Кроме диодов
На основе p-n-переходов создан миллиард модификаций диодов. Сюда относятся варикапы, стабилитроны и даже тиристоры. Каждому семейству присущи особенности, с диодами много сходства. Видим три глобальных вида:
- устаревшая сегодня элементная база сравнительно большого размера, явно различимая маркировка, сформированная стандартными буквами, цифрами;
- стеклянные корпусы, снабженные цветовой символикой;
- SMD элементы.
Аналоги подбираются исходя из условий, указанных выше: мощность рассеяния, предельные напряжение, пропускаемый ток.
Любая электронная схема вне зависимости от назначения имеет в своем составе большое количество элементов, которые регулируют и контролируют течение электрического тока по проводам. Именно регулирование напряжения играет важную роль в работе большинства модулей, потому что от этого параметра зависит стабильная и долгая работа цепи.
Для стабилизации входного напряжения на схемы был разработан специальный модуль, который является буквально важнейшей частью многих приборов. Импортные и отечественные стабилитроны используются в схемах с разными параметрами, поэтому имеется различная маркировка диодов на корпусе, что помогает определить и подобрать нужный вариант.
Применение транзистора 7812а в различных сферах
1. Источники питания
Транзистор 7812а используется в источниках питания, чтобы обеспечить постоянное напряжение. Он стабилизирует входное переменное напряжение и выдает постоянное напряжение 12 Вольт. Такие источники питания широко применяются в различных электронных устройствах, таких как компьютеры, радиоприемники, телевизоры и другие.
2. Автомобильная электроника
Транзистор 7812а используется в автомобильных электронных системах для стабилизации напряжения и защиты от превышения напряжения. Он позволяет поддерживать постоянное напряжение на различных устройствах, таких как автомобильные радиоприемники, фары, зарядные устройства и другие.
3. Солнечные панели и аккумуляторы
Транзистор 7812а используется в солнечных панелях и системах хранения энергии для стабилизации напряжения, полученного от солнечных батарей и зарядки аккумуляторов. Он позволяет эффективно использовать энергию солнца и поддерживает стабильное напряжение на аккумуляторах для использования в электронных устройствах и домашних сетях.
4. Устройства связи
Транзистор 7812а применяется в устройствах связи, таких как радиопередатчики и радиоприемники, для стабилизации напряжения питания. Он помогает поддерживать постоянное напряжение на различных узлах системы связи и обеспечивает надежную работу устройств.
Таким образом, транзистор 7812а является важным компонентом множества электронных систем и находит применение в различных сферах, где стабильное напряжение играет важную роль.
Графические иллюстрации характеристик
Рис. 1. Внешняя характеристика транзистора в схеме с общим эмиттером. Зависимость коллекторной нагрузки IC от напряжения коллектор-эмиттер UCE при различных токах (управления) базы IB.
Рис. 2. Зависимость статического коэффициента усиления по току от коллекторной нагрузки IC.
Зависимость снята при импульсном напряжении коллектор-эмиттер UCE = 5 В.
Рис. 3. Зависимости напряжений насыщения коллектор-эмиттер UCE(sat) и эмиттер-база UBE(sat) от величины коллекторной нагрузки IC.
Зависимость снята при соотношении амплитуд импульсов токов коллектора и базы IC/IB = 5.
Рис. 4. Снижение предельной токовой нагрузки IC в области безопасной работы транзистора при увеличении температуры корпуса прибора TC.
Кривая «Dissipation Limited» — снижение токовой нагрузки в результате общего перегрева п/п структуры.
Кривая «S/b Limited» — снижение токовой нагрузки для исключения вторичного пробоя п/п структуры локально, в местах повышенной плотности тока.
Определение теплового режима транзистора во многом сводится к определению рассеиваемой мощности и соотнесению её с областью безопасной работы транзистора (ОБР). Для транзистора, работающего в ключевом режиме, приходится учитывать потери на коммутационных интервалах, а также ряд особенностей, определяемых реактивными свойствами коллекторной цепи и источника питания.
Рис. 5. Область безопасной работы транзистора, определена при температуре среды Ta = 25°С при нагрузке транзистора одиночными импульсами (Single Pulse) различной длительности: PW = 10 мкс; 50 мкс; 100 мс; 300 мкс; 1,0 мс; 10 мс; 100 мс.
