Транзисторы с малым напряжением насыщения

Транзисторы с малым напряжением насыщения

В статье рассмотрены современные биполярные транзисторы BISS с уменьшенным напряжением насыщения и меньшей мощностью рассеяния. Оценены преимущества и проанализированы особенности применения BISS транзисторов в различных схемах взамен традиционных биполярных транзисторов. Приведены типы, характеристики и система маркировки BISS транзисторов.

Транзисторы BISS (Breakthrough in Small Signal, дословно — "прорыв в малом сигнале") — биполярные транзисторы с улучшенными малосигнальными параметрами. Существенное улучшение параметров транзисторов BISS достигнуто за счет изменения конструкции зоны эмиттера, изображенной на рис. 1.


Рис. 1. Зона эмиттера транзистора BISS в разрезе

Здесь показано, что, по сравнению с традиционными биполярными транзисторами (ТБТ), в транзисторах BISS зона эмиттера максимально увеличена и максимально (даже двухслойно) металлизирована. Благодаря этому, ток эмиттера распределен более равномерно по всей зоне и уменьшено омическое сопротивление. В результате, в транзисторах BISS обеспечено значительное уменьшение напряжения VCEsat насыщения коллектор-эмиттер. На рис. 2 приведена зависимость напряжения VCEsat от тока IC коллектора для трех поколений транзисторов BISS компании NXP Semiconductors.


Рис. 2. Зависимость VCEsat = f(IC) у транзисторов ТБТ и BISS

По кривым на рис. 2 легко определить, что, например, при токе 1000 мА напряжение насыщения транзистора BISS типа PBSS302ND почти в 8 раз меньше аналогичного напряжения транзистора ТБТ ВС817-40. Вследствие этого в транзисторах BISS существенно уменьшается мощность рассеяния и, соответственно, температура кристалла, то есть появляется возможность либо уменьшить габариты (корпус), либо при тех же габаритах увеличить мощность, передаваемую транзистором в нагрузку, либо увеличить максимально допустимую температуру транзистора.

Кроме того, благодаря особому выполнению зоны эмиттера, у транзисторов BISS не только понижается температура, но и существенно уменьшается градиент ее распределения по корпусу. Это обстоятельство наглядно продемонстрировано на рис. 3, где приведены результаты измерений теплового состояния тех же сравниваемых транзисторов.


Рис. 3. Распределение тепла на поверхности корпуса транзистора ТБТ и BISS

Отсюда следует, что в транзисторах BISS устранены зоны локального перегрева, то есть существенно улучшен тепловой режим, в результате чего значительно повышена надежность.

Транзисторы BISS применяются в диапазоне коллекторных токов до 10 А при напряжении коллектор — эмиттер до 100 В и отличаются от транзисторов ТБТ более низким напряжением насыщения, значительно меньшими габаритами, расширенным температурным диапазоном и более высокой степенью надежности.

Обобщим преимущества применения транзисторов BISS по сравнению с транзисторами ТБТ:

  • уменьшение напряжения насыщения — в 8 раз;
  • уменьшение мощности рассеяния;
  • увеличение допустимой нагрузки по току коллектора;
  • увеличение коэффициента передачи по току;
  • увеличение надежности;
  • повышение допустимой температуры окружающей среды;
  • снижение энергопотребления, отсюда — увеличение времени функционирования автономных устройств на аккумуляторных батареях;
  • снижение затрат на изготовление и эксплуатацию устройств;
  • уменьшение площади печатных плат и габаритов устройств.

Рассмотрим преимущества использования транзисторов BISS взамен ТБТ в наиболее распространенных схемах.

Инвертор и эмиттерный повторитель


Рис, 4. Основные каскады транзисторов: а, б) инверторы; в) эмиттерный повторитель

На рис. 4 изображены основные каскады транзисторов: инверторы и эмиттерный повторитель.

