3.2. Физические процессы в биполярном транзисторе типа p-n-p
Рассмотрим движение носителей заряда через структуру транзистора, которые
протекают в выводах эмиттера, базы и коллектора, при условии, что на
ЭП подано прямое напряжение, а на КП — обратное (т.е. транзистор работает
в активном режиме).
Значение токов, протекающих через структуру транзистора, определяется
не только напряжениями, которые подаются на эмиттерный и коллекторный
переходы, но и взаимодействием этих переходов между собой. Взаимодействие
переходов, в свою очередь, зависит от расстояния между ними, т.е. от
ширины области базы — W.
На рисунке 3.3 показаны движение носителей заряда в структуре p-n-p
транзистора и токи, протекающие во внешних выводах.
Если ширина базы W меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей
заряда в базе (рис.3.3
), то значение тока, протекающего через КП, определяется следующими
причинами:
1) т.к. в этом случае ширина базы гораздо меньше ширины области коллектора,
то и количество неосновных носителей заряда, возникающих при данной
температуре в области базы ( ),
будет гораздо меньше количества неосновных носителей заряда, возникающих
в области коллектора ( ),
и можно считать, что
, где Jko
ток неосновных носителей заряда koп
2) дырки, которые диффузионно переходят из эмиттера в базу над снизившимся
потенциальным барьером эмиттерного перехода, в базе продолжают двигаться
диффузионно в основном в сторону коллекторного перехода. А т.к. ширина
базы меньше их диффузионной длины пробега, то они достигнут коллекторного
перехода в количестве тем больше, чем меньше ширина базы. Однако, вследствие
дисперсии, т.е. беспорядочного теплового движения носителей, какая-то
часть дырок не доходит до КП из-за процесса рекомбинации на поверхности,
у базового вывода или в толще базы, в следствии этого в цепи базы появляется
базовый ток .
Величина, характеризующая долю тока эмиттера, достигающую коллекторного
перехода. называется коэффициентом передачи постоянного тока эмиттера
и обозначается .
Тогда ток коллектора:
Таким образом, ток через КП для случая
(для p-n-p транзистора) является суммой двух составляющих — тока дырок,
инжектированных из эмиттера в базу, и нулевого коллекторного тока .
В толщине базы протекает
и рекомбинационный ток, но в силу того, что процесс рекомбинации в базе
резко уменьшается, рекомбинационная составляющая тока базы тоже мала
.
Соответственно во внешних выводах эмиттера, базы и коллектора будут
протекать токи:
вывод эмиттера ,
вывод коллектора ,
вывод базы
где — является
рекомбинационной составляющей тока базы, величина которой зависит от
величины прямого напряжения, приложенного к ЭП. — ток неосновных
носителей заряда, величина которого от приложенного напряжения почти
не зависит.
Если p-n-p транзистор, работающий как усилитель электрических колебаний,
включен в схему так, как это показано на рис.3.4, то включение последовательно
с источником
переменного напряжения
приведет к появлению переменных составляющих тока эмиттера ,
тока коллектора и
тока базы ,
которые будут накладываться на постоянные составляющие. Так же как и
постоянные токи, протекающие через p-n-p транзистор, переменные токи
являются функциями напряжения. Если на вход подается синусоидальное
напряжение, то оно вызовет синусоидальные изменения плотности дырок
в эмиттерном и коллекторном переходах, т.е. синусоидальные изменения
переменных токов эмиттера, коллектора и базы.
Переменный ток, протекающий через ЭП, равен сумме электронного и дырочного
токов, причем для p-n-p транзистора только дырочная составляющая проходит
последовательно ЭП, обладающий малым сопротивлением и КП, обладающий
большим сопротивлением, т.е. создает условия для усиления электрических
колебаний.
Поэтому на практике для характеристики усилительных свойств транзистора
пользуются коэффициентом передачи тока эмиттера или, как его иначе называют,
коэффициентом усиления по току a, который
является отношением общего коллекторного переменного тока к общему эмиттерному
переменному току в режиме короткого замыкания коллектора на базу по
переменному току.