Выделяются 4 участка ограничивающих линий предельного тока коллектора:
- горизонтальный – предельный ток транзистора, определяющий устойчивость паяных соединений. При возрастании температуры корпуса вводится поправка согласно графику Рис. 4;
- участок «Dissipation Limited» – предельный ток, ограничивающий общий нагрев п/п структуры;
- участок «S/b Limited» — ограничение тока исходя из недопущения вторичного пробоя п/п структуры;
- вертикальный участок – предельное напряжение коллектор-эмиттер, не приводящее к лавинному пробою п/п структуры.
Характеристики ОБР по Рис. 5 подходят для анализа безопасной работы транзистора при резистивном или емкостном характере нагрузки, а также при любой нагрузке на интервале проводимости (ton). См. диаграмму тока коллектора в импульсном режиме выше.
В схеме с индуктивной нагрузкой на коммутационном интервале (tstg + tf), при восстановлении непроводящего состояния, возникающие на транзисторе пиковые перенапряжения могут превышать критические значения и вызвать пробой п/п структуры. Для уменьшения перенапряжений вводятся ограничители напряжения: снабберные RC-цепи, активные ограничители и т. п. Для уменьшения потерь (уменьшения длительности коммутационного интервала) в цепь управления (базы) транзистора вводится отрицательное напряжение смещения.
Увеличение напряжений при вводе отрицательного смещения и ограничение коллекторного тока отражаются на конфигурации ОБР. Такая ОБР является неотъемлемой характеристикой работы транзистора в переключающем режиме с индуктивной нагрузкой.
Рис. 6. Область безопасной работы с обратным смещением. Характеристика снята при условии Tc ≤ 100°C.
Увеличение UCEX(sus) при значительном ограничении тока коллектора – результат ввода ограничителей коммутационных перенапряжений до уровня 450 В.
Условиями безопасной (корректной) работы транзистора в ключевом режиме является выполнение следующих условий:
- непревышение температурных ограничений по структуре в целом;
- токи и напряжения на интервале включения (ton) не превышают ограничений ОБР;
- токи и напряжения на интервале выключения (tstg + tf) не превышают ограничений ОБР с обратным смещением.
Устройство биполярного транзистора
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.
Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.
В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).
Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.
Рис. 1 — Структуры и условные графические обозначения биполярных транзисторов типа р-n-р (а) и n-р-n (б)
Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).
Основная функция транзистора — это усиление сигнала. Если на базу транзистора подать напряжение, то транзистор начнет открываться. В транзисторе переход коллектор-эмитер открывается плавно: от полностью закрытого состояния (= 0 В) до полностью открытого (этот момент называют напряжение насыщения).
Между коллектором и эмиттером течет сильный ток, он называется коллекторный ток (), между базой и эмиттером — слабый управляющий ток базы (). Величина коллекторного тока зависит от величины тока базы. Причем, коллекторый ток всегда больше тока базы в определенное количество раз. Эта величина называется коэффициент усиления по току, обозначается . У различных типов транзисторов это значение колеблется от единиц до сотен раз.
Коэффициент усиления по току — это отношение коллекторного тока к току базы:
Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:
Пример: Возмем источник питания, транзистор, резистор и лампочку. Если подключить всё это согласно схеме (рис. 2), то: через резистор, подключенный между источником питания и базой транзистора потечет ток базы .
Рис. 2 — Принцип работы биполярных транзисторов
Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.
Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.
Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в раз.
Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.
