Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 16
Текст из файла (страница 16)
»».. Р Если в транзисторе протекает импульсный ток, то гепловое сопротивление .будет зависеть от времени. В этом случае оно называется переходным н зависит :от формы импульсов тока и момента времени, в который оно определяется В справочных данных на транзисторы обычно приводятся: ° тепловое сопротивление переход-корпус (или переход-среда) Л„,.„ ° предельно допустимая температура перехода Т„„..., ° предельная средняя (или импульсная) мошность потерь в транзисторе Р„,„„»,„. предельно допустимая температура корпуса прибора Т„»,„„. Температуру корпуса транзистора можно измерять непосредственно.
Для это'го на мощных приборах может быть указана точка, в которой следует произво',дить это измерение. Непосредственпо измерить температуру перехода транзистора ,в процессе эксплуатации практически невозможно. В связи с этим используют :: косвенные методы, .основанные на температурной зависимости какого-либо параМетра. Такие методы обычно не дают возможности определить температуру в :наиболее горячих точках структуры, которые возникают из-за разброса электро- физических свойств кристалла или дефектов конструкции.
Для определения усред(лелпой температуры перехода используют тепловое сопротивление. Эффективная )температура перехода в установившемся режиме может быль определена по формулам Т„= Т»+ Р„„й„,, ,яли Т„= Т,,+Р„,,„.К,, С другой стороны„располагая сведениями о максимально допустимой темпе.:ратуре перехода Т.. »,,, можно определить допустимую мощность потерь в транзи,сторе . где Т,„,»,»=200"С для кремния и 150'С вЂ” — для германия. Из формулы (7.9) следует, что при температуре среды, равной Т»,=7;,„„,, ':транзистор использовать практически невозможно, так как допустимая мощпосгь '-:потерь в нем равна нулю.
Поскольку мощность, потребляемая транзистором, :в основном расходуется на коллекторном переходе, то Р,,„»„»=и,7,= опзг :,:.что определяет гиперболу максимальной потребляемой мощности„график кото- .;»рой приведен на рис. 7.3. Разлил Д Злсмснты злект онной техники 1„, мА "1 Р„„м,м1Вт гоо 160 120 4о 0 5 10 15 20 25 и„В Рис. 7Л. Посгросввис гинсрбоввьв максимальной аотрсбллсмой мовлиости Поскольку при постоянных значениях Т„и Л.и потребляемая транзистором -: мощпость однозначно определяет температуру перехода, то гипербола максимальной потребляемой мощности является границей развития теплового пробоя. Токовый пробой транзистора возникает прн достижении током максимально .'::: допустимого значения. Теоретическое значение максимального тока коллектора,,' определяется равенством общего подвижного заряда в области коллектор-эмиттер и общего постоянно~о пространственного заряда, определяемого по формуле (7.11) 1„.
„,„,. = С, Е, й', где С, . емкость коллектор-база (пропорциональная площади коллекторного' 1 перехода), Е, .=10'В!см — — пробивная напряженность поля, Рвмб 10ьсм/с -- скорость насыщения дрейфа носителей заряда. На практике ьчо значение тока никогда не достигается и обычно значение !, „.,„,, определяет ся возможностью повреждения соединений (перегоранием провод- -,.' ников) внутри транзистора. Значение максимального допустимого тока !„м::: обычно указывается в справочных данных транзистора. В ряде случаев максимально допустимый ток транзистора определяется по .'';:,-:: снижению козффициента передачи тока ниже определенного значения. Если токо-';-";:, вый пробой не связан с перегоранием соединительных проводников, то он являет-.' ся обратимым Вторичный пробой транзистора возникает или после развития одного из ви-,,;;:;: дов первичного пробоя, или непосредственно, минуя развитие первичного пробоя.,',:,,';;.:. Непосредственное развитие вторичного пробоя происходит обычно в области',::';в 7о Леллпя 7.
П дельные режимы работы т анзнсторов Рнс. 74 Графики развгпня вторгжного пробоя из олластн усилительного режима Га), оолас~п пассивного запирания Го), н области активного запиранпя )в) сравпительно высоких напряжений на коллекторе и связано с развитием так называемого ктокового шнурал. При этом коллекторный ток концентрируется в очень .малой области коллектора, которая проплавляется и замыкает коллектор с базой.
Вторичный пробой происходит при значениях тока и напряжения, меньших гиперболы максимальной мощности грие. 7.3). Если транзистор работаез в усилительном режиме. то развитие вторично. го пробоя и возникновение токового шнура связано с потерей термической , устончивосги. лри которой увеличение тока в каком-либо месте структуры . приводит к повышению ее температуры, а повышение температуры увеличи.
вает ток. Этот процесс нарастает лавинообразно и приводит к проплавлению ;.: структуры. Электрический и тепловой механизмы развития вторичного пробоя являются '. ве единствеплымн. В реальных транзисторах концентрация тока и развгггие вто: рн нзого пробоя могут быть результатом наличия дефектов в кристалле, плохого .. качества пайки и др. Но какова бы ни была причина развития вторичного про, боя, результатом его является щнурование тока и локальный перегрев с проплавлением крис-галла. Для развития вторичного пробоя требуется определенное время, которое ' может составлять 1 ... ) 00мкс.
Это время называют временем задержки развития ' втори '.ного пробоя. Если время нахождения транзистора в опасном режиме мень- ше времени развития вторичного пробоя, то вторичный пробой не возникает, : Поэтому при коротких длительностях импульсов тока в транзисторе вторичный :;: пробой может и не развиться. Исследовапня показали, что при развитии вторич- : ного пробоя )во время задержки) в цепи базы мокнут возникать автоколебания :— .; сравнительно высокой частоты, которые могут быть использованы для предсказа;,:яня опасного значения тока и защиты транзистора.