В зависимости от уровня входного напряжения транзистор в схеме инвертора (рис. 4a или рис. 4б) может находиться в режиме усиления или в режиме насыщения. В режиме усиления транзисторы BISS отличаются б?льшим, чем в ТБТ, коэффициентом усиления по току, поэтому режим насыщения в транзисторах BISS наступает при меньшем базовом токе, а напряжение насыщения коллектор — эмиттер имеет меньшее, чем в ТБТ, значение. Инверторы, построенные на транзисторах BISS, обладают всеми перечисленными выше преимуществами.

В схеме с эмиттерным повторителем (рис. 4в) выходное (то есть эмиттерное) напряжение примерно равно напряжению на базе. Поскольку коэффициент усиления по напряжению схемы примерно равен 1, то характеристики эмиттерного повторителя могут быть улучшены только за счет высокого коэффициента усиления по току и высокого значения выходного тока коллектора транзистора BISS.

Читайте также:  Как перепрошить версию андроида на телефоне

Управление электропитанием

Конвертор постоянного тока

Конверторы постоянного тока предназначены для преобразования значений постоянного напряжения на входе и выходе (DC/DC конверторы). Они широко используются для обеспечения питанием электронных устройств различной мощности: от милливатт (мобильные телефоны и PDA) до многих киловатт.

На рис. 5 показаны три типичные схемы конверторов: повышающий или понижающий напряжение (рис. 5а), понижающий напряжение (рис. 5б) и повышающий напряжение (рис. 5в). Преобразование напряжения основано на том, что по командам от контроллера изменяется интервал времени, в течение которого основной (проходной) транзистор находится в состоянии "открыт/закрыт", в результате чего изменяется среднее значение напряжения на выходе конвертора.


Рис. 5. Схемы конверторов постоянного тока

Эффективность конверторов постоянного тока зависит от статических и динамических параметров проходного транзистора, функционирующего в режиме переключения. По своим характеристикам транзисторы BISS наилучшим образом подходят для применения в качестве проходных транзисторов конверторов, в которых они обеспечивают увеличение КПД преобразования, уменьшение мощности рассеяния тепла, увеличение срока службы и, в конечном счете, защиту окружающей среды.

Кроме рассмотренных схем конверторов, транзисторы BISS применяются в низковольтных конверторах обратного хода и в двухтактных конверторах.

Комплементарный драйвер (табл. 1, рис. 6) представляет собой эмиттерный повторитель, построенный на комплементарной (взаимодополняющей) паре транзисторов разного типа проводимости. Этот драйвер используется в различных устройствах, в том числе в конверторах постоянного тока для управления КМОП-ключами. Главная задача такого драйвера: заряжать и разряжать емкость управляющего электрода с максимальным быстродействием (при допустимых токах), чтобы минимизировать потери на переключение. Кроме того, комплементарный драйвер снимает часть нагрузки со схемы управления. Высокий коэффициент усиления по постоянному току при максимальном токе коллектора и высокая нагрузочная (пиковая) способность коллектора — это важные критерии при выборе типа транзисторов. Именно в таком драйвере транзисторы BISS обладают существенными преимуществами перед другими транзисторами.


Рис. 6. Комплементарный драйвер

Таблица 1. Транзисторы BISS для комплементарных драйверов

Тип Упаковка Описание
PBSS4140T / PBSS5140T SOT23 одиночный, 1 A
PBSS4140DPN SOT457 (SC-74) сдвоенный, 1 A
PBSS2515YPN SOT363 (SC-88) сдвоенный, 0,5 A
PBSS2515VPN SOT666 сдвоенный, 0,5 A
PBSS4140S / PBSS5140S SOT54 (TO-92) одиночный, 1 A
PMBT2222A / PMBT2907A* SOT23 одиночный, 0,6 A

* — не BISS транзисторы, только ссылка

Если кросс-проводимость является проблемой, то между эмиттером NPN-транзистора и затвором КМОП-транзистора устанавливается низкоомный резистор. Он не влияет на закрывание транзистора, но задерживает открывание.

