Praktyki 2006Praktyki 2006

Prezentację przygotował Prezentację przygotował Robert LaskoRobert Lasko

Plan PrezentacjiPlan PrezentacjiDiodyDiody

ParametryParametryRodzajeRodzajeObudowyObudowy

ProstownikiProstownikiMostek prostowniczyMostek prostowniczyPrzykłady mostkówPrzykłady mostkówObudowy mostkówObudowy mostków

Tranzystory bipolarneTranzystory bipolarneParametry i charakterystykiParametry i charakterystykiZastosowanieZastosowanieTranzystory IGBTTranzystory IGBT

Tranzystory poloweTranzystory poloweTranzystory JFETTranzystory JFETTranzystory MOSFETTranzystory MOSFET

RadiotoryRadiotoryTeoriaTeoriaDobór odpowiedniego radiatoraDobór odpowiedniego radiatora

DIODYDIODY

Parametry diodParametry diod

Dioda półprzewodnikowaDioda półprzewodnikowa

Oznaczenie diody sugeruje kierunek przepływu prądu przy Oznaczenie diody sugeruje kierunek przepływu prądu przy polaryzacji w kierunku przewodzenia.polaryzacji w kierunku przewodzenia.

Charakterystyka diodyCharakterystyka diody

Kierunek Kierunek przewodzeniaprzewodzenia

Kierunek zaporowyKierunek zaporowy

Wpływ temperatury na pracę diodyWpływ temperatury na pracę diody

Napięcie przewodzenia w dużym Napięcie przewodzenia w dużym stopniu zależy od temperatury. stopniu zależy od temperatury. Napięcie przewodzenia maleje Napięcie przewodzenia maleje wraz ze wzrostem temperatury o wraz ze wzrostem temperatury o 2,2mV. 2,2mV.

Wykorzystanie do pomiaru Wykorzystanie do pomiaru temperatury oraz do temperatury oraz do logarytmowania logarytmowania (przeprowadzania operacji (przeprowadzania operacji matematycznych na sygnałach matematycznych na sygnałach analogowych).analogowych).

Dopuszczalne straty mocyDopuszczalne straty mocy

Czynnik ograniczający możliwość Czynnik ograniczający możliwość użytkowania diody: nagrzewanie, użytkowania diody: nagrzewanie, wskutek wydzielania się na niej wskutek wydzielania się na niej mocy.mocy.

Temperatura diod krzemowychTemperatura diod krzemowych nie nie powinna przekraczać 150powinna przekraczać 150ººC.C.

Maksymalną dopuszczalną moc Maksymalną dopuszczalną moc strat powinno się przestrzegać z strat powinno się przestrzegać z dużym zapasem.dużym zapasem.

Parametry diodParametry diod

Podstawowe parametry oraz ich dopuszczalne wartości:Podstawowe parametry oraz ich dopuszczalne wartości:

•• Napięcie przebicia złącza Napięcie przebicia złącza –– 1500V dla krzemu1500V dla krzemu

•• Wartość napięcia UWartość napięcia UFF, dla krzemu wynosi 0.7V, dla germanu 0.3V, dla krzemu wynosi 0.7V, dla germanu 0.3V

•• Dopuszczalna temperatura złącza: 75 Dopuszczalna temperatura złącza: 75 ººC dla germanu 150 C dla germanu 150 –– 200 200 ººC dla krzemuC dla krzemu

•• Rezystancja termiczna Rezystancja termiczna RRthjathja i i RRthjcthjc

Niektóre punkty charakterystyki statycznej:Niektóre punkty charakterystyki statycznej:

•• Wartość napięcia przewodzenia odpowiadająca określonej wartości Wartość napięcia przewodzenia odpowiadająca określonej wartości prąduprądu

•• Wartość prądu wstecznego przy polaryzacji określonym napięciemWartość prądu wstecznego przy polaryzacji określonym napięciem

Parametry dynamiczne:Parametry dynamiczne:

•• Pojemność diody CPojemność diody Cr r spolaryzowanej w kierunku zaporowymspolaryzowanej w kierunku zaporowym

•• ttrrrr –– czas przechodzenia ze stanu przewodzenia do stanu zaporowegoczas przechodzenia ze stanu przewodzenia do stanu zaporowego

Pomiar diodPomiar diod

Mierzymy oporność złącza w obu kierunkach jak Mierzymy oporność złącza w obu kierunkach jak na rysunku. Raz mamy małą oporność, a raz na rysunku. Raz mamy małą oporność, a raz dużą. dużą.

Gdy mamy już gotowy układ zaczynamy mierzyć Gdy mamy już gotowy układ zaczynamy mierzyć spadek napięcia na diodzie. spadek napięcia na diodzie.

Dioda krzemowa:Dioda krzemowa:spadek napięcia ok. 0,5 do 0,7V.spadek napięcia ok. 0,5 do 0,7V.

Dioda germanowa:Dioda germanowa:spadek napięcia ok. 0,2 do 0,5V.spadek napięcia ok. 0,2 do 0,5V.

Rodzaje diodRodzaje diod

Diody prostowniczeDiody prostownicze

Funkcja: Funkcja: prostowanie przebiegów przemiennychprostowanie przebiegów przemiennych -- najważniejszy element najważniejszy element układów zasilających. układów zasilających.

Praca przy częstotliwościach sieciowych rzędu 50Hz. Praca przy częstotliwościach sieciowych rzędu 50Hz.

Przepływ prądu o wartościach powyżej 10A, wymaga zastosowania raPrzepływ prądu o wartościach powyżej 10A, wymaga zastosowania radiatora. diatora.

Parametry diod prostowniczych określane są ich parametrami graniParametry diod prostowniczych określane są ich parametrami granicznymi:cznymi:

•• IIFNFN –– średni prąd przewodzenia średni prąd przewodzenia –– prąd stały pobierany z prostownikaprąd stały pobierany z prostownika

•• IIFRMFRM –– powtarzalny szczytowy prąd przewodzeniapowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia

•• IIFSMFSM –– niepowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia, uwaga na proces załniepowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia, uwaga na proces załączenia prostownika!ączenia prostownika!

•• UURWMRWM –– maksymalne napięcie wsteczne pracymaksymalne napięcie wsteczne pracy

•• UURRMRRM –– powtarzalne szczytowe napięcie wstecznepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne

•• UURSMRSM –– niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczneniepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne

•• RRthth –– rezystancja termiczna podawana w przypadku dużych prądówrezystancja termiczna podawana w przypadku dużych prądów

Zastosowania diod prostowniczychZastosowania diod prostowniczych

• szeregowe łączenie diod szeregowe łączenie diod –– w wypadku, kiedy wymagana w wypadku, kiedy wymagana wartość napięcia wstecznego przekracza Uwartość napięcia wstecznego przekracza UR R pojedynczej diodypojedynczej diody

•• ograniczniki diodowe, obcinacze napięciaograniczniki diodowe, obcinacze napięcia

•• bramki diodowebramki diodowe

•• zabezpieczenia diodowe: ochrona wejść wzmacniaczy zabezpieczenia diodowe: ochrona wejść wzmacniaczy operacyjnych i układów scalonych, tłumienie przepięć operacyjnych i układów scalonych, tłumienie przepięć wywołanych w chwili otwarcia obwodu zwierającego cewkę wywołanych w chwili otwarcia obwodu zwierającego cewkę indukcyjnąindukcyjną

Przykłady diod prostowniczychPrzykłady diod prostowniczych

Nazwa diody

VRRM [V] IR[uA] dlaVRRM

VF [V] dla IF = 1A

tRR[us]

1N4001 50 5 1 -

1N4002 100 10 1,1 30

1N4007 1000 10 1,1 30

Nazwa diody VRRM [V] IR[uA] dlaVRRM

VF [V] dla IF = 3A

IAV [A]

1N5401 100 20 1,2 3

31N5407 800 20 1,2

Popularne Popularne diody małej diody małej mocymocy

Popularne Popularne diody średniej diody średniej mocy, mocy,

Przykładowe Przykładowe diody dużej diody dużej mocy.mocy.

