сименсов и более.

Как правило, изменения напряжения затвора на несколько вольт достаточно для изменения тока стока с минимального (выключенного) до его абсолютного максимального значения. Также важно знать, при каком напряжении на затворе начинается проводимость — см .:

Пороговое напряжение затвора. Vgs (th) Пороговое напряжение затвора полевого МОП-транзистора — это напряжение затвора / истока, при котором правильно смещенный сток начинает потреблять ток. Определение «запусков» будет указано в листе данных и может составлять всего несколько мкА, но более вероятно, что оно будет определено как 1 мА или даже больше для полевого МОП-транзистора высокой мощности.Выше этого порогового значения ток стока будет очень быстро расти с небольшим увеличением напряжения затвора.

Если полевой МОП-транзистор должен управляться логикой, важно, чтобы его пороговое напряжение было выше наихудшего значения логического 0 в диапазоне температур схемы, которое, вероятно, составит не менее нескольких сотен мВ , иначе может начать включаться, когда он должен быть выключен.

Напряжение насыщения. Vce (sat) Когда BJT включается достаточно сильно, чтобы падение напряжения на его нагрузке коллектора было достаточным для понижения потенциала коллектора ниже потенциала базы (другими словами, переход база-коллектор смещен в прямом направлении), это называется насыщенный .Это напряжение насыщения не пропорционально току коллектора, поэтому модель насыщенного транзистора — это не просто сопротивление между его коллектором и эмиттером.

Два примера важности низкого напряжения насыщения:

[A] В классической логике TTL каждый входной сигнал направляет 1,6 мА в управляющий им выход логического 0. При полном разветвлении 10 это означает, что выходной транзистор TTL может потребоваться для потребления около 16 мА с напряжением насыщения не более 400 мВ .

[B] Когда силовой BJT используется для переключения сильноточных нагрузок, его рассеяние для данного тока нагрузки пропорционально его напряжению насыщения. Чем ниже напряжение насыщения, тем меньше тепла необходимо отводить от транзистора.

Обратите внимание, что когда вы снимаете входной привод с насыщенного транзистора, возникает задержка (обычно нсек или десятки нсек, но может быть больше), прежде чем он начнет отключаться. Это его время восстановления насыщения и может быть указано, при четко определенных условиях, в его техническом паспорте.

О сопротивлении. Полевые МОП-транзисторы Ron не насыщаются, потому что они являются основными носителями. Когда они включены с напряжением затвора, значительно превышающим пороговое напряжение затвора, они ведут себя как резисторы с низким сопротивлением, и их на сопротивлении указано в их технических характеристиках. Применяется закон Ома — падение напряжения пропорционально току и включенному сопротивлению, а их рассеяние составляет I ² R.

Коэффициент шума. NF Большинство применений транзисторов имеют относительно высокий уровень шума, и шум не является проблемой.Но если это проблема, то это критически важно. Многие транзисторы, как BJT, так и FET, имеют коэффициент шума, указанный и гарантированный их производителями. При сравнении коэффициентов шума различных устройств очень важно, чтобы коэффициенты шума измерялись при одинаковом импедансе источника. Если транзисторы предназначены для использования в радиосистемах, вероятно, что их NF будет измерена при 50 Ом, поэтому сравнение простое, но бессмысленно сравнивать NF двух устройств, у которых NF были измерены при разных импедансах.В документе, относящемся к более ранней версии RAQ ⁷ , подробно рассматриваются эти и другие проблемы шума, и к нему следует обращаться, если вам интересна эта тема.

Частота перехода. ft f _t BJT — это частота, на которой коэффициент усиления по току при коротком замыкании (на ВЧ) на выходе равен единице. Опять же, я не предлагаю обсуждать, как это можно измерить ⁸ , а просто хочу заметить, что f _t — наиболее широко используемый показатель качества для сравнения частотной характеристики биполярных транзисторов.Большинство TUN и TUP будут иметь f _t значительно выше минимума 100 МГц , но транзисторы высокой мощности и высокого напряжения часто будут иметь довольно низкие значения.

Полевые транзисторы представляют собой крутильные устройства с бесконечно малым входным постоянным током, поэтому неправильно учитывать их усиление по постоянному току. Но поскольку они имеют входную емкость (C _gs ) от пФ до сотен пФ , их емкостное входное сопротивление относительно низкое на ВЧ, поэтому их входной ток ВЧ может быть измерен, а их значение f _t получено.Иногда лист данных FET или MOSFET будет содержать значение f _t , полученное таким образом, и его, безусловно, допустимо использовать, если доступно, для оценки частотной характеристики FET, но обычно скорость полевых транзисторов указывается с точки зрения переключения раз.

Время переключения. t (on) & t (off) Большинство полевых транзисторов и многие BJT имеют спецификации времени переключения, определяемые как время, затрачиваемое на определенные условия (RTFDS ⁹ ) для повышения выходного тока от нуля до указанного значения, или вернуться к нулю соответственно.Предполагается, что сигнал переключения является мгновенным (юридическая фикция) или определяется как несколько нсек. Сравнение времени переключения — надежный способ сравнения относительных скоростей транзисторов при условии, что они испытываются в аналогичных условиях.