Выключатель цепи питания

В автономных, а также в мобильных устройствах, питание которых осуществляется от аккумуляторной батареи (например, в ноутбуках), необходимы выключатели цепей питания секций, не участвующих в информационном процессе. В результате удается значительно увеличить ресурс батареи.

Для того чтобы уменьшить потери энергии при переключении, необходимо, чтобы падение напряжения на переключателе, то есть напряжение насыщения транзистора, было минимальным.

На рис. 7 показано экономичное и компактное решение этой задачи с использованием сдвоенного BISS-транзистора PBSS3515VS и сдвоенного транзистора со встроенным резистором (RET) PEMHx. Оба транзистора размещены в ультракомпактном корпусе типа SOT666. По сравнению с транзисторами ТБТ, транзисторы BISS занимают значительно меньшую площадь печатной платы и имеют более высокую надежность и эффективность.


Рис. 7. Сдвоенный выключатель цепи питания

Таблица 2. Транзисторы BISS для выключателя цепи питания

Тип Корпус Описание
PBSS3515VS SOT666 сдвоенный, 0,5 A
PBSS5140V SOT666 одиночный, 1 A
PBSS5140T SOT23 одиночный, 1 A
PEMH-серии SOT666 сдвоенный, RET*
PDTC-серии разные одиночный RET*

* — транзистор со встроенным резистором

Интегральный регулятор напряжения

При использовании транзисторов BISS в линейном регуляторе напряжения (рис. 8) с интегральными микросхемами (например, типа MAX687, LT1123 или ADM666A) удается увеличить допустимую нагрузку по выходному току, увеличить коэффициент усиления по току управления и значительно уменьшить падение напряжения между входом и выходом.

Читайте также:  Программа очистки реестра и исправления ошибок

Обычно, при токе 0,1 A падение напряжения на транзисторе составляет 55 мВ, а при токе 1 A — 140 мВ. Благодаря тому, что вертикальный транзистор обладает большим коэффициентом усиления по току, требуется меньший управляющий (базовый) ток. Так, например, для транзистора PBSS5240T при IC = 1 А, IB = 3,45 мА.


Рис. 8. Линейный регулятор напряжения

Таким образом, как показано в таблице 3, эффективность регулятора с транзисторами BISS возрастает с 80 до 95%.

Таблица 3. Эффективность регуляторов напряжения

Стандартный С низким напряжением
Vout, В 3,3
Iout, А 1,0
Pout, Вт 3,3
Vdrop, В 1,0 0,1
Pin, Вт 4,3 3,4
% 77 97

Следует заметить, что регуляторы с низким падением напряжения более чувствительны к емкости нагрузки. Эта зависимость возникает из-за операции инвертирования, которую выполняет проходной PNP транзистор.

Регулятор с низким падением напряжения можно построить по схеме рис. 9 с таким же улучшением параметров проходного транзистора, как и указано ранее.


Рис. 9. Регулятор с низким падением напряжения

Рекомендуемые типы указаны в таблице 4.

Таблица 4. Транзисторы BISS для регуляторов напряжения

Тип Корпус Описание
PBSS5540Z SOT223 (SC-73) одиночный, 5 A, 2 Вт
PBSS5350Z SOT223 (SC-73) одиночный, 3 A, 2 Вт
PBSS5340D SOT457 (SC-74) одиночный, 3 A, 0,75 Вт
PBSS5350S SOT54 (TO-92) выводной, 3 A, 0,83 Вт

Зарядное устройство батареи

В современных зарядных устройствах батарей применяются прогрессивные технические решения: непрерывное измерение напряжения батареи, измерение тока зарядки, а также температуры. Эти решения можно выполнить с помощью контроллеров и интегральных схем.