На рпс. 74 показаны вольт-вмперные характеристики транзистора при разви- тлн втори лого пробоя из различ" )иях областей: из области усили , тельного режима (а), области пас .снвного запи)залил гб) л области активного запирания (при обрат- 1 ном смещении амит.ернш-о перехода) )в). Во всех трех случаях лрн развитии вторичного пробоя лронсходьп резкое увели зсние тока коллектора и снижение па- в лряження на коллекторе, связанное с проплавлением колпектор'! вого перехода Втори*шый пробой отсутсгву ;,-" ег в полевых транзисторах Так, .,';::;::.,))апрлмер, для полевых транзисто- ров с управляющим р-г-переходом ):„-;':С:,увеличением температуры ток Рпгг)еп 1.
Эпсмситы электронной техники стока уменьшается, как показано пи рис. 7,5 Таким образом, разогрев структу1г.м ры при протекании тока стока приведет кето снижению, а не к увеличению, как 1 ез в биполярном транзисг оре. Последнее гово- рит об отсутствии положительной тепло- С о вой обратной связи и невозможности само- разогрева полевого транзистора, Область безопасной работы транзистора определяет гранины интервала надежной О из„ работы транзистора без захода в область одного из видов пробоя. Обычно область Рнс. Х5.
Гемпературиая зависимость безопасной работы (ОБР) строится в котока скока полевого транзистора орлинатах 1„((гм), Различают сгатнческу1о с р-л-пег>сходом и импульсную ОБР. Статическая ОБР (рис. 7зб а) ограничивается участками. токоноко пробоя (1), тепловоз о пробоя (2), вторичного пробоя (3) и лавинного пробоя 14). При гостроении ОБР в логарифмическом масштабе все ее участки имеют вид прямых линий. Импульсная ОБР определяется максимальным импульсным током коллектора 1„„„,„., и максимальным импульсным напряжением пробоя (ук„л„„„„.
При малых 1„ 1.„м, (7,.„В О. Рнс Хб. Области оезопасиой работы блполярнгио транзистора в сгаи спжсском режиме (а) и импульсном рехогмс (б) при разин ~пь:х ллнтсльиосгях импульсов тока коллектора Лекяии Р П елсиьные сжнмы работы трижисторои .'длительностях импульсов на ней могут отсутствовать участки, обусловлс|шые ;:". телловылт пробоем. Прн длительности импульса мепее 1 мкс импульсная ОБР име',:.
ет только две границы 7„„,„,с и У„„,„„„. Г1ри увеличении длительности импульса : появляются участки, ограничив сощие ОБР за счет развития вторичного пробоя - (3) и теплового пробоя (2) Границы областей безопасной работы транзистора зависят от температуры ;, его корпуса. С увеличением температуры корпуса транзистора границы ОБР, ;,.:обусловленные тепловым пробоем, перемещаются влево Границы ОБР, обуслов!: ленные лавинным или вторичным пробоем.
практически от температуры не за';::вясят. Защита транзисторов от пробоя. Прн использовании транзистора необходимо :.' ббеспсчить нахождение его рабочей точки внутри ОБР без выхода за ее пределы ";, .Даже кратковременный выход рабочей точки за пределы сиэответствующей ОБР ~Р влечет за собой попадание транзистора в область пробоя.
С целью защиты трап':::.:;зингера от возможпо1о пробоя обычно формируют траекторию его переключения .;: 'лри работе в ключевом режиме. Для этого к транзистору подключают дополцн.:-':::стельные цепи, содержаьдие резисторы, емкости, диоды и стабилитроны. Парамет';"ры этих цепей или рассчитывают„или находят экспериментальным путем Неко' торые из таких схем приведены на рис. 7.7 Простейшая цепь, используемая при индуктивной нагрузке транзистора, „::состоит из последовательно соединенных элементов тс и С.
как показано на '! ряс,7.7 а. Эта цепь работает следующим образом. При запирании транзистора - Сладуктттвной нагрузкой ток в индуктивностн, пе меняя своего значения и направ- ,'~ Летсня, поступает в ЯС-цепь и заряжает конденсатор С. При этом часть энерыш ~:-"-зталасепной в индуктивности. буде~ израсходована в резисторе тт. Благодаря этому )( б) Рос, 7 т Зегиита |рии~исторе от иееииио~о ироб ти ири иоисиии ЛСи1еии ~ау ивитирукиие~о сиоли (Гт) и стебиитяроии (е) Раздел /.
Элементы элект ониой техники исключается импульс большой амплитуды на коллекторе транзистора, который вывел бы рабочую точку за пределы ОБР. Элементы такой цепи рассчитываются по формулам: з зь„е„з тз где азы -- разность между напряжением источника питания Еа и максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, определяемым по соответствующей ОБР. Вместо ТтС-цепи можно использовать диодно-резистивную цепь„представленную на рис. 7.76. В этой схеме при запирании транзистора отпирается диод В, и через него проходит ток индуктивной нагрузки. Для снижения амплитуды импульса тока в диоде последовательно с ним иногда включается сопротивззение Я. Перепад напряжения на транзисторе равен прямому падению напряжения на диоде, т. е. практически отсутствует.
Для ограничения выброса напряжения на коллекторе транзистора прн его запирании можно использовать ограничитель на стабнлитроне В, как показало на рис. 7.7 в. Все рассмотренные цепи ограничивают предельное напряжение на транзисторе и тем самым предохраняют транзистор от попадания в режим лавинного пробоя. Для защиты транзистора от перегрева и связанного с этим теплового пробоя,, применяют охпадители, к которым крепится корпус транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