Емкости. C _?? С транзистором связаны три емкости: входная емкость C _в , выходная емкость C _{на выходе} и емкость Миллера ¹⁰ (или обратная связь) C _fb .Разные производители используют разные названия (поэтому C _? в заголовке), но какое именно название должно быть ясно видно из рисунка 11.

Рисунок 11 Паразитные емкости транзисторов (разные производители используют разные названия / символы)

Как мы уже видели, полевые транзисторы, особенно силовые полевые МОП-транзисторы, могут иметь значения Cin до 1 нФ или даже больше, хотя малосигнальные полевые МОП-транзисторы будут иметь гораздо меньшие значения, вероятно, в диапазоне 15-50 пФ .Однако при проектировании схем, где такая емкость может влиять на время нарастания или стабильность схемы, важно убедиться, что конструкция учитывает такие значения и что устройства выбираются с емкостями, допускаемыми конструкцией схемы.

ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА

Итак, нам нужен транзистор для конструкции. Как мы выбираем?

Было бы неплохо иметь базу данных по каждому транзистору в мире, прикрепленную к электронной таблице, чтобы после ввода предельных значений каждого важного параметра мы видели список каждого из них, который соответствует нашим требованиям.К сожалению, составить такой список невозможно — он огромен и будет меняться день ото дня по мере появления новых транзисторов и устаревания старых. Однако такие дистрибьюторские компании, как Avnet, Arrow, Digi-Key, Mouser, Premier Farnell и RS Components имеют на своих веб-сайтах системы параметрического поиска ¹¹ , которые позволяют нам делать то же самое с тем преимуществом, что, хотя они и не показывают все устройства в мире, те, которые они показывают, вероятно, будут легко доступны.У многих производителей тоже есть такие параметрические поисковые системы, которые даже более актуальны, но преимущество дистрибьюторских систем в том, что они позволяют нам сравнивать устройства многих производителей на одном сайте и, как правило, также дают некоторое представление фактической доступности.

Итак, ответ на вопрос — составить список необходимых параметров и выйти в онлайн. Поисковая система каждого дистрибьютора немного отличается, и, конечно, акции каждого дистрибьютора (и, возможно, цены) также различаются, поэтому, вероятно, лучше использовать более одного и сравнить результаты.

Мы уже обсудили, какие параметры выбрать, но суммируем основные по порядку: —

Полярность: — Канал NPN / N или Канал PNP / P?
Тип: — BJT или FET?
Рабочее напряжение: — Выберите минимальное безопасное значение BV _ceo или BV _ds (Также может быть хорошей идеей выбрать максимальное значение, так как транзисторы с очень высоким напряжением могут иметь более низкое значение. gain и выше V _{ce (sat)} или R _на и обязательно будут немного дороже.)
Максимальный ток: — Выберите значение = 33% выше максимального ожидаемого тока коллектора / стока. (Возможно, вам придется учитывать пиковые переходные токи, а также максимальные токи в установившемся режиме.)
Пакет: — Какой корпус, и распиновка , вам нужен? (Если устройство поставляется в нескольких упаковках, абсолютный максимальный ток и номинальная мощность могут отличаться в зависимости от пакет выбран — проверьте это. Также в руководстве по параметрическому выбору может не быть деталей о распиновке.)
Мощность: — Какое максимальное рассеивание? (Помните, что выключатель рассеивает очень мало энергии в выключенном состоянии, а когда он включен, большая часть мощности приходится на нагрузку, а не на сам выключатель.Во время переключения рассеиваемая мощность выше, но это важно только в том случае, если устройство постоянно переключается с высокой скоростью.)

Каждый раз, когда мы выбираем транзистор, необходимо определять указанные выше параметры. Остальные могут иметь решающее значение для одних приложений и не иметь значения для других, поэтому вы должны решить для себя, какие из них имеют значение для вашего приложения, и выбрать устройства, которые соответствуют вашим требованиям. Рассмотрите весь оставшийся список, но укажите только те, которые вам действительно интересны: —

Ток утечки: — I _ce0 или I _ds0
Коэффициент усиления по току: — ß или h _fe — Для некоторых приложений требуется ß = 100
Крутизна: — г _FS — Редко требуется подлежит уточнению.
Пороговое напряжение затвора: — В _{gs (th)} — Оно должно быть совместимо с уровнями любой логики, используемой для управления MOSFET в качестве переключателя, и не должно быть слишком большим, если MOSFET используется с низкое напряжение питания.
Напряжение насыщения: — В _{ce (sat)} — Важно только тогда, когда BJT используется в качестве переключателя (логического или силового).
При сопротивлении: — R _на — Важно, когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя питания, но не обычно в усилителях или логических приложениях
Коэффициент шума: — NF — Важно только в усилителях (очень) малых сигналов или малошумящие генераторы.
Частота перехода: — f _t — Важна только в ВЧ усилителях или генераторах.
Время переключения: — t _(вкл.) & t _(выкл.) Этот параметр редко имеет значение, за исключением транзисторов, используемых в быстрых логических интерфейсах и быстром переключении мощности.
Емкость: — C _в , C _вне и C _fb (или их версии от разных производителей). Эти параметры редко нужно указывать для приложений LF BJT, но поскольку полевые МОП-транзисторы могут иметь довольно большой C _в имеет смысл помещать значения наихудшего случая в SPICE-модели схем с дискретными полевыми МОП-транзисторами, чтобы гарантировать, что их емкость не является проблемой.