Таблица 2 – Маркировка транзистора КТ315-1 кодовым знаком
Тип транзистора | Маркировочная метка на срезе боковой поверхности корпуса |
Маркировочная метка на торце корпуса |
---|---|---|
KT315A1 | Треугольник зеленого цвета | Точка красного цвета |
KT315Б1 | Треугольник зеленого цвета | Точка желтого цвета |
KT315В1 | Треугольник зеленого цвета | Точка зеленого цвета |
KT315Г1 | Треугольник зеленого цвета | Точка голубого цвета |
KT315Д1 | Треугольник зеленого цвета | Точка синего цвета |
KT315Е1 | Треугольник зеленого цвета | Точка белого цвета |
KT315Ж1 | Треугольник зеленого цвета | Две точки красного цвета |
KT315И1 | Треугольник зеленого цвета | Две точка желтого цвета |
KT315Н1 | Треугольник зеленого цвета | Две точки зеленого цвета |
KT315Р1 | Треугольник зеленого цвета | Две точки голубого цвета |
Указания по применению и эксплуатации транзисторов
Основное назначение транзисторов – работа в усилительных каскадах и других схемах радиоэлектронной аппаратуры. Допускается применение транзисторов, изготовленных в обычном климатическом исполнении в аппаратуре, предназначенной для эксплуатации во всех климатических условиях, при покрытии транзисторов непосредственно в аппаратуре лаками (в 3 – 4 слоя) типа УР-231 по ТУ 6-21-14 или ЭП-730 по ГОСТ 20824 с последующей сушкой. Допустимое значение статического потенциала 500 В. Минимально допустимое расстояние от корпуса до места лужения и пайки (по длине вывода) 1 мм для транзистора КТ315 и 2 мм для транзистора КТ315-1. Число допустимых перепаек выводов при проведении монтажных (сборочных) операций – одна.
Внешние воздействующие факторы
Механические воздействия по группе 2 таблица 1 в ГОСТ 11630, в том числе:
– синусоидальная вибрация;
– диапазон частот 1-2000 Гц;
– амплитуда ускорения 100 м/с 2 (10g);
– линейное ускорение 1000 м/с 2 (100g).
Климатические воздействия – по ГОСТ 11630, в том числе: повышенная рабочая температура среды 100 °С; пониженная рабочая температура среды минус 60 °С; изменение температуры среды от минус 60 до 100 °С. Для транзисторов КТ315-1 изменение температуры среды от минус 45 до 100 °С
Надежность транзисторов
Интенсивность отказов транзисторов в течение наработки более 3×10 -7 1/ч. Наработка транзисторов t н = 50000 часов. 98-процентный срок сохраняемости транзисторов 12 лет. Упаковка должна обеспечивать защиту транзисторов от зарядов статического электричества.
Зарубежные аналоги транзистора КТ315
Зарубежные аналоги транзистора КТ315 приведены в таблице 3.
Справочники
|
|||||
Цоколевка широко распространенных транзисторов и цветовая и кодовая маркировка транзисторов. Цветовая и кодовая маркировка транзисторов В цветовой и кодовой маркировке транзисторов нет единых стандартов. Каждый завод, который производит транзисторы, принимает свои цветовые и кодовые обозначения. Вы можете встретить транзисторы одного типа и группы, которые изготовлены разными заводами и маркируются по-разному, или разные транзисторы, которые маркируются одинаково. В этом случае их можно отличить только по некоторым дополнительным признакам, таким как длина выводов коллектора и эмиттера или окраска торцевой (противоположной выводам) поверхности транзистора. Табл. 8.13. Цветовая и кодовая маркировка транзисторов в корпусе КТ-26. Цветовая маркировка транзисторов осуществляется двумя точками. Тип транзистора обозначается на боковой поверхности, а маркировка группы на торцевой (рис. 8.2). Кодовая маркировка наносится на боковую поверхность транзистора (рис. 8.2). Тип транзистора обозначается кодовым знаком (табл. 8.13), а группа — соответствующей буквой. Дата изготовления в соответствии с ГОСТ 26486-82 кодируется двумя буквами или буквой и цифрой (табл. 8.14). Первая буква обозначает год выпуска, а следующая за ней цифра или буква — месяц. Кодированное обозначение даты изготовления применяется не только для транзисторов, но и для других радиоэлементов. На рис. 8.3 приведены примеры кодовой и цветовой маркировки транзисторов в