Схемы тестирования временных параметров транзистора
Диаграмма входного сигнала.
Схема измерения при резистивной нагрузке.
Параметры режима:
UCC = 125 В. RC = 125 Ом. RB = 47 Ом. D1 диод 1N5820 или подобный. SCOPE – осциллограф “Tektronics 475” или подобный
tr, tf ˂ 10 нс; скважность ≤ 1%
Схема измерений с параметрами элементов при индуктивной нагрузке транзистора.
Входной сигнал: прямоугольный импульс с амплитудой 5 В и протяженностью фронтов tr и tf не более 10 нс
Скважность импульсов 10%. Протяженность импульса подбирается из требуемой величины коллекторного тока IC
UCC подбирается из требуемой величины IC. RB подбирается из требуемой величины IB1. Диод MR826 выбирается на напряжение 1 кВ. Напряжение ограничения UCLAMP = 300 В.
Диаграммы выходных токов и напряжений.
На рисунке:
- tf CLAMPED – время спадания импульса тока при ограничении напряжения на уровне UCLAMPED.
- IC(PK) максимальное достижимое значение тока, по которому подбираются значение UCC и длительность входного импульса.
Расчетные формулы: t1 = L × IC(PK) / UCC; t2 = L × IC(PK) / UCLAMP.
Графические иллюстрации характеристик
Рис. 1. Зависимость времени задержки td и времени нарастания импульса tr от коллекторной нагрузки IC.
Характеристика снята при напряжении питания UCC = 125 В, температуре п/п структуры Tj = 25°C, и соотношении токов IC / IB = 5.
При измерении времени задержки td установлено напряжение смещения UBE(OFF) = 5 В.
Рис. 2. Зависимость времени сохранения ts и времени спадания импульса tf от величины коллекторной нагрузки IC.
Характеристика снята при напряжении питания UCC = 125 В, температуре п/п структуры Tj = 25°C, и соотношении токов IC / IB = 5.
Рис. 3. Зависимость статического коэффициента усиления hFE транзистора в схеме с общим эмиттером от величины коллекторной нагрузки IC.
Зависимость снята для различных значений температуры структуры Tj и напряжений коллектор-эмиттер UCE.
Рис. 4. Изменение падения напряжения на транзисторе UCE при изменении управляющего тока базы IB. Зависимости сняты при различных нагрузках IC и температуре структуры Tj = 25°C.
Рис. 5. Изменение напряжения насыщения на базовом переходе UBE(sat) при разных нагрузках IC и разных температурах структуры Tj. Соотношение токов IC / IB = 3.
Пунктиром показано изменение напряжения включения UBE(ON) при напряжении на коллекторе UCE = 2 В.
Рис. 6. Зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер UCE(sat) от коллекторного тока IC при различных температурах и соотношении токов IC/ IB = 3.
Рис. 7. Область выключения транзистора. Зависимость коллекторного тока IC от напряжения база-эмиттер UBE.
Характеристика снята при разных температурах Tj структуры и напряжении коллектор-эмиттер UCE = 250 В.
FORWARD – напряжение база-эмиттер приложено в прямом направлении.
REVERS — напряжение база-эмиттер приложено в обратном направлении.
Рис. 8. Зависимости входной емкости Cib перехода эмиттер-база и выходной емкости Cob коллекторного перехода от величины обратного приложенного напряжения. Температура структуры Tj= 25°С.
Рис. 9. Область безопасной работы транзистора при резистивной нагрузке.
Предельные токи ограничены: значением максимального постоянного тока IC = 1,5 А и максимального импульсного тока ICM = 3,0 А.
При этих значениях тока разрушаются паяные соединения подводящих проводов со слоями п/п структуры. Показано штрихпунктирной линией.
Предельные напряжения ограничены максимальным рабочим напряжением UCEO(SUS) = 400 В.
Общее тепловое разрушение структуры наступает при превышении ограничений по току и напряжений, показанных пунктирной линией.
Сплошная линия обозначает ограничения, связанные с вторичным необратимым пробоем п/п структуры транзистора. Во всех режимах работы линии нагрузки транзистора (зависимости IC от напряжения коллектор-эмиттер UCE) не должны превышать обозначенных ограничений.
Рис. 10. Ограничение величины рассеиваемой мощности (нагрузки) транзистора при возрастании температуры окружающей среды Ta.
Характеристика снята для условий работы на резистивную нагрузку.
Рис. 11. Область безопасной работы транзистора с обратным смещением для случая с введенными ограничениями перенапряжений.
Предельное ограничение по напряжению (перенапряжению) UCLAMP = 700 В.
Величины напряжений обратного смещения UBE(OFF) соответственно 9 В, 5 В, 3 В и 1,5 В.
Характеристики построены для температуры структуры в пределах 100°С и при токе базы IB1 = 1 А.
Такая ОБР с обратным смещением характерна для схем работы транзистора на индуктивную нагрузку.
В этих режимах работы, линии нагрузки транзистора (зависимости IC от напряжения коллектор-эмиттер UCE) не должны превышать обозначенных ОБР ограничений.
Статические характеристики биполярного транзистора
Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики.
Рис. 10 — Входные характеристики германиевого транзистора типа р-n-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Входные статические характеристики представляют собой вольтамперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода (ЭДП). Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттерном переходе (рис. 10, а). При отсутствии коллекторного напряжения ( = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП, подобную ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.
При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы от напряжения на эмиттерном переходе . Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП (рис. 10, б).
Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольтамперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.
Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и =0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой , будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая на рис. 11, а). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение, то появится ток эмиттера , который создаст почти такой же коллекторный ток . Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.
Рис. 11 — Выходные характеристики германиевого транзистора типа р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы (рис. 11, б), и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В
Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов
Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 12).
Рис. 12 — Зависимость выходных статических характеристик транзистора от температуры:
а — в схеме с ОБ, б — в схеме с ОЭ.