Когда вы введете выбранные вами параметры в поисковую систему, вы, если повезет, получите список устройств с нужными вам характеристиками. Если вы уверены, что правильно выбрали параметры, выберите от пяти до десяти самых дешевых, которые есть в наличии. Сделайте то же самое с еще парой поисковых систем дистрибьюторов, а затем сравните свои списки. Вы должны обнаружить, что они похожи — в таком случае выберите самое дешевое устройство, доступное у большинства поставщиков.

Получите SPICE-модель этого устройства и убедитесь, что она совместима с SPICE-симуляцией вашей конструкции.Если это так, создайте прототип оборудования с этим устройством и также проверьте его производительность. Если все в порядке, вы выбрали транзистор.

Однако, когда вы публикуете свой дизайн или отправляете его в производство, не указывайте устройство, которое вы выбрали, как если бы это был единственно возможный выбор. Спецификация должна выглядеть примерно так: «Транзистор TR3 представляет собой N-канальный MOSFET в корпусе TO-92 (распиновка s- g -d на контактах 1-2-3), его BV _ds0 должен быть не менее + 25V, I _{ds (max)} не должно быть меньше 250 мА , V _{gs (th)} должно быть в пределах 600 мВ — 1.8V и C _в должны быть меньше 65 пФ . Большинство полевых МОП-транзисторов, отвечающих этому описанию, должны работать в этой схеме, но анализ SPICE и создание прототипов были выполнены с помощью 2Nxxxx. Анализ SPICE 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa показывает, что эти устройства также должны работать хорошо, но многие другие NMOSFET-транзисторы с аналогичными характеристиками также могут быть удовлетворительными ». Конечно, вам действительно стоит провести SPICE-анализ 2Nyyyy, 2Nzzzz и VNaaaa, которые, конечно же, будут одними из самых дешевых и наиболее доступных устройств из вашего списка.

Аналогичная процедура применяется, если проект, который вы хотите использовать, требует 3N14159. и вы не можете его найти. Если у вас есть его данные, изучите схему и решите, какие из параметров устройства важны. Если вы не можете найти его данные, изучите схему и попытайтесь определить, какие параметры транзистора необходимы для правильной и безопасной работы. Попробуйте симуляцию SPICE, чтобы проверить работоспособность, но будьте немного консервативны при выборе бездымных (, т.е. безопасных — он не взорвется) значений напряжения пробоя, тока и мощности, поскольку это не ваша конструкция, и может быть что-то вы упускается из виду.Используйте выбранные вами значения в параметрическом поиске с последующей проверкой программного и аппаратного обеспечения, как описано выше. Если все пойдет хорошо, у вас есть запасные части для 3N14159, и вам не придется ехать в Тимбукту.

Джеймс Брайант Калшот — Англия Апрель 2014 г.

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Список литературы

[1] Джулиус Лиллиенфилд — Заявка на патент Канады CA272437 (1925) / Патент США US1745175 — Способ и устройство для управления электрическими токами 1930-01-28

[2] Shockley, Brattain & Bardeen — Bell Telephone Labs 1947 г.
Джон Бардин и Уолтер Браттейн: — Патент США US2524035 — Трехэлектродный элемент схемы с использованием полупроводниковых материалов 1948-02-26 (выпущен 1950-10-03)
Уильям Шокли: — Патент США US2569347 — Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал, 1948-06-26 (выдан 25.09.1951)

[3] http: // www.elektor.com/

[4] У каждого инженера должна быть коробка с использованными компонентами, оставшимися от предыдущих проектов, в качестве источника внезапно необходимых деталей для новых. В идеале у них должен быть разумный набор вещей, но не настолько, чтобы их было трудно искать. Спичечный коробок слишком мал, 40-футовый интермодальный контейнер обычно слишком велик (если вы не морской инженер, работающий на морских буровых установках).

[5] Разработчики интегральных схем делают это слишком часто при написании таблиц данных.Вместо того, чтобы указывать общую часть, они указывают ту, которую они фактически использовали — это был предварительный образец патагонского стартапа, который обанкротился в 1976 году, или что-то столь же нелепое. Это одна из причин высокого уровня безумия среди людей. инженеры-прикладники, которые должны убедить клиентов в том, что использование заменителя на самом деле не является признанием поражения и не может ускорить Армагедон или дождь из лягушек и рыб.

[6] «Прочтите Friendly Data Sheet!»