корпусе КТ-26. Транзисторы в корпусе КТ-27 могут маркироваться или буквенно — цифровым кодом (табл. 8.16 и рнс. 8.4) или кодом, состоящим из геометрических фигур (рис. 8.4). Транзисторы в корпусе КТ-27 дополнительно маркируются окрашиванием торца корпуса, противоположного выводам: КТ814 — серо — бежевый; КТ815 — серый нлн снренево — фиолетовый; КТ816 — розово — красный; КТ817 — серо — зелёный; КТ683 — фиолетовый; КТ9115 — голубой. Транзисторы КТ814Б, КТ815Б, КТ816Б и КТ817Б иногда маркируются только окрашиванием торцевой поверхности без нанесения буквенно — цифрового кода. Примеры маркировки транзисторов в корпусе КТ-13 приведены на рис. 8.6. Буква группы у транзисторов КТ315 наносится сбоку поверхности, а КТ361 — посередине. Тип транзисторов КПЗОЗ и КП307 в корпусе КТ-1-12 маркируются соответственно цифрами 3 и 7, группа — соответствующей буквой. Транзисторы КП327А маркируются одной белой точкой, а КП327Б — двумя (рис. 8.3).
Кизлюк А.И. Ключевые теги: Кизлюк |
|||||
|
|||||
|
|||||
Как проверить мультиметром полевой транзистор
Полевые транзисторы проявляют высокую чувствительность к статическому электричеству, поэтому предварительно требуется организация заземления. Перед тем как приступить к проверке полевого транзистора, следует определить его цоколевку. На импортных приборах обычно наносятся метки, которые определяют выводы устройства.
Будет интересно Как сделать мигающий светодиод?
Буквой S обозначается исток прибора, буква D соответствует стоку, а буква G – затвор. Если цоколевка отсутствует, тогда необходимо воспользоваться документацией к прибору. Перед проверкой исправного состояния транзистора, стоит учесть, что современные радиодетали имеют дополнительный диод, расположенный между истоком и стоком, который обязательно нанесен на схему прибора. Полярность диода полностью зависит от вида транзистора.
Обезопасить себя от накопления статических зарядов можно при помощи антистатического заземляющего браслета, который надевается на руку, или прикоснуться рукой к батарее. Основная задача, как проверить мультиметром полевой транзистор, не выпаивая его из платы, состоит из следующих действий:
- Необходимо снять с транзистора статическое электричество.
- Переключить измерительный прибор в режим проверки полупроводников.
- Подключить красный щуп к разъему прибора «+», а черный «-».
- Коснуться красным проводом истока, а черным стока транзистора. Если устройство находится в рабочем состоянии на дисплее измерительного прибора отобразиться напряжение 0,5-0,7 В.
- Черный щуп подключить к истоку транзистора, а красный к стоку. На экране должна отобразиться бесконечность, что свидетельствует об исправном состоянии прибора.
- Открыть транзистор, подключив красный щуп к затвору, а черный – к истоку.
- Не меняя положение черного провода, присоединить красный щуп к стоку. Если транзистор исправен, тогда тестер покажет напряжение в диапазоне 0-800 мВ.
- Изменив полярность проводов, показания напряжения должны остаться неизменными.
- Выполнить закрытие транзистора, подключив черный щуп к затвору, а красный – к истоку транзистора.
Говорить об исправном состоянии транзистора можно исходя из того, как он при помощи постоянного напряжения с тестера имеет возможность открываться и закрываться. В связи с тем, что полевой транзистор обладает большой входной емкостью, для ее разрядки потребуется некоторое время.
Эта характеристика имеет значение, когда транзистор вначале открывается с помощью создаваемого тестером напряжения (см. п. 6), и на протяжении небольшого количества времени проводятся измерения. Проверка мультиметром рабочего состояния р-канального полевого транзистора осуществляется таким же методом, как и n-канального.
Только начинать измерения следует, подключив красный щуп к минусу, а черный – к плюсу, т. е. изменить полярность присоединения проводов тестера на обратную. Исправность любого транзистора, независимо от типа устройства, можно проверить с помощью простого мультиметра.