Рис. 3 — Пример простого стабилизатора напряжения
Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)
Рис. 4 — Схема Дарлингтона
Аналоги
| Тип | Pc | Ucb | Uce | Ueb | Ic | Tj | Ft | Hfe | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2N3055 | 117 W | 100 V | 70 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 0,2 MHz | 20 | TO3 |
| 2N5630 | 200 W | 120 V | 120 V | 7 V | 20 A | 200 °C | 1 MHz | 20 | TO3 |
| 2N5671 | 140 W | 120 V | 90 V | 7 V | 30 A | 200 °C | 50 MHz | 20 | TO3 |
| 2N6678 | 175 W | 650 V | 400 V | 8 V | 15 A | 3 MHz | от 8 | TO3 | |
| 2N6254 | 150 W | 100 V | 90 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 0,8 MHz | 20 | TO3 |
| 2N6322 | 200 W | 300 V | 200 V | 30 A | 200 °C | 40 | TO3 | ||
| 2SC6011 | 160 W | 200 V | 200 V | 15 A | 20 MHz | 50 | TO3P | ||
| BDY58 | 175 W | 160 V | 125 V | 10 V | 25 A | 200 °C | 10 MHz | 20 | TO3 |
| BDY77 | 150 W | 150 V | 120 V | 7 V | 16 A | 200 °C | 0,8 MHz | 40 | TO3 |
| BD130 | 100 W | 100 V | 60 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | ||
| BUR52 | 350 W | 350 V | 250 V | 10 V | 60 A | 200 °C | 10 MHz | 20 | TO3 |
| BUS13 | 175 W | 850 V | 400 V | 9 V | 15 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUS14 | 250 W | 850 V | 400 V | 9 V | 30 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUS52 | 350 W | 350 V | 200 V | 40 A | 200 °C | 20 | TO3 | ||
| BUV12 | 150 W | 300 V | 250 V | 7 V | 20 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUV21 | 150 W | 250 V | 200 V | 7 V | 40 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUX10 | 150 W | 160 V | 125 V | 7 V | 25 A | 200 °C | 8 MHz | 20 | TO3 |
| BUX48 | 175 W | 800 V | 400 V | 7 V | 15 A | от 8 | TO3 | ||
| BUX48A | 175 W | 1000 V | 450 V | 7 V | 15 A | 200 °C | 30 | TO3 | |
| BUX92 | 300 W | 500 V | 500 V | 60 A | 200 °C | 5 MHz | 30 | TO3 | |
| MJ10005 | 175 W | 500 V | 400 V | 8 V | 20 A | 200 °C | 40 | TO3 | |
| MJ10016 | 250 W | 700 V | 500 V | 8 V | 60 A | 200 °C | 25 | TO3 | |
| MJ10022 | 250 W | 450 V | 350 V | 8 V | 40 A | 200 °C | 50 | TO3 | |
| MJ10023 | 250 W | 600 V | 400 V | 8 V | 40 A | 200 °C | 50 | TO3 | |
| MJ15026 | 250 W | 200 V | 250 V | 7 V | 16 A | 200 °C | 4 MHz | 25 | TO3 |
| MJL21194 | 200 W | 250 V | 16 A | 4 MHz | 25 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL21196 | 200 W | 250 V | 16 A | 4 MHz | 25 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL3281A | 200 W | 260 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3PBL TO264 | |||
| MJL4281A | 230 W | 350 V | 15 A | 35 MHz | 80 | TO3PBL TO264 | |||
| MJ15015 | 180 W | 200 V | 120 V | 7 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | |
| MJ15015G | 180 W | 200 V | 120 V | 7 V | 15 A | 1 MHz | 20…70 | TO3 | |
| MJ12022 | 175 W | 850 V | 450 V | 6 V | 15 A | 15 MHz | от 5 | TO3 | |
| NJW0302 | 150 W | 250 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3P | |||
| NJW1302 | 200 W | 250 V | 15 A | 30 MHz | 75 | TO3P | |||
| NJW21194 | 200 W | 250 V | 15 A | 4 MHz | 20 | TO3P | |||
| SK3260 | 150 W | 160 V | 140 V | 7 V | 30 A | 200 °C | 0,8 MHz | 75 | TO3 |
| SM1258 | 250 W | 400 V | 50 A | 200 °C | 20 MHz | 20 | TO3 |
В качестве отечественного производителя могут подойти транзисторы 2Т808А, КТ819ГМ.
Примечание: данные в таблицах взяты из даташип компаний-производителей.
Технология изготовления биполярных транзисторов.
Технология изготовления транзисторов ни чем не отличается от технологии изготовления диодов. Еще в начальный период развития транзисторной техники биполярные транзисторы делали только из германия методом вплавления примесей, и такие транзисторы называют сплавными.
Берется кристалл германия и в него вплавляются кусочки индия.Атомы индия диффузируют (проникают) в тело кристалла германия, образуя в нем две области p-типа – коллектор и эмиттер. Между этими областями остается очень тонкая (несколько микрон) прослойка полупроводника n-типа, которую именуют базой. А чтобы защитить кристалл от влияния света и механического воздействия его помещают в металлостеклянный, металлокерамический или пластмассовый корпус.
На картинке ниже показано схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора, собранного на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу диска – ее наружный проволочный вывод.
Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проводникам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Металлический колпак защищает прибор от влияния света и механических повреждений. Так устроены наиболее распространенные маломощные низкочастотные германиевые транзисторы из серии МП37 — МП42.