[7] В этих ссылках обсуждается тепловой шум и коэффициенты шума в контексте резисторов и операционных усилителей, но физика в равной степени применима и для транзисторов.

http://www.analog.com/en/high-speed-op-amps/low-noise-low-distortion-amplifiers/products/raq_jb_resistor_noise_can_be_deafening_issue25/resources/faq.html?display=popup

http://www.analog.com/en/all-operational-amplifiers-op-amps/operational-amplifiers-op-amps/products/RAQ_JB_Op_Amp_Noise_can_be_Deafening_Too_Issue26/resources/faq.html?display=popup

http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_opAmpNoise2.html

[8] Cadence отлично справляется с работой по адресу
http: // www.cadence.com/Community/blogs/rf/archive/2008/07/16/measuring-transistor-ft.aspx

[9] «Прочтите дружественный технический паспорт»

[10] Назван в честь Джона Милтона Миллера, который впервые описал его эффекты в 1920 году.

https://en.wikipedia.org/wiki/John_Milton_Miller Миллер, конечно, работал с термоэмиссионными клапанами (лампами), но название и эффект до сих пор актуальны для полупроводниковых триодов (БЮТ и полевые транзисторы).

[11] Источники транзисторов
https: // avnetexpress.avnet.com/store/em/EMController/Discrete/Bipolar-Transistor/GP-BJT/_/N-100083?action=products&cat=1&catalogId=500201&categoryLink=true&cutTape=&inStock=&langId=-1&myCatalog=&ropi=html = & storeId = 500201 & term = & topSellers = & categoryLink = true и
https://avnetexpress.avnet.com/store/em/EMController/Discrete/Transistor/MOSFET/_/N-100099?action=products&cat=1&catalogId=500201&category&categoryLink=tape & inStock = & langId = -1 & myCatalog = & npi = & proto = & RegionalStock = & rohs = & storeId = 500201 & term = & topSellers = & categoryLink = true

http: // компоненты.arrow.com/semiconductor-discrete/transistors/ и
http://components.arrow.com/part/search/%5E7/42/855?region=na&whereFrom=gnav и
http://components.arrow.com/ part / search /% 5E7 / 42/942? region = na & whereFrom = gnav

http://www.digikey.com/product-search/en/discrete-semiconductor-products/transistors-bjt-single/1376376?k=transistor и
http://www.digikey.com/product-search/en / Discrete-Semiconductor-Products / Fets-Single / 1376381? k = транзистор

http: // www.mouser.com/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/Transistors-Bipolar-BJT/_/N-ax1sh/ и
http://www.mouser.com/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/MOSFET/_/N- ax1sf /

http://uk.farnell.com/transistors-bipolar-bjt-single и http://uk.farnell.com/mosfets

http://uk.rs-online.com/web/c/semiconductors/discrete-semiconductors/bipolar-transistors/ и
http://uk.rs-online.com/web/c/semiconductors/discrete-semiconductors/ МОП-транзисторы /

2.Учебное пособие по Multisim с использованием схемы на биполярном транзисторе — моделирование и проектирование схемы с использованием Multisim 1.0 документация

Обновлено 10 февраля 2014 г.

Это краткое руководство для обучения студентов ELEC 2210, как используйте Multisim для моделирования схемы биполярного транзистора. Написано так, что никаких предварительных знаний Multisim не требуется.

Мой опыт преподавания SPICE и Multisim в ELEC2210 это живые уроки, сделанные в классе оказался самым эффективным по сравнению с письменными учебниками и видеоуроками, и это то, на что мы будем полагаться в более поздней части этого класса для КМОП схем.Я все равно предоставлю встроенные скриншоты в примечаниях к соответствующим главам.

С Multisim нет бесплатной версии, это затрудняет обучение в классе. Если вы приобрели студенческую версию, вы можете принести свой ноутбук. для класса.

Multisim доступен в ECE 308 и 310 компьютерных лабораторий с драйверами Элвиса. Также имеется в подвале. колледж инженерных компьютерных лабораторий, он может не иметь водители Элвиса. Это, вероятно, означает, что все другие инженерные компьютерные лаборатории должны тоже есть, т.е.грамм. в лабораториях Shelby или Aerospace.

Это в некоторых случаях проще в использовании, чем другие тренажеры на базе SPICE, например Перец, но может быть труднее использовать в других случаях. Одна практическая причина использования Multisim в том, что он поддерживает моделирование виртуальных инструментов, который будет полезен как новые лаборатории 2210 используют новый прототип NI ELVIS II + печатная плата.

2.1. Цель

1. Введение в использование Multisim для SPICE-подобного моделирования схем
2. Схема захвата
3. Схема анализа с примерами развертки по постоянному току
4. Вложенные развертки (используйте источник 2)
5. Контроль выхода с помощью графитового устройства
6. Редактирование параметров модели биполярного транзистора
7. Анализ ВАХ биполярных транзисторов

2.2. Требуемые предыдущие учебные пособия по Multisim

Нет.