Для этого следует четко знать тип элемента и определить маркировку его выводов. Далее, в режиме прозвонки диодов или измерения сопротивления узнать прямое и обратное сопротивление его переходов. Исходя из полученных результатов, судить об исправном состоянии транзистора.
Аналоги КТ315
У транзистора имеется как отечественная замена, так и заграничная. Начнем с первой. Это КТ3102 (ТО-92). Он тоже кремниевый, с npn структурой, но с большей температурой (до +150 С), другим расположением диодов и более высокими электрическими возможностями. Можно сказать, что они, относительно, одинаковы.
Иностранные заменители: ВС547 (npn, высокочастотный (примерно в 300 МГц, когда у КТ315 — 250 МГц), расположение диодов как у КТ3102, температура до +150 С), PN2222 (300 МГц, цоколевка соответствует предыдущей, остальные характеристики примерно одинаковы с КТ315), 2SC9014 (температура от -55 С до +150 С, 270 МГц). Раньше зарубежные транзисторы выходили с корпусом КТ-13, но на данный момент таких уже не существует.
Электрические параметры и предельные значения допустимых режимов работы транзистора ГТ308А.
Обозначение |
||
H21э |
Uкб=-1 В; Iэ=10 qокр=25 °С qокр=70 °С qокр= -60 °С |
20…75 20…200 ³ 15 |
H21э |
Uкб=-5 В; Iэ=5 f=20 МГц |
³ 4.5 |
Ikб0, МкА |
-60 °С £qокр £ 25 °С Uкб= -5 В; Uкб= -15 В; qокр=70 °С; Uкб= — 10 В; |
£ 2 £ 5 £ 90 |
Iэб0, МкА |
Uбэ= -2 В Uбэ= -3 В Uкб= -5 В; Iэ=5 f=20 МГц; |
£ 50 £1000 ³4.5 |
Кш,дБ |
Uкб= -5 В; Iэ=5 f=1.6 МГц; |
— |
Uкэ0.н, В |
Iк=50 мА; Iб= 3 мА |
— 1.5 |
Uбэ.н,В |
Iк=10 мА; Iб=1 |
— 0.5 |
Uкб0. Max,В |
qокр £ 45 °С |
-20 |
Ск,пФ |
Uкб= -5 В; f=5 МГц; |
£ 8 |
Сэ,пФ |
Uэб= -1 В; f=5 МГц; |
£ 25 |
tрас.мкc |
Iк=50 мА; Iб=4 tи= 5 мкс; f=1..10 МГц; |
£ 1 |
tк, пс |
Uкб= -5 В; Iэ=5 мА; f=5 |
400 |
*KURSOVOY PROEKT PO OKPRTU*
* SHPAK gr.940103*
R1 2 3 22K
R2 2 0 22K
R3 3 4 3K
R4 5 0 2K
R5 5 7 2K
R6 3 6 510
R7 8 10 1K
R8 9 0 270
R9 3 10 62K
R10 10 0 20K
R11 3 11 310
R12 12 0 170
R13 13 0 22K
.param k=1
.step param k list
0.8 2 5
C1 1 2 5.0UF
C2 6 0 10UF
C3 7 8 5.0UF
C4 8 9 {K*160PF}
C5 9 10 {K*160PF}
*C6 3 O 10UF
C7 11 13 10UF
Q1 4 2 5 KT315a
Q2 7 4 6 KT361a
Q3 11 10 12 KT315a
.model KT315a NPN
.model KT361a PNP
VS 3 0 DC 12V
VIN 1 0 AC 0.01
.AC DEC 50 1khz
500MEGHZ
.DC VS 0.5 20.5 5
.Tran 0.5us 4us
.Four 84KHZ v(13)
.PROBE
.PRINT AC V(13)
.END
BJT MODEL
PARAMETERS
KT315a KT361a
NPN PNP
IS
100.000000E-18 100.000000E-18
BF
100 100
NF 1
1
BR
1 1
NR
1 1
SMALL SIGNAL
BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C
NODE
VOLTAGE NODE
VOLTAGE
(1)
0.0000
(2)
5.9318
(3) 12.0000
(4)
10.1990
(5)
5.1700
(6)
10.9910
(7)