Nazwa diody

VRRM [V] IR[mA] dlaVRRM

VF [V] dla IF = 30A

IAV [A]

60EPS08 800 - 1

1541HF40 400

60

401,3

Diody ZeneraDiody Zenera

Praca przy polaryzacji w kierunku Praca przy polaryzacji w kierunku zaporowym wykorzystując dużą stromość zaporowym wykorzystując dużą stromość charakterystyki prądowo napięciowej. charakterystyki prądowo napięciowej.

Po szeregowym włączeniu rezystora Po szeregowym włączeniu rezystora uniezależniamy napięcie na diodzie od uniezależniamy napięcie na diodzie od zmian napięcia zasilającego oraz prądu zmian napięcia zasilającego oraz prądu obciążeniaobciążenia

–– cecha stabilizatora napięcia. cecha stabilizatora napięcia.

Wada diod Zenera: Wada diod Zenera: duży poziom szumówduży poziom szumów. .

Są one zmniejszane przez blokowanie diody Są one zmniejszane przez blokowanie diody kondensatorem o pojemności kilkudziesięciu kondensatorem o pojemności kilkudziesięciu nFnF..

Parametry diod ZeneraParametry diod Zenera

UUZZ –– średnia wartość napięcia stabilizowanego: 3 V do kilkuset Voltówśrednia wartość napięcia stabilizowanego: 3 V do kilkuset Voltów

PPMAXMAX –– maksymalna dopuszczalna moc strat. Popularne moce: 300mW, 1W, maksymalna dopuszczalna moc strat. Popularne moce: 300mW, 1W, 5W.5W.

Dopuszczalna tolerancja napięcia stabilizowanego Dopuszczalna tolerancja napięcia stabilizowanego wyrażana w %.wyrażana w %.

IIZMAXZMAX = P= PMAXMAX / U/ UZZ –– maksymalny prąd diody stabilizacyjnej, którego nie maksymalny prąd diody stabilizacyjnej, którego nie wolno przekroczyć.wolno przekroczyć.

TWU TWU –– temperaturowy współczynnik napięcia. Jego wartość dla diod o Utemperaturowy współczynnik napięcia. Jego wartość dla diod o UZZ z z przedziału 5przedziału 5--7V jest zbliżona do 0 7V jest zbliżona do 0 -- stabilizatory napięcia odniesieniastabilizatory napięcia odniesienia..

rrDD –– rezystancja dynamiczna określająca właściwości stabilizujące diorezystancja dynamiczna określająca właściwości stabilizujące diody. Im dy. Im jest ona mniejsza tym lepsza stabilizacja napięcia. jest ona mniejsza tym lepsza stabilizacja napięcia.

Typowa wartość Typowa wartość rrDD –– kilkadziesiąt kilkadziesiąt ΩΩ..

Wpływ UWpływ UZZ na TW Una TW UZZ

Temperaturowy Temperaturowy współczynnik zmian współczynnik zmian napięcia.napięcia.

Wpływ IWpływ IZZ na TW Una TW UZZAby użyć diodę Zenera jako źródło Aby użyć diodę Zenera jako źródło napięcia odniesienia o dużej stałości napięcia odniesienia o dużej stałości należy:należy:

•• połączyć ją szeregowo z diodą połączyć ją szeregowo z diodą prostownicząprostowniczą

•• skompensować temperaturowe skompensować temperaturowe współczynniki zmian napięcia obu diodwspółczynniki zmian napięcia obu diod

Wartość TWUWartość TWUZZ zależy od:zależy od:

•• Napięcia stabilizacji UNapięcia stabilizacji UZZ

•• Wartości prądu płynącego przez diodę IWartości prądu płynącego przez diodę IZZ

Wniosek:Wniosek:

Wybierając odpowiednią wartość prądu Wybierając odpowiednią wartość prądu dostrajamy TWUdostrajamy TWUZZ do odpowiedniej do odpowiedniej wartości.wartości.

Przykłady diod ZeneraPrzykłady diod Zenera

Nazwa diody VZ [V] dla IZ = 5mA rZ [Ω] dla IZ = 5mA

BZX384-C2V7 2,7 75

BZX384-C3V3 3,3 85

BZX384-C4V3 4,3 80

BZX384-C4V7 4,7 50

BZX384-C5V6 5,6 15

BZX384-C7V5 7,5 6

BZX384-C15 15 10

BZX384-C47 47 50

BZX384-C75 75 95

Wszystkie opisane wyżej diody są diodami Zenera 0,3W, o tolerancji napięcia Zenera: 5%.

Diody pojemnościoweDiody pojemnościowe

Wykorzystywane jest zjawisko zmiany Wykorzystywane jest zjawisko zmiany pojemnościpojemności złącz złącz PP--NN pod wpływem zmiany pod wpływem zmiany napięcianapięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. przyłożonego w kierunku zaporowym.

Wyróżnia się dwa rodzaje diod pojemnościowych:Wyróżnia się dwa rodzaje diod pojemnościowych:Warikapy Warikapy (od (od variablevariable capacitancecapacitance, zmienna pojemność) są używane głównie w , zmienna pojemność) są używane głównie w układach automatycznego strojenia, jako elementy układach automatycznego strojenia, jako elementy obwodów rezonansowychobwodów rezonansowych. . Pojemności rzędu 10 Pojemności rzędu 10 -- 500pF. 500pF.

WaraktoryWaraktory (od (od variablevariable reactorreactor, zmienna , zmienna reaktancjareaktancja), pojemności rzędu 0,2 ), pojemności rzędu 0,2 -- 20pF. 20pF. Używane głównie w zakresie wysokich częstotliwości, jak również Używane głównie w zakresie wysokich częstotliwości, jak również mikrofalowym (5 mikrofalowym (5 --200 200 GHzGHz). Zastosowanie w powielaczach częstotliwości.). Zastosowanie w powielaczach częstotliwości.

SOT 23SOT 23

Charakterystyka i parametry diody pojemnościowejCharakterystyka i parametry diody pojemnościowej

Pojemność Pojemność CCtmintmin jest osiągana dla dużych napięć, jest osiągana dla dużych napięć, UU2 jest bliskie maksymalnemu napięciu 2 jest bliskie maksymalnemu napięciu wstecznemu. wstecznemu.

Pojemność Pojemność CCtmaxtmax na ogół określa się przy na ogół określa się przy zerowym, lub bliskim zeru napięciu polaryzacji zerowym, lub bliskim zeru napięciu polaryzacji diody diody UU1 1 -- pojemność ta jest rzędu pojemność ta jest rzędu pikofaradówpikofaradów.

Dąży się do zmaksymalizowania współczynnika Dąży się do zmaksymalizowania współczynnika przestrajania. przestrajania.

Czułość Czułość -- parametr, który mówi jak zmienia się pojemność parametr, który mówi jak zmienia się pojemność pod wpływem zmiany napięcia.pod wpływem zmiany napięcia.