2.3. Начало работы

Сначала запустите Multisim из программ — это будет зависеть от конфигурация вашего ПК, ниже приведен пример запуска Multisim:

Рисунок 1: запуск Multisim

Среда разработки должна появиться следующим образом:

Новый файл дизайна со значением по умолчанию «Дизайн 1» создается с помощью пустой лист схемы, также называемый «Проект 1». Слева находится панель навигации.

Обратите внимание на панели инструментов стандартных компонентов, панель инструментов виртуальных компонентов и панели инструментов виртуальных инструментов. В учебных целях мы сначала будем использовать виртуальные компоненты. К сожалению, по умолчанию панель виртуальных компонентов не отображается, поэтому нам понадобится чтобы включить это следующим образом:

Эти панели инструментов пригодятся при размещении компонентов и сэкономят много времени. набор текста, прокрутка, поиск и щелчок.

2.4. Схема захвата

2.4.1. Размещение компонентов

2.4.1.1. Реальные и виртуальные компоненты

Любая деталь, которую можно разместить на схеме, называется компонентом. Есть как настоящие, так и виртуальные компоненты:

• реальный компонент привязан к детали, которую вы можете купить, и у них есть свойства, которые нельзя изменить, например бета транзистора. У них также есть известный и фиксированный физический размер, который будет важно учитывать, если мы собираемся построить печатную плату (PCB). Нам нужно будет использовать реальный компонент, когда моделирование схемы с помощью детали, которую мы используем в физической лаборатории, например.грамм. 2N3904 биполярный транзистор.
• виртуальный компонент предназначен только для моделирования. Например, виртуальный транзистор может иметь любую бета-версию, например 100, 200 или 10, или 4.2210 — это мы так хотим. Мы можем моделировать конструкции с непрерывными даже гипотетическими значениями параметры. Виртуальный компонент также особенно полезен для обучение и преподавание, поскольку мы можем использовать упрощенные параметры модели, чтобы облегчить сравнение между теория первого порядка и схемотехническое моделирование.

2.4.1.2. Процедуры

Обычно можно использовать панель инструментов компонента для поиска компонентов. Для этого урока воспользуемся панелью инструментов виртуального компонента.

Давайте теперь разместим несколько компонентов, чтобы мы могли смоделировать выходные кривые биполярного транзистора.

1. Разместите виртуальный транзистор NPN следующим образом:

   Рисунок 4: размещение виртуального NPN-транзистора

2. Поместите источник постоянного тока, который мы будем использовать для подачи базового тока, следующим образом:

   Рисунок 5: разместить базовый источник тока

   В последней версии Multisim удалено «VIRTUAL» из названия виртуальные части.Снимок сделан с предыдущей версии.

3. Поместите источник постоянного напряжения, который мы будем использовать для установки напряжения коллектор-эмиттер VCE, как показано ниже:

   Рисунок 6. Поместите источник постоянного напряжения VCE

4. И последнее, но не менее важное: место следующим образом:

   Рисунок 7: Заземление

5. Выберите и перемещайте компоненты по своему вкусу.

   1. Щелкните отдельный компонент, чтобы выбрать его.Esc, чтобы отменить выбор.
   2. Удерживайте Shift, затем щелкните, чтобы выбрать несколько компонентов.

Источник напряжения постоянного тока — это источник постоянного тока в Multism

Источник постоянного напряжения на самом деле называется источником постоянного тока. если ты воспользовавшись функцией поиска и набрав источник постоянного напряжения, поиск будет не вернули никакого результата.

Всегда кладите землю!

Земля находится под Power_sources в Multisim. Как и другие симуляторы схем на основе SPICE, обязательно иметь надлежащее заземление, которое является ориентиром для всех смоделированные узловые напряжения.Эта земля известна как узел 0 в большинстве симуляторов на основе SPICE.

2.4.2. Электропроводка

Электромонтаж очень прост и особенно сложно в Multisim. Шанс это то, что вы сначала найдете проводку проще или проще, чем другие программы, которые вы использовали раньше, по крайней мере для простые схемы. Когда курсор находится рядом с неподключенным концом любого компонента, он превратится в маленькую черную точку соединения и перекрестие. Щелчок на конце компонента запускает проводку.Переместите курсор туда, куда вы хотите его подключить. Прокладка провода по умолчанию автоматический, но возможна ручная настройка.

Очень важным ограничением является то, что один из двух выводов или концов компонентов, которые вы пытаетесь провода вместе должны быть неподключенными . Если оба контакта подключены, что может легко произойти, вы столкнетесь с проблемой того, что существующие соединения сломан по мере добавления новой проводки. Я воспользовался проблема в течение 3 минут после первого изучения Multisim, весна 2011 г., при оценке Multisim и NI Elvis для нашего потенциального обновления лаборатории ECE.К счастью, было найдено решение, которое мы адрес в другом руководстве. Сейчас я хочу тебя чтобы знать об этой проблеме, если вы с ней столкнетесь.

Чтобы решить проблему, рекомендую всегда найти и сначала нажмите на клемму неподключенного компонента для подключения .