9.0879
(8)
1.9415
(9)
0.0000
(10)
1.9415
(11) 9.9800
(12)
1.1188
(13 )
0.0000
HARMONIC
FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO
(HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1
8.400E+04 9.788E-10 1.000E+00 -1.522E+02 0.000E+00
2
1.680E+05 5.114E-10 5.225E-01 1.452E+02 2.974E+02
3
2.520E+05 3.349E-11 3.422E-02 7.207E+01 2.243E+02
4
3.360E+05 2.251E-10 2.300E-01 -1.576E+02 -5.391E+00
5 4.200E+05
2.044E-10 2.088E-01 1.381E+02 2.903E+02
6
5.040E+05 3.083E-11 3.150E-02 5.564E+01 2.079E+02
7
5.880E+05 1.164E-10 1.190E-01 -1.604E+02 -8.126E+00
8
6.720E+05 1.236E-10 1.263E-01 1.320E+02 2.842E+02
9
7.560E+05 2.746E-11 2.805E-02 4.143E+01 1.937E+02
HARMONIC
FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO
(HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1
8.400E+04 9.539E-10 1.000E+00 -1.545E+02 0.000E+00
2
1.680E+05 5.184E-10 5.435E-01 1.395E+02 2.939E+02
3
2.520E+05 7.710E-11 8.082E-02 4.980E+01 2.043E+02
4
3.360E+05 1.862E-10 1.952E-01 -1.568E+02 -2.275E+00
5
4.200E+05 1.839E-10 1.928E-01 1.294E+02 2.839E+02
6
5.040E+05 5.561E-11 5.830E-02 2.306E+01 1.775E+02
7
5.880E+05 9.593E-11 1.006E-01 -1.493E+02 5.203E+00
8 6.720E+05
1.003E-10 1.052E-01 1.266E+02 2.811E+02
9
7.560E+05 4.096E-11 4.295E-02 5.142E+00 1.596E+02
HARMONIC
FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO
(HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1
8.400E+04 8.378E-10 1.000E+00 -1.573E+02 0.000E+00
2
1.680E+05 4.557E-10 5.439E-01 1.307E+02 2.880E+02
3
2.520E+05 1.170E-10 1.396E-01 1.536E+01 1.727E+02
4
3.360E+05 1.705E-10 2.035E-01 -1.402E+02 1.710E+01
5
4.200E+05 1.384E-10 1.652E-01 1.326E+02 2.899E+02
6
5.040E+05 6.087E-11 7.265E-02 -1.418E+01 1.431E+02
7
5.880E+05 1.138E-10 1.359E-01 -1.355E+02 2.186E+01
8
6.720E+05 8.210E-11 9.799E-02 1.407E+02 2.981E+02
9 7.560E+05 3.747E-11
4.472E-02 -3.237E+01 1.249E+02
1. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ:
Принципиальная схема проектируемого устройства
предстваляет собой трехкаскадный усилитель выполненный на кремниевых
высокочастотных транзисторах малой мощности. 2 каскада на транзисторах типа
КТ315А, а один на транзисторе типа КТ361А, которые включены по каскадной схеме.
Техническое описание
Транзистор выпускается с гибкими выводами в пластмассовом корпусе КТ-26 (ТО-92), либо в металлостеклянном корпусе КТ-17. Цоколевка выводов кт3102 следующая: 1 – эмиттер, 2 – база, 3 –коллектор.
Характеристики
Все нижеуказанные характеристики для транзисторов в пластиковом корпусе КТ3102 (А-Л) идентичны соответствующим параметрам в металлостекленном (АМ- ЛМ).