Wada diod pojemnościowych: Wada diod pojemnościowych:

Nieliniowość ich charakterystyki w funkcji napięcia, przekłada sNieliniowość ich charakterystyki w funkcji napięcia, przekłada się na zniekształcenie ię na zniekształcenie sygnału przy dużych jego amplitudach.sygnału przy dużych jego amplitudach.

Przykłady diod pojemnościowychPrzykłady diod pojemnościowych

Nazwa diody CD [pF] dla ->

VR [V] CD [pF] dla ->

VR – VR’ [V]

BAT86/Ph 17,5 1 9,7 1 - 28

BBY39 1,8 28 8,3 1 - 28

BBY39 29 3 10 1 - 28

Zastosowanie powyższych diod: strojenie odbiorników UKF.

Diody tuneloweDiody tunelowe

Dioda tunelowa dla pewnego zakresu Dioda tunelowa dla pewnego zakresu napięćnapięćpolaryzujących charakteryzuje się polaryzujących charakteryzuje się ujemną ujemną rezystancją dynamicznąrezystancją dynamiczną..

Typowe wartości prądu Typowe wartości prądu IPIP są rzędu kilkusą rzędu kilku--kilkunastu miliamperów.kilkunastu miliamperów.Im większy iloraz Im większy iloraz IPIP / / IVIV -- tym lepiej. tym lepiej.

Istotne są pojemność złącza Istotne są pojemność złącza pp--nn, , indukcyjność pasożytnicza oraz pojemność indukcyjność pasożytnicza oraz pojemność obudowy, obudowy, -- wpływają na szybkość działania wpływają na szybkość działania diody.diody.

Zastosowanie: układy generatorów Zastosowanie: układy generatorów sygnałów o bardzo dużych częstotliwościach, sygnałów o bardzo dużych częstotliwościach, rzędu kilkuset rzędu kilkuset GHzGHz. .

Diody krzemowe:Diody krzemowe:UpUp = 75mV, = 75mV, UvUv = 400mV= 400mV

Diody germanowe:Diody germanowe:UpUp = 150mV, = 150mV, UvUv = 600mV= 600mV

Diody Diody Schottky’egoSchottky’ego

Dioda Dioda Schottky'egoSchottky'ego stanowi alternatywę dla diod germanowych, gdy stanowi alternatywę dla diod germanowych, gdy niezbędne jest niskie napięcie progowe. Wynosi ono niezbędne jest niskie napięcie progowe. Wynosi ono okok 0,4 V. 0,4 V.

Diody te odznaczają się bardzo krótkimi czasami przełączania i nDiody te odznaczają się bardzo krótkimi czasami przełączania i nadają się adają się doskonale do zastosowań w układach o bardzo wysokiej częstotliwodoskonale do zastosowań w układach o bardzo wysokiej częstotliwości i ści i układach przełączających. układach przełączających.

Diody Diody Schottky'egoSchottky'ego są są powszechnie stosowane w zakresie częstotliwości powszechnie stosowane w zakresie częstotliwości do 100 do 100 GhzGhz. .

NaleNależży zwracay zwracaćć uwaguwagęę na warunki pracy tych diodna warunki pracy tych diod!!

PPrzy wzrorzy wzrośście temperatury od 25 do 100 cie temperatury od 25 do 100 ºº C, prC, prąąd wsteczny mod wsteczny możże e wzrosnwzrosnąćąć nawet stukrotnie.nawet stukrotnie.

Przykłady diod Przykłady diod Schottky’egoSchottky’ego

Nazwa diody

VRRM [V] IR[uA] dlaVRRM

IFmax[A]

VF [V] dla ->

IF [A]

tRR [ns]

BAT86 50 5 0,20

1,1

0,38

0,015

4

11DQ03 30 1000 0,55

0,001

1 -

1N5711 70 10 0,015

0,41 0,1

Obudowy diodObudowy diod

Obudowy Diod 1Obudowy Diod 1DO DO –– 35 35 DO DO -- 4141

Najpopularniejsze obudowy diod: obudowy typu osiowego.

Identyfikacja wyprowadzeń w obudowach typu osiowego:

Katoda jest zawsze oznaczana kolorowym paskiem.

Obudowy Diod 1Obudowy Diod 1

TO 220TO 220D D -- PAKPAK

TO TO -- 247247

Identyfikacja wyprowadzeń w obudowach innych typów:

Należy posłużyć się notą katalogową lub miernikiem.

Obudowy Diod 2Obudowy Diod 2

SMBSMB

SMCSMC

B B -- 4747DO DO -- 44

ProstownikiProstowniki

Mostek Mostek GraetzaGraetza

Najpopularniejszy obecnie Najpopularniejszy obecnie dwupołówkowydwupołówkowy układ układ prostowniczy. prostowniczy.

Napięcie na wyjściu Napięcie na wyjściu układu będzie mniejsze od układu będzie mniejsze od wejściowego o dwukrotne wejściowego o dwukrotne napięcie przewodzenia napięcie przewodzenia diod.diod.

W przeciwieństwie do W przeciwieństwie do układu układu dwupołówkowegodwupołówkowegomoże on pracować bez może on pracować bez transformatora.transformatora.

Przykłady mostków prostowniczychPrzykłady mostków prostowniczych

Nazwa mostka VI(RMS) [V] VRRM [V] IAV[A] IFSM[A] VF [V] przy IF [A]

DB154G 280 400 1,5

4

50

10

1,5

TS4B07G 700 1000 120

1,1

1 4

SB107 700 1000 1,1200 5

Obudowy mostków prostowniczych 1Obudowy mostków prostowniczych 1

Mostek prostowniczy 1,0 Aobudowa DIL/SO

Mostek prostowniczy1,5 do 2,0 A

Mostek prostowniczy2,0 A

Obudowy mostków prostowniczych 2Obudowy mostków prostowniczych 2

Mostek prostowniczy4,0 A

Mostek prostowniczy6,0 A

TranzystoryTranzystory

Symbole wszystkich tranzystorówSymbole wszystkich tranzystorów

Tranzystory bipolarne

NPN PNP

Tranzystory JFETZ kanałem typu N Z kanałem typu P

Tranzystory MOSFET

IGBT

Tranzystory bipolarneTranzystory bipolarne

Parametry i charakterystyki Parametry i charakterystyki tranzystorówtranzystorów

Model tranzystoraModel tranzystora

Uproszczony model zmiennoprądowyUproszczony model zmiennoprądowy

ggmm –– transkonduktancjatranskonduktancja tranzystoratranzystora

IIII –– prąd diody emiterowejprąd diody emiterowej

IINN –– prąd diody kolektorowejprąd diody kolektorowej

CCjeje CCjcjc –– pojemności złączowe pojemności złączowe emitera i kolektoraemitera i kolektora

CCdede CCdcdc –– pojemności pojemności dyfuzyjne emitera i kolektoradyfuzyjne emitera i kolektora

Odwrotna polaryzacjaOdwrotna polaryzacja

Złącze baza−emiter spolaryzowane w kierunku Złącze baza−emiter spolaryzowane w kierunku zaporowym zachowuje się jak dioda Zenera o napięciu zaporowym zachowuje się jak dioda Zenera o napięciu pracy około 6,2V (niektóre źródła podają 5...7V).pracy około 6,2V (niektóre źródła podają 5...7V).