Подключите компоненты вместе следующим образом:

Рисунок 8: Схема для моделирования выходной кривой принудительного IB

2.4.3. Используйте лучшие сетевые имена

Хорошая практика моделирования схем состоит в том, чтобы обозначать узлы схемы (цепи) осмысленно.По умолчанию все узлы именуются численно или с некоторыми условности понимаются только сама программа. В этом случае мы хотим переименовать базовый узел b и узел-сборщик c. Таким образом, позже мы можем ссылаться на базовое напряжение через v (b) в выражениях, так что мы не нужно помнить, что узел 2 является базовым узлом. Позже в сложных логических элементах CMOS, где у нас может быть 20 или 30 цепей, это не будет можно даже попытаться запомнить значения всех сетей по номерам.

Лучший способ просмотреть всю информацию о сетях — это перейти на вкладку «Сети» в в виде электронной таблицы, как показано ниже:

Рисунок 9: вид сетей в виде таблицы

Просто щелкните имя сети, чтобы внести изменения, включая имя и цвет.Изменение цвета понадобится позже. А пока давайте просто изменим имя следующим образом:

Рисунок 10: процедуры изменения имени сети

Ваша схема теперь выглядит так:

Рисунок 11: Схема со значимыми именами цепей

2.4.4. Изменить значения компонентов

Часто необходимо изменить значения компонентов по умолчанию. Например, параметры модели транзистора должны быть изменено, о чем мы поговорим подробнее ниже. На данный момент мы замечаем значение по умолчанию для текущего источника, который мы используем для привода базы — 1А, что слишком много для большинства, если не для всех транзисторы.Давайте для начала изменим это значение на 1uA. Как правило, двойной щелчок по компоненту открывает окно для изменение значений его свойств. Попробуйте это на базе текущего источника:

Рисунок 12: Схема с понятными именами цепей для базового тока 1 мкА

Давайте использовать параметры модели транзистора по умолчанию, чтобы продолжить I-V моделирование. Мы скоро вернемся к модели транзистора.

2.4.5. Общий монтаж

Большая часть обычных привязок клавиш редактирования в другие компьютерные программы будут работать в Multisim, в том числе:

• Ctrl + C для копирования
• Ctrol + X для резки
• Ctrl + V для пасты
• Удалить для удаления
• Ctrl + Z для отмены
• Ctrl + Y для повтора
• Ctrl + S для сохранения

Когда несколько экземпляров существующего компонента, e.грамм. земля или источник напряжения, необходимы. Мы можем использовать Копировать и Вставить.

2,5. Анализ развертки постоянного тока

Хотя Multisim предоставляет такие «инструменты», как моделирование, мы рассмотрим потом, у этих «инструментов» часто есть ограничения. У нас может быть больше контроль или гибкость с помощью анализа в разделе «Моделирование». Это близко к анализу в других симуляторах на основе SPICE.

Один из лучших способов понять работа транзистора или схемы состоит в том, чтобы изучить, как интересующий результат реагирует на изменение возбуждения.Для рассматриваемого NPN-транзистора мы хотим изучить, как выходной ток, в данном случае, ток коллектора, изменяется, когда напряжение коллектор-эмиттер VCE, которое устанавливается V1, развертки говорят от 0 до 1 В для заданного фиксированного базового тока 1 мкА, мы устанавливаем ранее. Этого можно достичь, развернув V1 и выполнив DC анализ на каждом V1.

2.5.1. Развертка с одним источником

Процедуры развертки V1 (VCE) для данного I1 (IB) следующие:

1. Из главного меню, выберите Simulate -> Analyses -> DC Sweep следующим образом:

   Рисунок 13: поиск настройки развертки по постоянному току

2. Настройте вкладку «Параметры анализа» следующим образом:

   Рисунок 14: Настройка развертки по постоянному току для кривой Ic-Vce моделирование под одним входом Ib

3. Щелкните вкладку Выход, выберите I (Q1 [IC]), нажмите Добавить, чтобы добавить его в Выбранная переменная для анализа, как показано ниже:

   Рисунок 15: Настройка вкладки выхода развертки постоянного тока для моделирования кривой Ic-Vce

4. Щелкните Simulate, окно графического редактора появится после завершения моделирования, показывает выбранный нами ранее вывод, IC of Q1:

   Рисунок 16: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА

5. Вы можете изменить черный фон, нажав на следующий значок, как показано ниже:

   Рисунок 17: как изменить фон графика

   Рисунок 18: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА с белым фоном

Практика

Изобразите VBE и VBC на другом графике.Обратите внимание, что эмиттер заземлен. Вам нужно будет использовать выражения для вычисления VBC.

Решение

В Grapher выберите из меню, График -> Добавить кривые из последних результатов моделирования. Появится новое окно. Отметьте К новому графику. Добавьте выражения. Ваш результат должен выглядеть так:

Рисунок 19: Vbe и Vbc, два смещения перехода как функция VCE для Ib = 1uA

В этом случае наличие значимых имен цепей значительно упрощает построение выражений.

