Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 17

когда ток базы 1э = 0). Положение линии д зависит от режима цепи управления транзистором. При обратном смещении цепи эмиттер — База в процессе выключения транзистора вторичный пробой наступает при меньших значениях импульсной мощности по сравнению с мощностью в режиме пряьюго смещения в процессе включения транзистора.

Зто объясняется концентрацией изБыточных носителей, которая прямо пропорциональна значению запирающего тока во входной цепи транзистора. Различают две разновидности вторичного пробоя; тепловой и токовый. Тепловой втпоричный пробой вызывается неоднородностью проводимости кристалла в отдельных местах и, следовательно, различными плотностью тока и температурой по поверхности кристалла. При повышении температуры ее неравномерность увеличивается, на поверхности образуются так называемые «горячие пятна» и через определенное время происходит полное проплавление кристалла в этих локальных областях, приводящее к короткому замыканию цепи эмиттер-коллектор. Токовый аглоричньей пробой происходит при критическом значении плотности тока, когда увеличение напряженности поля приводит к неконтролируемому умножению носителей в обедненном слое коллектора. При этом напряжение на транзисторе резко уменьшается до 5...8 В.

Токовый вторичный пробой в отличие от теплового определяется импульсной мощностью и не зависит от времени нахождения транзистора в области критического сочетания значений напряжения и тока. При кратковременном нахождении транзистора в активной области и в области насыщения границы безопасной работы расширяются. На рис. 3.1 штриховыми линиями показаны смещения линий Я, д и е для различных значений длительности импульсов гиг > сит > гиз > гие, При длительности импульса порядка десятков микросекунд работа транзистора определяется только максимальным током и мощностью вторичного пробоя.

(линия Я укорачивается до нуля). Допустимый максимальный импульсный ток обычно в 2...3 раза больше допустимого максимального постоянного тока. Область безопасной работы приводится обычно для определенной температуры корпуса транзистора. Для иного значения температуры необходимо учитывать перемещение линии д в соответствии с зависимостью допустимой рассеиваемой мощности Рр„от температуры корпуса дк: Ррас = (дпер дк)/Лв где дп,р — предельно допустимая температура перехода транзисторной структуры; Ве — тепловое сопротивление между переходом транзисторной,структуры и корпусом. Температура корпуса дка, выше которой начинается снижение допустимой рассеиваемой мощности (рис.

3.2), определяется из уравнения дка = дпер Ррасном11в, где Ррасиом — номинальная длительно рассеиваемая мощность. Положение линии д слабо д зависит от температуры корпуса, особенно при в„ й токовом вторичном пробое. Линии 1 и ( устанавливаются в технических условиях для всего Рис. З.г. Зависимость интервала рабочих температур. допустимой рассеиваемой мощности от твмПотери мощности в транзисторах, работаю- и рвтур карп первтуры корпуса щих в режиме переключения, состоят из потерь статических и динамических.

Сгпаглические поглери Р, определяются суммой потерь в состояниях насыщения Ри„и отсечки Ротс: Р„=Ри +Р„,=1,я„а,+1э 11 и + г +1кэ Укэ(1 — 7) где 1,н — действующее значение тока транзистора; 1эср — среднее значение тока базы; Анас = 11кэ нас/1кном сопротивление насыщения; Укэнас и Уээнвс — остаточные напряжения в режиме насыщения в силовой и входной цепях соответственно; 1кэ — ток коллектора закрытого транзистора; Укэ — напряжение на закрытом транзисторе; т = снуТ— коэффициент заполнения; сн — длительность импульса. Динамические потери мощности Рнии находятся из уравнения где Ранки и Рнв кл — импульсная (пиковая) мощность в процессе включения и выключения транзистора соответственно; Т вЂ” период коммутации транзистора; гвкл и твыкл — эквивалентное время рассеяния мощности в процессе включения и выключения соответственно.