Sprawdzanie wyprowadzeńSprawdzanie wyprowadzeń

Rozróżnienie kolektora Rozróżnienie kolektora od emitera jest od emitera jest możliwe na podstawie możliwe na podstawie wartości napięcia wartości napięcia przewodzenia (mówimy przewodzenia (mówimy tu o opcji pomiaru tu o opcji pomiaru diod). diod).

Kolektor jako słabiej Kolektor jako słabiej domieszkowany ma domieszkowany ma mniejsze napięcie mniejsze napięcie przewodzenia (czasami przewodzenia (czasami tylko o kilka tylko o kilka mVmV, ale , ale jednak). jednak).

ββ najwygodniej zmierzyć za pomocą najwygodniej zmierzyć za pomocą multimetru cyfrowego z funkcją multimetru cyfrowego z funkcją mierzenia mierzenia ββ .

Charakterystyka wyjściowaCharakterystyka wyjściowa

W polu charakterystyk wyjściowych wrysowano prostą obciążenia. W polu charakterystyk wyjściowych wrysowano prostą obciążenia. Zaznaczony punkt przecięcia stanowi punkt pracy tranzystora dla Zaznaczony punkt przecięcia stanowi punkt pracy tranzystora dla danej wartości prądu Idanej wartości prądu IB.B.

Punkt pracy tranzystoraPunkt pracy tranzystora

Zależność potencjału Zależność potencjału kolektora od prądu kolektora od prądu diodydiody

Zależność potencjału Zależność potencjału kolektora od napięcia kolektora od napięcia na baziena bazie

Wzmacnianie napięciaWzmacnianie napięcia

ŻŻeby tranzystor wzmacniał eby tranzystor wzmacniał przebiegi zmienne, trzeba na przebiegi zmienne, trzeba na wejście podać mały sygnał, wejście podać mały sygnał, nałożony na pewne napięcie nałożony na pewne napięcie stałe, należy precyzyjnie „trafić” stałe, należy precyzyjnie „trafić” na liniowy zakres napięć na na liniowy zakres napięć na bazie.bazie.

Wzmacnianie napięcia Wzmacnianie napięcia -- polaryzacja bazypolaryzacja bazy

Jeżeli tranzystor ma wzmacniać przebiegi zmienne, konieczne jestJeżeli tranzystor ma wzmacniać przebiegi zmienne, konieczne jestdodanie obwodu polaryzacji bazy (napięciem i prądem stałym).dodanie obwodu polaryzacji bazy (napięciem i prądem stałym).

ROZWIĄZANIA ZŁE ROZWIĄZANIA ZŁE –– CZĘSTO SPOTYKANE W PODRĘCZNIKACH, NIE STOSOWAĆ !!!!CZĘSTO SPOTYKANE W PODRĘCZNIKACH, NIE STOSOWAĆ !!!!

W stanie spoczynku punkt pracy zależy od temperatury i wzmocnienW stanie spoczynku punkt pracy zależy od temperatury i wzmocnienia ia prądowego β użytego egzemplarza tranzystora. To są wady wykluczaprądowego β użytego egzemplarza tranzystora. To są wady wykluczające jące praktyczną przydatność takich schematów.praktyczną przydatność takich schematów.

Moc strat tranzystoraMoc strat tranzystora

W strukturze tranzystora przy przepływieW strukturze tranzystora przy przepływieprądu będzie się wydzielać moc stratprądu będzie się wydzielać moc stratw postaci ciepła. w postaci ciepła.

P=UP=UCECE × I× ICC

Czy jeżeli maksymalne napięcie kolektora Czy jeżeli maksymalne napięcie kolektora wynosi Uwynosi UCE0CE0 i maksymalny prąd kolektora i maksymalny prąd kolektora wynosi wynosi IcmaxIcmax, to maksymalna „moc , to maksymalna „moc tranzystora” wynosi P=Utranzystora” wynosi P=UCE0CE0×IC×ICmaxmax??

Trzeba poszukać w katalogu Trzeba poszukać w katalogu dopuszczalnej całkowitej mocy strat, dopuszczalnej całkowitej mocy strat, oznaczanej oznaczanej PtotPtot. .

Całkowita moc strat tranzystora Całkowita moc strat tranzystora PtotPtotjest zawsze mniejsza niż iloczyn UCE jest zawsze mniejsza niż iloczyn UCE × IC !!!× IC !!!

Ograniczenia pracy tranzystora 1Ograniczenia pracy tranzystora 1

Trzy ograniczenia warunkówpracy tranzystora:

1. Napięcie zasilające nie może być większe niż katalogowe napięcie UCE0. Najwyższe napięcia na kolektorze występuje w stanie zatkania tranzystora.

2. Prąd kolektora nie może być większy niż ICmax. Największy prąd płynie przez tranzystor w stanie nasycenia.

3. Moc strat tranzystora w żadnych warunkach nie może przekroczyć dopuszczalnej mocy strat Ptot.

Ograniczenia pracy tranzystora 2Ograniczenia pracy tranzystora 2

Obszar pracy tranzystora podawany jest w notach Obszar pracy tranzystora podawany jest w notach katalogowych w skali logarytmicznej.katalogowych w skali logarytmicznej.

Dodatkowe ograniczenie Dodatkowe ograniczenie związane jest ze zjawiskiem tak związane jest ze zjawiskiem tak zwanego drugiego przebicia zwanego drugiego przebicia ((secondsecond breakdownbreakdown). ). Wystąpienie zjawiska drugiego Wystąpienie zjawiska drugiego przebicia doprowadza do przebicia doprowadza do uszkodzenia tranzystora.uszkodzenia tranzystora.

W katalogach często spotykamy W katalogach często spotykamy skrót skrót SOA lub SOAR. To właśnie SOA lub SOAR. To właśnie skrót od skrót od SafeSafe OperatingOperating AreaArea(Region), czyli właśnie (Region), czyli właśnie bezpieczny obszar pracy.bezpieczny obszar pracy.

Ograniczenia pracy tranzystora 3Ograniczenia pracy tranzystora 3

Jeżeli tranzystor pracuje jako Jeżeli tranzystor pracuje jako przełącznik, podczas zatkania i przełącznik, podczas zatkania i nasycenia wydziela się w nim nasycenia wydziela się w nim niewielka moc strat.niewielka moc strat.

Najwięcej strat wydziela się w Najwięcej strat wydziela się w krótkich chwilach przełączania.krótkich chwilach przełączania.

Konfiguracje pracy tranzystoraKonfiguracje pracy tranzystora

Konfiguracja OC. Wtórnik emiterowy wzmacnia Konfiguracja OC. Wtórnik emiterowy wzmacnia prprąąd d ppłłynynąący do obcicy do obciążążenia i jest powszechnie stosowanyenia i jest powszechnie stosowany..RweRwe = = ββ (R(RLL || R|| REE))Rwy = Rwy = (R(RGG + + rrbebe) / ) / ββ

Konfiguracja OE. Przebieg napięciowy jest odwrócony w fazie i Konfiguracja OE. Przebieg napięciowy jest odwrócony w fazie i wzmocniony wartością Rwzmocniony wartością RCC / R/ REE. .

RweRwe < RB< RB

Rwy = RC.Rwy = RC.