Для многих интегральных схем необходим внешний дискретный выходной каскад, обеспечивающий управление токами порядка 10 А. Транзисторы BISS (табл. 5, 6), обладающие низким напряжением насыщения, высоким коэффициентом усиления и высокой нагрузочной способностью по току, наилучшим образом подходят для таких устройств.

Таблица 5. Транзисторы BISS для зарядного устройства

Тип Корпус Описание
PBSS5540Z SOT223 (SC-73) одиночный, 5 A, 2 Вт
PBSS5350Z SOT223 (SC-73) одиночный, 3 A, 2 Вт
PBSS5340D SOT457 (SC-74) одиночный, 3 A, 0,75 Вт
PBSS5350S SOT54 (TO-92) выводной, 3 A, 0,83 Вт

Таблица 6. Параметры транзисторов ТБТ и BISS для зарядного устройства

Транзистор ТБТ BISS
Тип транзистора (корпус) BD434 (TO-126) PBSS5350S (TO-92)
Umax коллектор-эмиттер, В 22 50
IC max, А 4 3
Мин. коэфф. усиления по току при IC=2 A 50 100
Umax насыщения при IC=2 A, В 0,5 0,3

На рис. 10 показано подключение транзистора BISS к микросхеме мониторинга состояния и быстрой зарядки NiCd и NiMn батарей TEA1104 фирмы NXP (www.nxp.com). Если в выходном каскаде использовать транзистор BISS вместо рекомендованного в спецификации TEA1104 транзистора BD434, то можно существенно уменьшить габариты зарядного устройства.


Рис. 10. Выходной каскад зарядного устройства

Устройство питания экономичных люминесцентных ламп

Для питания люминесцентной лампы с холодным катодом (CCFL) необходим источник высокого напряжения. Альтернативой балластному драйверу UBA2070 компании NXP является двухтактный конвертор, показанный на рис. 11. Схема содержит микросхему управления (например, UCC3973, LT1172, MAX1610), резонансный двухтактный каскад и высоковольтный каскад. Для повышения эффективности схемы в качестве транзисторов двухтактного каскада целесообразно применять транзисторы BISS (табл. 7).


Рис. 11. Резонансная двухтактная схема питания экономичной люминесцентной лампы

Таблица 7. Транзисторы BISS для экономичных люминесцентных ламп

Тип Корпус Описание
PBSS4140U SOT323 одиночный, 1 A
PBSS4140T SOT23 одиночный, 1 A
PBSS4240T SOT23 одиночный, 2 A
PBSS4140S SOT54 (TO-92) выводной, 1 A

Периферийный драйвер

Простой драйвер нагрузки

Для переключения больших токов в реле, лампах и двигателях используются транзисторы в схемах инвертора или эмиттерного повторителя (рис. 4). Благодаря высокой нагрузочной способности по току коллектора и высокому коэффициенту усиления по току, в таких устройствах целесообразно применять транзисторы BISS. Кроме того, в низковольтных схемах для обеспечения эффективной передачи энергии в нагрузку необходимо использовать транзисторы BISS, имеющие пониженное напряжение насыщения коллектор — эмиттер.

Читайте также:  Принять заказ у вампли симс фриплей

Так, например, при использовании транзистора BISS типа PBSS4350T в схеме с напряжением питания 3 В, напряжение на нагрузке составляет 2,9 В. При использовании в этой же схеме транзистора ТБТ типа BC817 напряжение составляет 2,3 В.

Известно, что входное сопротивление эмиттерного повторителя высоко, то есть является пренебрежимо малой нагрузкой для источника. Выходное сопротивление эмиттерного повторителя — низкое, что облегчает согласование с нагрузкой. Если нагрузка индуктивна, то для защиты транзистора от избыточного напряжения применяется шунтирующий диод.