2.5.2. Вложенный двухуровневый анализ

Мы получили график зависимости IC от VCE для данного IB. Затем мы хотели бы знать, как эта кривая изменяется при изменении базового тока. Что нам нужно сделать, так это повторить приведенную выше развертку постоянного тока V1. для разных значений I1, который контролирует IB.

Для этого просто вернитесь на вкладку «Параметры анализа», и проверьте использование источника 2. Затем установите начало, остановку и приращение второй источник, в данном случае I1, как показано ниже:

Рисунок 20: как сделать вложенную двухуровневую развертку по постоянному току, IC-VCE для нескольких IB, например

Результатом является семейство кривых IC-VCE для указанной базы. токи:

Рисунок 21: Выходные кривые IC-VCE для нескольких IB

Примечание

Красные прямоугольники добавлены не графическим редактором.

Легенды внизу указывают значения второй источник, в данном случае I1 или IB.

Имя вкладки и заголовок можно изменить. Вы можете масштабировать по вертикали и горизонтали с помощью инструментов масштабирования.

2,6. Моделирование устройства

2.6.1. Почему моделирование

Нет никаких сомнений в том, что компьютерное моделирование с использованием Программы, подобные SPICE, такие как Multisim, абсолютно необходимы. Однако точность моделирования схем составляет лишь хорошо, как точность моделей устройств, используемых внутри для описания электрических характеристик устройства.

Самая большая ошибка схемотехнического моделирования — это отсутствие необходимого внимания к моделированию устройства. Слишком часто студенты и инженеры просто Предположим, что модели были загружены из Интернета или получены другими способами. находятся исправить для устройств, которые они используют для построения цепей, то есть модели могут точно воспроизводить измеренные электрические характеристики при по крайней мере, для рассматриваемого условия смещения и частоты срабатывания. К сожалению, в большинстве случаев такие модели НЕ проходят тщательную калибровку по измеренные электрические характеристики.

Извлечение или иногда корректировка параметров необходима модель устройства, соответствующая измерениям . Как только у нас есть откалиброванная модель устройства, наши результаты моделирования схемы будут довольно точный. Одно из направлений моих исследований — моделирование устройств, которое включает не только извлечение параметров модели для соответствия измеренным данным, но и разработка новые модели, основанные на физике, когда существующие модели просто не работают, как бы параметры извлекаются. Мой последний проект по моделированию устройств — успешно разрабатывать новые модели транзисторов, позволяющие проектировать интегральные схемы на широкий температурный диапазон от 43К до 393К.Модели использовались для разработать интегрированную электронику, которая может работать в космосе без теплых боксов.

Ну и что делать, если у меня нет хорошей модели? Скорее всего, результат моделирования просто мусор. Многие называют эту фигню мусором.

В нашей лекции я попытался объяснить основы физики твердого тела биполярного транзистора и разработка основные уравнения I-V, которые лежат в основе модели биполярных транзисторов, используемые во всех имитаторах схем. У вас есть знания, чтобы понять основную модель транзистора. уравнения и список параметров.

Вы можете задаться вопросом, как универсальная модель виртуального транзистора может представлять любой транзистор? Я задавался вопросом, будучи второкурсником. Ответ: не может возможно так и сделаю. В так называемых реальных компонентных транзисторах часто используются одни и те же уравнения модели транзистора, но с разными параметрами модели, извлеченными для этого транзистор. Однако в целом серьезные дизайнеры по-прежнему откалибровать параметры модели по измерениям. Если калибровка невозможна, по крайней мере мы хотим выяснить, соответствует ли моделирование измерению характеристик представляет интерес.

В качестве первого шага к успешному моделированию схем, мы хотим знать, как узнать, какая модель устройства используется в нашем симуляторе, и как изменить параметры модели. Например, мы можем измерить прямое бета BF транзистора и обратное бета BR, ток насыщения IS и поместите их в Multisim, а не полагайтесь на общие значения по умолчанию для биполярного транзистора.

2.6.2. Редактирование параметра модели в Multisim

Для редактирования параметров модели транзистора,

1. дважды щелкните транзистор

2. нажмите Изменить модель

   Рисунок 22: как редактировать параметры модели транзистора

Первая запись в таблице параметров модели — IS, ток насыщения.Вторая запись — BF, форвардная бета. Третья запись — NF, фактор идеальности продвижения вперед, неправильно названный. «Коэффициент выбросов прямого тока». Вы также можете увидеть обратную бета-версию BR и обратный коэффициент идеальности NR.

Как видите, модель транзистора имеет намного больше параметров, чем то, что мы используем. в ручном анализе.

Здесь вы можете редактировать значение параметра модели.

В одной конструкции можно использовать несколько разных транзисторов. Они потребуются разные параметры модели.Важно знать, какие параметры использует каждый транзистор.

Самый удобный способ изучения моделей и / или параметров каждой модели транзистор используется для просмотра списка соединений.