Konfiguracja OB. Wartość wzmocnienia napięciowego Konfiguracja OB. Wartość wzmocnienia napięciowego wyznaczona jest przez stosunek rezystorów RC/RE. wyznaczona jest przez stosunek rezystorów RC/RE. Wzmocnienie prądowe jest praktycznie równe 1.Wzmocnienie prądowe jest praktycznie równe 1.RweRwe = r= rEERwy = RRwy = RCC

Układ Układ DarlingtonaDarlingtona 11

Układ zachowuje się tak jak zwykły tranzystor. Układ zachowuje się tak jak zwykły tranzystor. Napięcie UBE wymagane do jego otwarcia jest dwukrotnie większe nNapięcie UBE wymagane do jego otwarcia jest dwukrotnie większe niż w iż w zwykłym tranzystorze. zwykłym tranzystorze. Nawet przy wysterowaniu dużym prądem bazy, napięcie "nasycenia" Nawet przy wysterowaniu dużym prądem bazy, napięcie "nasycenia" kolektor−emiter nie będzie mniejsze niż 0,6...0,9V.kolektor−emiter nie będzie mniejsze niż 0,6...0,9V.

Bardzo duże wzmocnienie prądowe: β = β1 * β2 !!!Bardzo duże wzmocnienie prądowe: β = β1 * β2 !!!

Układ Układ DarlingtonaDarlingtona 22

Wada Wada DarlingtonówDarlingtonów: szybkość ich działania!: szybkość ich działania!

Częstotliwość graniczna Częstotliwość graniczna DarlingtonówDarlingtonów waha się w granicach 10 waha się w granicach 10 –– 50 50 kHzkHz, , dlatego nie nadają się do układów małej częstotliwości.dlatego nie nadają się do układów małej częstotliwości.

Można również spotkać Można również spotkać DarlingtonyDarlingtonykomplementarne. komplementarne.

Do otwarcia "komplementarnego„ Do otwarcia "komplementarnego„ DarlingtonaDarlingtonawystarczy napięcie UBE około 0,6V, jak w wystarczy napięcie UBE około 0,6V, jak w zwykłym tranzystorze.zwykłym tranzystorze.

Zastosowania w zależności od Zastosowania w zależności od parametrówparametrów

Przykłady tranzystorów bipolarnychPrzykłady tranzystorów bipolarnych

Nazwa tranzystora

Ptot [W] VCEO[V] ICmax [A] hFE fT [MHz]

BC107B 0,3 45 0,1

0,4

10

MJ11016 200 120 30 1000

200 - 450

4

BC517 0,62 30 30000

300

200

BD809 90 80 15 1,5

• BC107B – małosygnałowy tranzystor NPN

• BC517 – małosygnałowy tranzystor NPN Darlingtona

• BCD809 – tranzystor NPN mocy

• MJ11016 – małosygnałowy tranzystor NPN mocy Darlingtona

Tranzystory IGBTTranzystory IGBT

Tranzystory IGBTTranzystory IGBT

IGBT to tranzystor bipolarny który:IGBT to tranzystor bipolarny który:•• posiada izolowaną bramkę posiada izolowaną bramkę •• sterowany jest napięciem, tak jak MOSFETsterowany jest napięciem, tak jak MOSFET•• posiada wysoką impedancją wejściowąposiada wysoką impedancją wejściową•• posiada niskie posiada niskie VVCE(satCE(sat)) właściwe dla tranzystora bipolarnegowłaściwe dla tranzystora bipolarnego

Zalety tranzystora IGBT:Zalety tranzystora IGBT:•• solidna konstrukcja i zabezpieczenie w przypadku zwarcia solidna konstrukcja i zabezpieczenie w przypadku zwarcia obwoduobwodu•• częstotliwość przełączania powyżej 20 częstotliwość przełączania powyżej 20 kHzkHz•• niskie straty przy przełączaniuniskie straty przy przełączaniu•• możliwość miniaturyzacji sprzętumożliwość miniaturyzacji sprzętu•• wysoka niezawodnośćwysoka niezawodność

Zastosowania tranzystorów IGBTZastosowania tranzystorów IGBT

•• układy z obciążeniami indukcyjnymiukłady z obciążeniami indukcyjnymi•• regulacja szerokości impulsów prądu regulacja szerokości impulsów prądu w zasilaczach w zasilaczach bezprzerwowychbezprzerwowych

•• układy sterujące z silnikami dużej mocyukłady sterujące z silnikami dużej mocy•• źródła prądowe do spawarek elektrycznychźródła prądowe do spawarek elektrycznych•• przetworniceprzetwornice

Przykłady tranzystorów IGBTPrzykłady tranzystorów IGBT

Nazwa tranzystora

Ptot [W] VCEO[V] ICmax [A] VCE(sat) [V] VGE(th) [V]

IXSH24N60A 150 600 48

40

2,7

60

IXGH31N60 150 600 1,8

3,5 – 6,5

2,5 - 5

IXGH32N60A 200 600 2,5 - 52,9

• IXSH24N60A – zabezpieczenie przed zwarciem obwodu, wytrzymuje zwarcie przy 10 μs z 15 V napięciem wejścia.

• IXGH31N60 – przeznaczenie do pracy przy niskich i średnich częstotliwościach, częstotliwość pracy od 50 Hz do 80 kHz.

• IXGH32N60A – super szybki ma wbudowaną diodę i niskie Qrr.

Obudowy tranzystorówObudowy tranzystorów

Wyprowadzenia 1Wyprowadzenia 1

Tranzystory w metalowej Tranzystory w metalowej obudowie mają zazwyczaj obudowie mają zazwyczaj kolektor połączony z obudową kolektor połączony z obudową (dotyczy to tranzystorów małej i (dotyczy to tranzystorów małej i dużej mocy). dużej mocy).

W tranzystorach małej mocy w W tranzystorach małej mocy w metalowej obudowie "języczek" metalowej obudowie "języczek" umieszczony jest przy emiterze. umieszczony jest przy emiterze. Zwykle baza jest umieszczona Zwykle baza jest umieszczona pomiędzy wyprowadzeniami pomiędzy wyprowadzeniami emitera i kolektora. emitera i kolektora.

W niektórych tranzystorach W niektórych tranzystorach w.czw.cz. . środkową elektrodą jest emiter. środkową elektrodą jest emiter.

1 2 3BC237...BC547... E B CBC307...BC557... E B CBC327, BC337 E B CBC414,BC516,BC517 E B CBF314, BF422, BF423 B C EBF245 D S G78L WE MASA WY

79L WY WE MASA

Wyprowadzenia 2Wyprowadzenia 2

Obudowy tranzystorów 1Obudowy tranzystorów 1

Obudowy tranzystorów 2Obudowy tranzystorów 2

Obudowy tranzystorów 3Obudowy tranzystorów 3

Obudowy tranzystorów 4Obudowy tranzystorów 4

Obudowy tranzystorów 5Obudowy tranzystorów 5

Tranzystory poloweTranzystory polowe

Tranzystory poloweTranzystory polowe

Tranzystory polowe tak jak i Tranzystory polowe tak jak i tranzystory bipolarne są tranzystory bipolarne są sąsą sterowane sterowane polem elektrycznym co oznacza, że polem elektrycznym co oznacza, że nie nie pobierają mocy na wejściu.pobierają mocy na wejściu.

Ponieważ w tranzystorze polowym nie Ponieważ w tranzystorze polowym nie ma żadnych przewodzących złącz więc ma żadnych przewodzących złącz więc do bramki nie wpływa ani z niej nie do bramki nie wpływa ani z niej nie wypływa żaden prąd i jest to chyba wypływa żaden prąd i jest to chyba najważniejsza cecha tranzystorów najważniejsza cecha tranzystorów polowych. polowych.