Драйвер матрицы светодиодов

На рис. 12 показана выходная часть светодиодного дисплея, которая используется в больших графических дисплеях и в дисплеях типа "бегущая строка". Выходная часть может содержать сотни светодиодов, для которых требуется множество линий управления, если каждым светодиодом управлять по отдельности. Современное решение состоит в том, что светодиоды объединены в матрицу, при управлении которой удается значительно сократить число требуемых драйверов и проводов.


Рис. 12. Транзисторы BISS в схеме управления матрицей светодиодов

Каждый светодиод матрицы питается импульсным током. Для обеспечения того же среднего значения, которое было бы при питании постоянным током, значение тока в импульсе должно быть увеличено с учетом скважности: Ipulse = Icont/цикл. Например, если постоянный ток в столбце из 25 светодиодов должен составлять 20 мА, то при рабочем цикле 4% ток в импульсе должен составлять 500 мА.

Для использования преимуществ матричной конфигурации требуются транзисторы с высокой нагрузочной способностью по току. Каждый транзистор драйвера столбца должен выдерживать импульсный ток, равный 500 мА, и каждый драйвер строки должен выдерживать импульсный ток, равный n х 500 мА, где n — число рядов.

Кроме того, поскольку транзисторы управляются стандартной логической схемой с ограниченной нагрузочной способностью по току, важно, чтобы транзистор имел высокий коэффициент усиления по току, как в транзисторах BISS. Например, при токе базы 1,7 мА обеспечивается насыщение транзистора BISS типа PBSS4350T при токе коллектора IC = 500 мА.

В связи с тем, что логические элементы не могут обеспечить управление базовым током 100 мА, для драйвера строки требуется дополнительный буфер на транзисторах ТБТ, на парах транзисторов (например, BC847BS), на транзисторах с дополнительным резистором (например, RET) или на парах транзисторов с дополнительными резисторами.

В том случае, когда напряжение питания составляет 5 В, большое значение имеет величина напряжения насыщения транзистора, так как напряжения насыщения транзисторов драйверов столбца и строки суммируются.

В таблице 8 для сравнения приведены характеристики транзисторов ТБТ и BISS, которые используются в таких схемах.

Таблица 8. Характеристики транзисторов ТБТ и BISS для матрицы светодиодов

И чепухи тут понаписали насчет германиевых, путая напряжения на переходе и КЭ. И германиевый сплавной МП26 ничего хорошего в рассматриваемом плане дать не сможет.

И, похоже, чепухи и Вы не избежали. Транзисторный блокинг-ген. должен либо быть ждущим, т. е. с внешним запуском, либо питаться от напряжения, способного открыть БЭ переход. А это для Si как минимум 0.45-0.7 В, для Ge 0.15-0.25 В, но никак не 0.05 В.

И чепухи тут понаписали насчет германиевых, путая напряжения на переходе и КЭ. И германиевый сплавной МП26 ничего хорошего в рассматриваемом плане дать не сможет.

И, похоже, чепухи и Вы не избежали. Транзисторный блокинг-ген. должен либо быть ждущим, т. е. с внешним запуском, либо питаться от напряжения, способного открыть БЭ переход. А это для Si как минимум 0.45-0.7 В, для Ge 0.15-0.25 В, но никак не 0.05 В.

Ссылка на основную публикацию
Тормозит wot что делать
Если лагает World Of Tanks World of Tanks – игровой проект, который рассчитан на большую аудиторию фанатов. Это означает, что...
Тест сетевых кабелей для hi fi
Боремся за правильное питание Цена - $1 148 за 2 м Мы уже тестировали силовые кабели LessLoss DFPC Signature и...
Тест экранов для проектора
Когда речь идёт о домашнем кинотеатре с проектором, основное внимание уделяется, разумеется, проектору. Затем обычно речь идёт про источник сигнала,...
Тормозит мобильный интернет мтс
Результаты поиска Пользование Симптомы При использовании мобильного интернета наблюдаются затруднения в доступе к интернет-ресурсам: слишком медленно происходят загрузка страниц в...
Adblock detector