Значения свил и с ь,кл определяются после приведения импульса мощности к прямоугольной форме с амплитудой Ривк и Ривмк„методом равенства площадей (Ватт — секунды). Амплитуды импульсов мощности Ривкл и Р, вмкл могут Быть определены осциллографированием траектории рабочей точки в процессе включения и выключения. Для етого на канал У высокочастотного осциллографа подается ток 1к, а на канал Х вЂ” напряжение иэк. Выбор транзистора для работы в ключевом режиме определяется следующими основными физическими и конструктивно-технологическими параметрами: 99 Таблица 3.1 Параметры биполярных транзисторов в ключевом режиме Параметр Тип транзистора 286ЕПЗ 2Т8 36 Б 2Т866А 2Т945 Допустимый максимальный ток коллектора, А Рекомендуемый (классификационный) ток загрузки транзистора, А Коэффициент передачи тока транзистора в ключевом режиме, Ьм„ы Мощность минимальных потерь для тока, Вт 15 10 3,5 3,5 10 10 25 12 0,65 0,6 1,4 малым временем рассасывания 1рьс для обеспечения быстродействия ключа; малыми временами включения (нарастания тока) 1ь„в и выключения (спада тока) 1 „для снижения динамических потерь; реальным током загрузки 1к„— классификационным током, превышение которого технически нецелесообразно; минимальными потерями Р„„зо включенном состоянии; коэффициентом передачи тока транзистора в ключевом режиме Ам «ьо определяющим приведенные выше параметры и требуемую мощность предварительного усилителя; массой тт; площадью Я~, занимаемой корпусом транзистора на теплоотводе; площадью кристалла транзистора Яхр.

Удовлетворение всех требований к транзистору не представляется возможным, так как некоторые из них являются взаимоисключающими. В большинстве практических случаев решающим является какой- либо один параметр, например коэффициент передачи Ам нес при выборе транзистора для маломощных устройств управления или для синхронного выпрямителя. При больших рабочих токах важное значение приобретает напряжение сГкав В табл.

3,1 приведены для сравнения параметры некоторых биполярных транзисторов при работе в ключевом режиме. 3.1.2. Полевые транзисторы Полевые транзисторы — активные полупроводниковые приборы, управляемые полем. Они имеют тонкую область полупроводника (канал) с контактами истока и стока. Область канала покрыта затвором.

МДП-транзисторы имеют металлический или поликристаллический затвор, отделенный от канала тонким слоем диэлектрика. Поле затвора индуцирует основные носители в канале. Такие приборы называют МДП-транзисторами с индуцированным каналом. Нормально они закрыты и открываются, когда напряжение затвор — исток превышает определенный пороговый уровень бге. Этот уровень находится в пределах от долей вольта (для транзисторов с горизонтальной структурой) до единиц вольта (для транзисторов с вертикальной структурой). При низких значениях 1Ге повышается быстродействие, при высоких значениях (/в повышается помехоустойчивость транзисторов. Если канал выполняется проводящим ток, то приборы этого типа называются МДП- транзисторами со встроеннэсч каналом.

Они нормально открыты и управляются напряжением на затворе различной полярности. К достоинствам полевых транзисторов относятся: малая мощность управления в статическом режиме; высокая скорость переключения, благодаря чему снижаются динамические потери в ключевых схемах; отсутствие теплового пробоя и слабая подверженность вторичному пробою; самоограничение тока стока, обеспечивающее их параллельную работу.

К недостаткам полевых транзисторов относятся; выход из строя при электрических перегрузках по напряжению (даже кратковременных); повышенные по сравнению с биполярными транзисторами остаточные напряжения, что увеличивает потери в статическом режиме; меньшая по сравнению с биполярными транзисторами радиационная стойкость. Полевые транзисторы характеризуются семейством выходных вольт-амперных характеристик, т.е. зависимостью тока стока 1с от напряжений сток — исток 1/сн и затвор — исток сГзн. Для малых приращений тока стока справедлива зависимость дйс дйс ' дуси д1с = — дцзи+ Виси = Вдави+ дцзн двси Ввн где параметр 5 = дйс/диан Ь1с/Ьизн называется крутизной, а Л в — дуси/дйс ю Ьиси/Ь1с — внутренним сопротивлением транэисглора. Эти параметры зависят от постоянной составляющей тока стока, т.е, от положения рабочей точки на вольт-амперной характеристике.

Транзисторы с большими допустимыми токами стока имеют высокие 100 101 м м с цЪ 1с 1с Ф «с ЦЪ - чс со 1- а а л с а о чс ь- х л л г- «е о сь и 0 иск рзи съ СЪ Ю о Ю ЧЪ в! рис. з.з. Семейства статических ВАХ мощного МДП-транзистора: о— входные; о — выходные', в — передаточные сь о Ф о съ Ю 4 СЪ Ю чъ ч СЪ Ю ИЪ СЪ СЪ иъ гч СЪ с» съ съ л < съ съ л значения крутизны Я, так как площадь затвора при этом достаточно велика и транзистор хорошо управляем. Различают три типа ВАХ полевых транзисторов: входные, выходные и передаточные. Входные ВАХ (рис. 3.3,а) списывают зависимость тока затвора 1з от напряжения на затворе Узи при Уси = сопев. При различных значениях Уси получаем семейство входных ВАХ.