Które tranzystory polowe stosować?Które tranzystory polowe stosować?

Zazwyczaj do czynienia mamy z następującymi tranzystorami Zazwyczaj do czynienia mamy z następującymi tranzystorami polowymi, reszta nie jest szeroko dostępna na rynku:polowymi, reszta nie jest szeroko dostępna na rynku:

1. złączowe z kanałem n (JFET N),1. złączowe z kanałem n (JFET N),2. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, z kanałem n (MOSFET N),2. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, z kanałem n (MOSFET N),3. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, z kanałem p (MOSFET P).3. z izolowaną bramką, tzw. wzbogacane, z kanałem p (MOSFET P).

Spotykane na rynku Spotykane na rynku MOSFET−yMOSFET−y mają trzy wyprowadzenia, a nie cztery.mają trzy wyprowadzenia, a nie cztery.

Tranzystory JFETTranzystory JFET

Charakterystyki JFET 1Charakterystyki JFET 1

Przy napięciach dren−źródło Przy napięciach dren−źródło większych od 5V prąd drenu nie większych od 5V prąd drenu nie zależy od napięcia drenu. zależy od napięcia drenu.

Obwód drenu ma właściwości Obwód drenu ma właściwości źródła prądowego źródła prądowego –– ma bardzo ma bardzo dużą rezystancję dynamiczną.dużą rezystancję dynamiczną.

Charakterystyki JFET 2Charakterystyki JFET 2

W zakresie bardzo małych napięć W zakresie bardzo małych napięć dren−źródło, rzędu ± 20mV (czyli dren−źródło, rzędu ± 20mV (czyli także dla małych napięć także dla małych napięć zmiennych), nachylenie zależy od zmiennych), nachylenie zależy od napięcia UGS. napięcia UGS.

Dla małych sygnałów zmiennych Dla małych sygnałów zmiennych obwód dren−źródło jest obwód dren−źródło jest opornikiem o rezystancji zależnej opornikiem o rezystancji zależnej od napięcia UGS.od napięcia UGS.

Zastosowanie:Zastosowanie:obwody, gdzie trzeba napięciowo obwody, gdzie trzeba napięciowo regulować poziom niewielkich regulować poziom niewielkich sygnałów zmiennych.sygnałów zmiennych.

Charakterystyki JFET 3Charakterystyki JFET 3

Napięcie, przy którym tranzystor Napięcie, przy którym tranzystor zaczyna się otwierać, bardzo różni zaczyna się otwierać, bardzo różni się dla poszczególnych się dla poszczególnych egzemplarzy. egzemplarzy.

Prąd drenu jest ograniczony i przy Prąd drenu jest ograniczony i przy zwarciu bramki ze źródłem zwarciu bramki ze źródłem (UGS=0) przyjmuje maksymalną (UGS=0) przyjmuje maksymalną wartość równą IDSS. wartość równą IDSS.

Sposoby polaryzacjiSposoby polaryzacji

TRANZYSTORY ZŁĄCZOWE PRZY ZEROWYM NAPIĘCIU SĄ OTWARTE. TRANZYSTORY ZŁĄCZOWE PRZY ZEROWYM NAPIĘCIU SĄ OTWARTE. Aby je zatkać, trzeba między źródło a bramkę podać napięcie ujemAby je zatkać, trzeba między źródło a bramkę podać napięcie ujemne. ne.

Gdyby natomiast na bramkę Gdyby natomiast na bramkę JFET−aJFET−a podać napięcie dodatnie względem podać napięcie dodatnie względem źródła, to w obwodzie bramka−źródło zacznie płynąć prąd. Tranzysźródła, to w obwodzie bramka−źródło zacznie płynąć prąd. Tranzystor tor będzie się wtedy zachowywał tak, jakby między źródłem a bramką bbędzie się wtedy zachowywał tak, jakby między źródłem a bramką była yła włączona dioda. włączona dioda.

Jak wyłączyć JFET?Jak wyłączyć JFET?

Można podwyższyć napięcie źródła, Można podwyższyć napięcie źródła, jak pokazuje a. jak pokazuje a.

Nie trzeba stosować dodatkowego Nie trzeba stosować dodatkowego źródła źródła –– można sprytnie można sprytnie wykorzystać napięcia na rezystorze, wykorzystać napięcia na rezystorze, jak pokazuje b. Wartość tego jak pokazuje b. Wartość tego rezystora (0...10kΩ) wyznacza prąd rezystora (0...10kΩ) wyznacza prąd płynący przez tranzystor. płynący przez tranzystor.

Konfiguracja pracy JFETKonfiguracja pracy JFET

a)Wspólne źródło

b)Wspólny dren

c)Wspólna bramka

Sprawdzanie tranzystora JFETSprawdzanie tranzystora JFET

Miedzy drenem a źródłem oporność Miedzy drenem a źródłem oporność jest w obu kierunkach mała. jest w obu kierunkach mała.

Między bramką a drenem lub Między bramką a drenem lub źródłem jest dioda. źródłem jest dioda.

Należy uważać sprawdzając Należy uważać sprawdzając tranzystory złączowe w ten sposób!tranzystory złączowe w ten sposób!

Są to delikatne tranzystory i ładunki Są to delikatne tranzystory i ładunki statyczne mogą je uszkodzić właśnie statyczne mogą je uszkodzić właśnie podczas takich prób.podczas takich prób.

W tranzystorach złączowych można W tranzystorach złączowych można bezkarnie zamieniać miejscami bezkarnie zamieniać miejscami końcówki drenu i źródła końcówki drenu i źródła ––właściwości układu będą takie same.właściwości układu będą takie same.

Układy z JFET wykorzystywane w praktyceUkłady z JFET wykorzystywane w praktyce

Rezystancja wejściowa układów jest równa rezystancji R1 = 1kΩ...Rezystancja wejściowa układów jest równa rezystancji R1 = 1kΩ...100MΩ. 100MΩ.

Szerokie pasmo, jednakowe napięcie stałe na wejściu i wyjściu, sSzerokie pasmo, jednakowe napięcie stałe na wejściu i wyjściu, stabilność tabilność cieplną ma wtórnik z rysunku d pod warunkiem zastosowania dwóch cieplną ma wtórnik z rysunku d pod warunkiem zastosowania dwóch identycznych tranzystorów. Prawie każdy oscyloskop ma na wejściuidentycznych tranzystorów. Prawie każdy oscyloskop ma na wejściu taki taki wtórnik.wtórnik.

Przykłady tranzystorów Przykłady tranzystorów NN--JFETJFET

Nazwa tranzystora

Ptot [W] VCEO[V] IDmax [mA] VGS(off)

2SK117 0,3 50 14

10

0,2 – 1,5

BC517 0,4 40 0,2 – 1,5

Tranzystory MOSFETTranzystory MOSFET

Układy pracy MOSFETUkłady pracy MOSFET

Bramka jest odizolowana od Bramka jest odizolowana od przewodzącego prąd kanału przewodzącego prąd kanału za pomocą dwutlenku krzemu za pomocą dwutlenku krzemu -- tworzy się kondensator. tworzy się kondensator.

Obwód bramki nie pobiera Obwód bramki nie pobiera więc prądu. Mamy do więc prądu. Mamy do czynienia ze sterowaniem czynienia ze sterowaniem napięciowym. napięciowym.

