Описание основных свойств транзисторов (Код: )

Цель данной статья дать описание основных параметров транзисторов, что бы облегчить подбор аналогов

Описание будет дано на основание данных из технической документации (DATASHEET) на транзисторы, а за тем выделены главные, на базе которых можно подобрать аналог с вероятностью совместимости 97%. Начнем с биполярного типа, так как их первыми запустили в массовое производство. Транзистор считается величайшим изобретением человечества. Кому интересно история и эволюция создания транзисторов жмем здесь. В качестве примера возьмём транзистор 2N5551.

  1. Тип/структура - это NPN транзистор (порядок слоев полупроводникового материала). Эта структура определяет полярность подключения. Первый по значимости параметр.
  2. Предельный ток коллектора IC -  это максимальный ток, который может пропустить транзистор без перегрузки и риска выхода из строя. Если ваш транзистор имеет такой же или меньший ток - можно смело ставить. 
  3. Предельное напряжение VCEO -  максимальное напряжение между коллектором и эмиттером в открытом состояние, которое можно приложить не пробивая транзистор (выход из строя). Если ваш транзистор имеет такое же или меньшие - можно использовать.
  4. Предельное напряжение VCBO -  максимальное напряжение между коллектором и базой в открытом состояние, которое можно приложить не пробивая транзистор (выход из строя). Если ваш транзистор имеет такое же или меньшие - можно использовать. 
  5. Предельное напряжение VEBO -  максимальное напряжение между эмиттером и базой в открытом состояние, которое можно приложить не пробивая транзистор (выход из строя). Если такое же или меньшие - можно использовать.
  6. Рассеиваемая мощность PTOT  указывается в ваттах или милливаттах - Это мощность рассеиваемая корпусом транзистора в виде тепла (аналог нагревателя соответствующей мощности). По другому падение напряжения на переходе умноженное на ток (произведение тока на напряжение это мощность). Так, как на PN переходе всегда есть уровень падения напряжения, эта энергия выделяется в виде тепла (чем больше падение, тем выше мощность). Не следует путать с мощностью устройства или схемы в которой он работает. Своего рода это КПД транзистора, чем меньше рассеиваемая мощность, тем выше КПД. Хотя при выборе аналога лучше ориентироваться на туже мощность или больше, что бы не погружаться в технологию изготовления транзистора и не анализировать какую реальною мощность он может передать потребителю.  
  7. Статический коэффициент передачи тока HFE или  H21Э  - отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданном постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и токе эмиттера в схеме с общим эмиттером (ОЭ). Указывает во сколько раз увеличится ток по участку коллектор-эмиттер в сравнение с током база-эмиттер. Так называемый коэффициент усиления. Для некоторых схем этот параметр важен, но если транзистор работает в режиме ключа/переключателя - этот параметр не важен. Например: допустим, HFE = 80 и через переход база-эмиттер проходит ток 1mA, тогда транзистор пропустит максимум через себя 80mA.
  8.  Напряжение насыщения между коллектором и эмиттером (Collector-Emitter Saturation Voltage) VCE(sat) - минимальное напряжение между коллектором и эмиттером в открытом состоянии (в "совсем открытом" состоянии при большом токе базы). Обычно составляет 0,2-0,4 В. Другими словами минимальное напряжение которое нужно приложить между эмиттером и коллектором, что бы ток проходил чрез транзистор. При подборе аналога, как правило не учитывается.
  9. Граничная частота коэф. передачи тока Fэто диапазон частот при котором транзистором можно управлять как усилителем и коэффициент передачи тока больше единицы. Указывает на ту частоту, при достижении которой транзистор теряет способность усиливать ток базы в схеме с общим эмиттером. При подборе аналога, частота должны быть не уже. В низкочастотных схемах этот параметр не имеет значения, а на радиочастотах следует учитывать. На частотах до 10 мГц - можно не обращать внимания. У 2N5551 предельная частота 300 мГц. Емкость коллекторного перехода  
  10. Емкость коллекторного перехода COB - любой материал обладает емкостью. Где, то большая емкость это хорошо, но только не в PN переходах полупроводников работающих на повышенных частотах. По причине того, что тратится время на зарядку/разрядку и ток не может мгновенно начать течь в нужном направление. Тут важно не большое значение, что бы не оказывать заметного влияния на основную работу транзистора. Обычно этим параметром можно пренебречь - т.к. емкость большинства транзисторов минимальна. Хотя есть даже метод определения размеров кристалла по емкости, чем больше емкость, тем больше площадь кристалла полупроводника (но это касается в основном только низкочастотных и мощных транзисторов). У 2N5551 емксть 6 пф, а вот у мощного музыкального 2SC5200 уже 200 пф, но и частота у него ниже в 10 раз.
  11. Линейность - транзистор это нелинейный прибор и в зависимости от частоты, напряжений и величины тока не будет прямой линии на графике вольт-амперной характеристики (по крайней мере не во всём диапазоне рабочих напряжений/частот/токов. Упрощенно - изменение управляющего сигнала не в точности будет изменять контролируемый ток. Лишь на некоторых ограниченных участках при изменение напряжения/тока управления или частоты контролируемый ток будет меняться линейно. Еще есть зависимость от температуры. В большинстве даташитов эти графики приводятся. Тут без специального образования не разобраться. При подборе аналога  - в большей части схем не учитывается.

А вот в схемах с высокоточной обработкой переменных сигналов это имеет большое значения. Например - мы усиливаем сигнал с какого либо датчика, обрабатываем музыкальный сигнал - где малейшие искажения могут быть слышны. Транзисторы работающие группами во взаимосвязи - тут важны более близкие характеристики. И если один из группы связанных транзисторов не сможет во время переключится или изменить сигнал до нужного уровня - в лучшем случает схема не заработает. Эффект может быть не предсказуем.

По моему мнению, это тот минимум который необходимо учитывать при подборе аналога. В любом случае вся ответственность лежит на вас. Слишком много факторов может сказаться при замене на аналог - всё учесть не возможно. У одного человека прибор работает в одних условиях и аналог чувствует себя хорошо, у другого нет. Рассуждать и перечислять возможные факторы можно бесконечно. Наша задача оценить риски и необходимость восстановления работоспособности изделия. После замены на аналог, устройство нужно погонять во всех режимах максимально возможное время.              

У нас есть много товаров по низким ценам,  которые помогут вам  всё сделать самим (DIY) и сэкономить деньги.  Находимся мы в центре города,  купить и забрать товар можно по адресу Московская 97 или связаться по телефону +7-967-500-8544, короткий формат по городу 988 544, whatsapp и viber на номере +7-905-321-5740. Электронная почта и дополнительная информация о нас в разделе контакты. Там же вы можете получить консультацию и дополнительную информацию по характеристикам предлагаемых товаров. Посетите раздел каталога справочная, там ответы на часто задаваемые вопросы. Радиомагазин.