В обозначении буква «М» говорит, что корпус транзистора холодносварной, буква «П» — это первая буква слова «плоскостной», а цифры означают порядковый заводской номер транзистора. Как правило, после заводского номера ставят буквы А, Б, В, Г и т.д., указывающие на разновидность транзистора в данной серии, например, МП42Б.
С появлением новых технологий научились обрабатывать кристаллы кремния, и уже на его основе были созданы кремниевые транзисторы, получившие наиболее широкое применение в радиотехнике и на сегодняшний день практически полностью вытеснившие германиевые приборы.
Кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах (до 125ºС), имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения.
Основным методом изготовления современных транзисторов является планарная технология, а транзисторы, выполненные по этой технологии, называют планарными. У таких транзисторов p-n переходы эмиттер-база и коллектор-база находятся в одной плоскости. Суть метода заключается в диффузии (вплавлении) в пластину исходного кремния примеси, которая может находиться в газообразной, жидкой или твердой фазе.
Как правило, коллектором транзистора, изготовленного по такой технологии, служит пластина исходного кремния, на поверхность которой вплавляют близко друг от друга два шарика примесных элементов. В процессе нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластину кремния.
При этом один шарик образует в пластине тонкую базовую область, а другой эмиттерную. В результате в пластине исходного кремния образуются два p-n перехода, образующие транзистор структуры p-n-p. По такой технологии изготавливают наиболее распространенные кремниевые транзисторы.
Также для изготовления транзисторных структур широко используются комбинированные методы: сплавление и диффузия или сочетание различных вариантов диффузии (двусторонняя, двойная односторонняя). Возможный пример такого транзистора: базовая область может быть диффузионная, а коллектор и эмиттер – сплавные.
Использование той или иной технологии при создании полупроводниковых приборов диктуется различными соображениями, связанными с техническими и экономическими показателями, а также их надежностью.
Хроника
Вам будет интересно:Как почистить барабан стиральной машины от грязи: рецепты, средства, полезные советы
История создания транзисторов начинается в 1947 году с компании Bell Laboratories, располагающейся в Нью-Джерси. В процессе участвовали трое блестящих американских физиков: Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Браттэйн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).
Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но то, что они на самом деле изобрели, оказалось гораздо интереснее.
Бардин и Браттэйн соорудили первый транзистор во вторник 16 декабря 1947 года. Он известен как транзистор с точечным контактом. Шокли много работал над проектом, поэтому неудивительно, что он был взволнован и рассержен тем, что его отклонили. В скором времени он в одиночку сформировал теорию переходного транзистора. Это устройство по многим параметрам превосходит транзистор с точечным контактом.
Проверка работоспособности КТ315
Иногда КТ315 может быть нерабочим из-за пробитого или закороченного перехода, поэтому перед использованием стоит проверить его np-переходы мультиметром. Отрицательный щуп прикрепляется к базе, а положительный — на выбор (коллектор или эмиттер). Если диоды исправны, то их значения должны быть не близки нулю, а также отсутствие пищания мультиметра.
Проверка работоспособности КТ361
Поскольку эти транзисторы часто применяются вместе, то исправность КТ361 тоже нужно узнать
Очень важно запомнить, что КТ361 противоположен 315, из-за чего работа должна совершаться наоборот. Здесь отрицательный щуп прикрепляется к коллектору (или эмиттеру), а положительный — к базе
Показатели должны быть не близки к нулю, мультиметр не должен сигнализировать (как и в предыдущем разделе).
Схема цоколевки транзистора 7812а
Транзистор 7812а имеет стандартную схему цоколевки, используемую для множества других радиоэлектронных компонентов. Схема цоколевки позволяет правильно подключить транзистор к цепи и обеспечить его нормальное функционирование.
Схема цоколевки транзистора 7812а состоит из трех выводов, обозначенных следующим образом:
1. Вход (Input) — вывод, через который подается входной сигнал.
2. Выход (Output) — вывод, через который выдается выходной сигнал.
3. Земля (GND) — вывод, предназначенный для подключения к общей земле цепи.
Правильное подключение транзистора к цепи важно для его работы и может существенно влиять на его характеристики. Примечание: перед подключением транзистора к цепи рекомендуется ознакомиться с его техническими характеристиками и схемами подключения, указанными в документации производителя
Примечание: перед подключением транзистора к цепи рекомендуется ознакомиться с его техническими характеристиками и схемами подключения, указанными в документации производителя.