MOSFET jest bardzo szybki MOSFET jest bardzo szybki ––zmiana napięcia na bramce zmiana napięcia na bramce powodują zmianę prądu w powodują zmianę prądu w ciągu niewielu nanosekund.ciągu niewielu nanosekund.

Parametry MOSFETParametry MOSFET

ZAKRES DOPUSZCZALNYCH NAPIĘĆ UZAKRES DOPUSZCZALNYCH NAPIĘĆ UGSGS WYNOSI DLA WYNOSI DLA PRAKTYCZNIE WSZYSTKICH MOSFET−ÓW ±15...±20V.PRAKTYCZNIE WSZYSTKICH MOSFET−ÓW ±15...±20V.

Najważniejszymi parametrami MOSFET−a są:Najważniejszymi parametrami MOSFET−a są:

dopuszczalne napięcie dren−źródło, oznaczane dopuszczalne napięcie dren−źródło, oznaczane UUDSmaxDSmax maksymalny prąd drenu maksymalny prąd drenu IIDmaxDmax napięcie progowe otwierania, oznaczane napięcie progowe otwierania, oznaczane UUGSthGSth rezystancja między drenem a źródłem w stanie rezystancja między drenem a źródłem w stanie (całkowitego) otwarcia (całkowitego) otwarcia RRDSonDSon

Rezystancja otwarciaRezystancja otwarcia

RDSonRDSon katalogową uzyskuje się przy napięciu bramki (UGS), równym 10V.katalogową uzyskuje się przy napięciu bramki (UGS), równym 10V.

Przy pełnym otwarciu, między drenem a źródłem występuje niewielkPrzy pełnym otwarciu, między drenem a źródłem występuje niewielka a rezystancja. Przy przepływie prądu spowoduje ona powstanie spadkrezystancja. Przy przepływie prądu spowoduje ona powstanie spadku napięcia u napięcia na tranzystorze, a także nieuniknione straty mocy. na tranzystorze, a także nieuniknione straty mocy.

Oczywiście ideałem byłby tranzystor MOSFET o jak największym napOczywiście ideałem byłby tranzystor MOSFET o jak największym napięciu ięciu UDSmaxUDSmax i jak najmniejszej rezystancji i jak najmniejszej rezystancji RDSonRDSon. .

Rezystancja Rezystancja RDsonRDson jest zdecydowanie większa w tranzystorach o wyższym jest zdecydowanie większa w tranzystorach o wyższym dopuszczalnym napięciu dopuszczalnym napięciu UDSmaxUDSmax. W praktyce oznacza to, że . W praktyce oznacza to, że nie warto nie warto stosować stosować MOSFETówMOSFETów z większym niż to konieczne napięciem z większym niż to konieczne napięciem UDsmaxUDsmax..

Jeśli przez w pełni otwarty tranzystor BUZ11 popłynie ciągły prąJeśli przez w pełni otwarty tranzystor BUZ11 popłynie ciągły prąd o wartości d o wartości 5A5A, to napięcie UDS wyniesie typowo tylko , to napięcie UDS wyniesie typowo tylko UDS = 0,04Ω * 5A = 200mVUDS = 0,04Ω * 5A = 200mV. Straty . Straty mocy wyniosą zaledwie: mocy wyniosą zaledwie: P = 200mV * 5A = 1W.P = 200mV * 5A = 1W. Jak wiadomo, tranzystor w Jak wiadomo, tranzystor w obudowie TO−220 bez radiatora może rozproszyć 1...1,5W mocy straobudowie TO−220 bez radiatora może rozproszyć 1...1,5W mocy strat.t.

Charakterystyki MOSFET 1Charakterystyki MOSFET 1

Linią przerywaną zaznaczona jest Linią przerywaną zaznaczona jest hiperbola mocy,hiperbola mocy, pokazującą pokazującą dopuszczalną moc strat. dopuszczalną moc strat.

Przebieg krzywych (poziome Przebieg krzywych (poziome odcinki) wskazuje, że również odcinki) wskazuje, że również MOSFET przy mniejszych MOSFET przy mniejszych prądach może być użyty do prądach może być użyty do budowy źródeł prądowych.budowy źródeł prądowych.

Charakterystyki MOSFET 2Charakterystyki MOSFET 2Kluczowe znaczenie ma wartość Kluczowe znaczenie ma wartość napięcia progowego, przy którym napięcia progowego, przy którym tranzystor zaczyna się otwierać (gdy tranzystor zaczyna się otwierać (gdy prąd ma “standardową” wartość prąd ma “standardową” wartość 1mA). 1mA).

Napięcie progowe nie jest ściśle Napięcie progowe nie jest ściśle określone.określone. Występuje nie tylko Występuje nie tylko znaczny rozrzut między znaczny rozrzut między egzemplarzami, ale także daje się egzemplarzami, ale także daje się zauważyć znaczny wpływ zauważyć znaczny wpływ temperatury. Napięcie progowe temperatury. Napięcie progowe tranzystora BUZ11 może wynosić w tranzystora BUZ11 może wynosić w skrajnych przypadkach 1,5...4,5V.skrajnych przypadkach 1,5...4,5V.

Sprawdzanie MOSFETÓWSprawdzanie MOSFETÓW

Problemy z otwarciem Problemy z otwarciem MOSFETówMOSFETów

Tranzystor MOSFET zaczyna się otwierać przy napięciu Tranzystor MOSFET zaczyna się otwierać przy napięciu UGSthUGSth..Do pełnego otwarcia jest wymagane napięcie znacząco większe niż Do pełnego otwarcia jest wymagane napięcie znacząco większe niż UGSthUGSth. .

Ponieważ Ponieważ MOSFET−yMOSFET−y najczęściej pracują dwustanowo, jako przełączniki najczęściej pracują dwustanowo, jako przełączniki ––zatkany/otwarty, ważna jest informacja, jakie napięcie jest wymazatkany/otwarty, ważna jest informacja, jakie napięcie jest wymagane, żeby gane, żeby go w pełni otworzyć.go w pełni otworzyć.

Napięcie 5V jest za małe do pełnego otwarcia niektórych egzemplaNapięcie 5V jest za małe do pełnego otwarcia niektórych egzemplarzy rzy MOSFET−ów mocy. MOSFET−ów mocy.

Jeśli nie ma możliwości zwiększenia napięcia sterującego podawanJeśli nie ma możliwości zwiększenia napięcia sterującego podawanego na ego na bramkę, należy sprawdzić, czy dany egzemplarz wystarczająco otwobramkę, należy sprawdzić, czy dany egzemplarz wystarczająco otworzy się rzy się przy napięciu bramki równym 5V. przy napięciu bramki równym 5V.

Inną możliwością jest zastosowanie specjalnych MOSFET−ów z obniżInną możliwością jest zastosowanie specjalnych MOSFET−ów z obniżonym onym napięciem progowym, które na pewno całkowicie się otworzą przy nnapięciem progowym, które na pewno całkowicie się otworzą przy napięciu apięciu bramki równym 5V.bramki równym 5V.

Pojemności Pojemności MOSFETówMOSFETów

W W MOSFETachMOSFETach bramka oddzielona jest od kanału warstwą tlenku, bramka oddzielona jest od kanału warstwą tlenku, tworzy się zatem kondensator.tworzy się zatem kondensator.

Największe pojemności w MOSFECIE występują między bramką a Największe pojemności w MOSFECIE występują między bramką a pozostałymi elektrodami.pozostałymi elektrodami.