- принцип действия – биполярный;
- корпус: пластик для КТ26 (ТО-92); металлостеклянный у КТ-17;
- материал – кремний (Si);
- npn-проводимость (обратная);
предельно допустимые электрические эксплуатационные данные (при температуре окружающей среды от +25 °C):
основные электрические параметры:
- IКБО (ICBO) не более 50 нА (nA), при UКБ макс. (VCB max) = 50 В (V) и IЭ (IE)=0;
- IЭБО (IEBO) не более 10 мкА (µA), при UEБ макс. (VEB max ) = 5 В (V);
- fгр норм.(ftTYP) от 100 до 300 МГц (MHz), при UКб (VCB) = 5 В (V), IЭ (IE)= 10 мА (mA);
- емкость коллекторного перехода СК (СС) 6 пФ (pF) при UКБ (VCB) = 5 В (V), f= 10 МГц (MHz);
- коэффициент шума КШ (Noise Figure) NF от 4 до 10 Дб (dB), при UКЭ(VCE) =5 В (V), IK (Ic) = 0.2 мА (mA);
- cтатический коэффициент усиления по току h21E находится в диапазоне от 100 до 1000, при UКЭ(VCE) =5 В (V), IK (Ic) = 2 мА (mA), f=50 Гц(Hz).
- тепловое сопротивление переход- среда 0,4 °C/мВт (°C/mW);
- Токр от -40 до +85 °C.
При выборе транзистора обратите внимание на дату выпуска и его предельно допустимые напряжения и токи, определите возможность его использования в схеме. Более новые модели имеют преимущества перед старыми, так как производители непрерывно работают над улучшением характеристик в своих продуктах. Не стоит забывать, что у некоторых из них (например КТ3102Г, КТ3102Е) предельные значения по напряжению не превышают 20 В
Ниже приведена классификация КТ3102
Не стоит забывать, что у некоторых из них (например КТ3102Г, КТ3102Е) предельные значения по напряжению не превышают 20 В. Ниже приведена классификация КТ3102.
По мнению радиолюбителей, несмотря на идентичность характеристик заявленных производителем, транзистор в пластиковом корпусе немного уступает металлостеклянному. Так, при работе на предельно допустимых параметрах, пластик расширяется и сжимается, что нередко приводит к отрыву выводов от кристалла. Это основная причина, из за которой стоит подумать о применении устройства в пластиковом корпусе. Кроме того пластик иногда становится не герметичен и вдоль выводов к кристаллу может проникать влага. Считают, что в металлопластиковом корпусе кристалл рассеивает большую мощность. Так же у него будет меньшее тепловое сопротивление, а следовательно устройство будет меньше греться и в свою очередь схема будет работать более стабильней.
Зарубежными аналогами, с похожими техническими характеристиками считаются: BC 174, 2S A2785, BC 182, BC 546, BC 547, BC 548, BC 549. Прототипами для разработки некоторых серий КТ3102 были: BC 307A, BC 308A BC 308B, BC 309B, BC 307B, BC 308C, BC 309C. Из российских аналогов КТ-3102, в качестве замены может подойти КТ 611 или популярный КТ315 с группой Б, Г, Е.
Маркировка
Транзисторы маркируются на боковой стороне корпуса. КТ3102 разных годов выпуска могут встречается с различной маркировкой. До 1995 года производители использовали цветовую и кодовую (буквенно-цифровая и символьно-цветовая) маркировку. Советские транзисторы КТ3102 до 1986 года, изготовленные в корпусе КТ-26, можно узнать по темно-зеленой точке на передней части корпуса. По цвету точки, нанесенной на корпусе сверху, определить принадлежность транзистора конкретной к группе. Дата выпуска при цветовой обозначении могла не указываться.
Маркировать транзистор кт3102 с использованием стандартного метода начали с 1986 года. Согласно кодовой метки он узнаваем по белой фигуре прямоугольного треугольника, размещенного на передней части корпуса (слева сверху), обозначающему его тип (модель). Правее указывается групповая принадлежность, а в нижней части год и месяц даты выпуска. В стандартной кодовой маркировке так же указывался год и месяц выпуска транзистора.
Иногда встречается нестандартные цветовые и кодовые маркировки. Как правило, в них не хватает информации о дате выпуска или групповой принадлежности. Современные производители, уже не используют фигуры в обозначении, а указывают на корпусе полное название типа и группы транзистора. Кроме этого на корпусе можно увидеть знак, указывающий на производителя устройства.
Как уже писалось ранее, транзистор встречается в пластиковом и металлическом корпусе. Устройства с пластиковым корпусом КТ-26 содержат в конце символ “М”. Например КТ3102ВМ это транзистор в пластиковом корпусе КТ-26, а КТ3102В в металлическом КТ-17.