В главном меню выберите вид -> Spice Netlist Viewer. Появится окно списка соединений. Вы можете скопировать список соединений в буфер обмена. Список соединений для вышеуказанной схемы показан ниже:

 ** bjt_tutorial **
*
* Экспорт NI Multisim в список соединений SPICE
* Создано: GuofuNiu
* Вс, 5 июня 2011 г. 23:08:39
*

* ## Компонент Multisim V1 ## *
vV1 c 0 постоянного тока 12 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Multisim Component I1 ## *
iI1 0 b постоянного тока 1e-006 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Компонент Multisim Q1 ## *
qQ1 c b 0 IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1


.МОДЕЛЬ IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1 NPN
+ IS = 1e-015 VAF = 1e + 030 IKF = 1e + 030 BR = 10 VAR = 1e + 030 IKR = 1e + 030 IRB = 1e + 030
+ RBM = 0 VTF = 1e + 030
 

Вы можете заметить, что список параметров не такой длинный, как в таблице параметров модели, которую мы видели ранее. Это просто потому, что только параметры с значения, отличные от значений по умолчанию, необходимо быть заявленным. Если параметр не отображается, он принимает значение по умолчанию.

2.7. Проблемы с домашним заданием и их решения

Лучший способ научиться — это экспериментировать.Ниже приведены некоторые домашние задания. Тебе понадобится использовать выражение.

2.7.1. Домашние задания

Используйте Virtual NPN, отредактируйте модель так, чтобы IS = 1e-15, BF = 200, BR = 10. Сначала прочтите (и следуйте) новое руководство. Выполните следующие задачи моделирования и построения графиков. Вам необходимо создать принципиальную схему, которая спроектирован таким образом, чтобы в первую очередь выполнить необходимое моделирование. Вы также можете прочитать ошибки, допущенные бывшими учениками, указанные ниже в конце этот учебник.

1. Имитация IC и IB как функции VBE, когда VBC установлен на ноль.Диапазон VBE составляет от 0,2 до 1,0 В с шагом 0,01 В. Используйте шкалу журнала для оси Y (текущая ось). Этот тип участка известен как Gummel Plot , широко используемый. в экспериментальной характеризации транзисторов.

   Ваша принципиальная схема должна выглядеть так для участка Гаммеля. моделирование:

   Рисунок 23: Схема для моделирования характеристик Gummel

2. Используя результаты моделирования на предыдущем шаге, Постройте бета-версию как функцию VBE, определяемую как отношение IC к IB с использованием выражений.

   Прокомментируйте, соответствует ли смоделированная бета-версия введенному вами значению BF.

3. Моделируйте IC как функцию VCE для нескольких значений VBE. VBE составляет от 0,65 до 0,7 В с шагом 0,01 В. VCE составляет от 0 до 3 В с шагом 0,001 В. Обратите внимание, что свипирование VCE является первичным, т. Е. Первым источником для свипирования.

   Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике выходного сигнала IC-VCE. Ваша схема должна выглядеть так:

   Рисунок 24: Схема для моделирования выходных характеристик принудительного VBE (или управления напряжением)

   Ваш результат должен выглядеть как на графике ниже, но ваши числа будут другими:

   Рисунок 25: примерные графики выходных характеристик принудительного VBE (или напряжения)

   Вам нужно будет использовать VBE в качестве источника 2.Этот тип графика известен как график принудительного вывода VBE .

4. Моделируйте IC как функцию VCE для различных значений IB. Это известно как принудительные выходные характеристики IB . IB составляет от 0,1 до 1 мкА с шагом 0,1 мкА. VCE составляет от 0 до 1,5 В с шагом 0,01 В.

   Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике IC-VCE.

Нужны скриншоты:

1. схема
Список параметров модели
2. , вы можете прикрепить список соединений для этого
3. настройки параметров анализа
4. все графики результатов моделирования с соответствующими метками

2.7.2. Ошибки и решения

Ниже приведены ошибки, которые я видел, помогая студенты отлаживают моделирование Multisim.

1. Неправильная конфигурация цепи. Например, VCB находится между C и E.

2. Использовать для компонентов значения по умолчанию. Например, когда вы добавляете источник напряжения и используете его для VCB, значение по умолчанию 12 В тоже высокий, и транзистор выходит из строя.

3. Постройте вместе токи IB и IC, а также отношение IC / IB.В общем, смысла в этом нет. Используйте новый график, как показано выше для построения графиков VBE и VBC в выходной цепи принудительного IB.

4. Выражение, например beta = ic / ib, необходимо создать. Пример того, как это сделать:

   Рисунок 26: как создать новую трассу с помощью выражений после моделирования

5. Использовать метки по умолчанию. На этикетках по умолчанию часто указывается напряжение, даже если вы рисуете токи. Измените их вручную, чтобы избежать путаницы.

   Рисунок 27: график Гаммеля в прямом режиме, т.е.е. IC и IB против VBE. VBC = 0

6. Ваша бета (IC / IB) должна выглядеть как htis:

   Рисунок 28: как создать и добавить новую трассу с помощью выражений после моделирования