W MOSFET−ach mocy pojemności te są rzędu 1nF.W MOSFET−ach mocy pojemności te są rzędu 1nF. Czy ten jeden Czy ten jeden nanofarad to znikoma pojemność i nie ma się czym przejmować?nanofarad to znikoma pojemność i nie ma się czym przejmować?

Przy pracy w małych częstotliwościach na pewno nie, lecz przy Przy pracy w małych częstotliwościach na pewno nie, lecz przy większych zaczynają się problemy.większych zaczynają się problemy.

Pasożytnicza diodaPasożytnicza diodaChociaż używamy symbolów MOSFET−ów z Chociaż używamy symbolów MOSFET−ów z rysunku a, rysunku a, w rzeczywistości zawsze w rzeczywistości zawsze zawierają diodęzawierają diodę, jak pokazano na rysunku b. , jak pokazano na rysunku b.

W normalnych warunkach pracy nie W normalnych warunkach pracy nie przeszkadza ona, bo jest spolaryzowana przeszkadza ona, bo jest spolaryzowana zaporowo. zaporowo.

Jednak Jednak MOSFET−yMOSFET−y są bardzo często są bardzo często stosowane w nietypowych układach, jako stosowane w nietypowych układach, jako przełączniki sygnałów zmiennych. Wtedy przełączniki sygnałów zmiennych. Wtedy trzeba uwzględnić obecność tej diody. trzeba uwzględnić obecność tej diody.

Czasem dioda bywa wykorzystywana (jej Czasem dioda bywa wykorzystywana (jej prąd przewodzenia jest taki sam jak prąd przewodzenia jest taki sam jak tranzystora).tranzystora).

Informacje dodatkoweInformacje dodatkowe

Jeśli chodzi o podatność na uszkodzenia, to Jeśli chodzi o podatność na uszkodzenia, to MOSFET−yMOSFET−y mocy, mocy, npnp. BUZ10, BUZ11, . BUZ10, BUZ11, IRF540, itd., sprawują się bardzo dobrze. Naprawdę niełatwo je zIRF540, itd., sprawują się bardzo dobrze. Naprawdę niełatwo je zepsuć. Uszkodzenia epsuć. Uszkodzenia wywołane ładunkami statycznymi zdarzają się niezmiernie rzadko. wywołane ładunkami statycznymi zdarzają się niezmiernie rzadko.

Znacznie gorzej z małymi Znacznie gorzej z małymi MOSFET−amiMOSFET−ami typu BS170, BS107, BS250. Są one typu BS170, BS107, BS250. Są one delikatne i naprawdę łatwo je uszkodzić. Należy obchodzić się z delikatne i naprawdę łatwo je uszkodzić. Należy obchodzić się z nimi bardzo nimi bardzo ostrożnie: przechowywać je wetknięte w czarną przewodzącą gąbkę,ostrożnie: przechowywać je wetknięte w czarną przewodzącą gąbkę, uziemić uziemić stanowisko pracy, uziemić grot lutownicy, rozładowywać swe ciałostanowisko pracy, uziemić grot lutownicy, rozładowywać swe ciało często dotykając często dotykając uziemienia i czarnej gąbki, itd.uziemienia i czarnej gąbki, itd.

Generalnie Generalnie wyprowadzenia MOSFET−ów są znormalizowane.wyprowadzenia MOSFET−ów są znormalizowane. MOSFET−yMOSFET−y mocy mocy zawsze mają podany rozkład wyprowadzeń. Bardzo rzadko możnazawsze mają podany rozkład wyprowadzeń. Bardzo rzadko możnaspotkać małe spotkać małe MOSFET−yMOSFET−y w obudowie TO−92, gdzie kolejność wyprowadzeń jest w obudowie TO−92, gdzie kolejność wyprowadzeń jest inna (DGS albo GDS zamiast SGD).inna (DGS albo GDS zamiast SGD).

Przykłady tranzystorów Przykłady tranzystorów NN--MOSMOS

Nazwa tranzystora

Ptot [W] VCEO[V] IDmax [A] VGS(off) [V] rDS(on) [Ω]

0,32 5

5

BUZ11A 75 50 26 2,1 - 4 0,045

IRF730 75 400 5,5 2 - 4 1

0,2

VN10LLS 1 60 2,1 – 2,5

2N7000 0,4 60 2,1 - 3

VN10LLS, 2N7000 – tranzystory małosygnałowe

BUZ11A, IRF730 – tranzystory mocy

RadiatoryRadiatory

Moc strat, a temperatura 1Moc strat, a temperatura 1

ANALOGIA DO PRAWA OHMA:ANALOGIA DO PRAWA OHMA:„Napięciem cieplnym” jest różnicą„Napięciem cieplnym” jest różnicątemperatur temperatur ΔTΔT, „prądem cieplnym” , „prądem cieplnym” jest przenoszona czy przepływająca jest przenoszona czy przepływająca moc cieplna P, natomiast „opór moc cieplna P, natomiast „opór cieplny” to rezystancja termiczna cieplny” to rezystancja termiczna RthRth..

Rezystancja cieplna pokazuje, jakaRezystancja cieplna pokazuje, jakabędzie różnica temperatur z obu stronbędzie różnica temperatur z obu strondanego elementu, przy przepływiedanego elementu, przy przepływieprzezeń 1W mocy cieplnej.przezeń 1W mocy cieplnej.

Moc strat, a temperatura 2Moc strat, a temperatura 2

Temperatura złącza nie powinna przekraczać 150 Temperatura złącza nie powinna przekraczać 150 ººC.C.

Moc strat w najgorszych warunkach.Moc strat w najgorszych warunkach.

PRZYKŁADOWE ZADANIEPRZYKŁADOWE ZADANIE

Tranzystor BC548 (UCE0=25V, IC=100mA,Tranzystor BC548 (UCE0=25V, IC=100mA,Ptot=500mW, Rthja=250K/W) pracujePtot=500mW, Rthja=250K/W) pracujeprzy napięciu 12V z rezystorem obciążeniaprzy napięciu 12V z rezystorem obciążenia(rysunek 55) RL=1kΩ. Maksymalna temperatura (rysunek 55) RL=1kΩ. Maksymalna temperatura otoczenia wynosi +40°C.otoczenia wynosi +40°C.

Jaka będzie maksymalna temperatura złącza Jaka będzie maksymalna temperatura złącza tranzystora w najgorszych warunkach?tranzystora w najgorszych warunkach?

Moc strat, a temperatura 3Moc strat, a temperatura 3

WnioskiWnioskiJeśli tranzystory małej mocy mające rezystancję termiczną nie wiJeśli tranzystory małej mocy mające rezystancję termiczną nie większą niż ększą niż 500K/W, pracują z mocami nie większymi niż 100mW, nie trzeba się500K/W, pracują z mocami nie większymi niż 100mW, nie trzeba się obawiać ich obawiać ich przegrzania. przegrzania.

Przykładowo, jeśli napięcie zasilające wynosi 12V, to w najgorszPrzykładowo, jeśli napięcie zasilające wynosi 12V, to w najgorszym przypadku ym przypadku moc 100mW wydzieli się w tranzystorze obciążonym rezystorem:moc 100mW wydzieli się w tranzystorze obciążonym rezystorem:

Zazwyczaj Zazwyczaj używamy dużo używamy dużo większych większych rezystorów.rezystorów.

Moc strat, a temperatura 4Moc strat, a temperatura 4

W przypadku tranzystorów mocy, w katalogu podana jest zarówno reW przypadku tranzystorów mocy, w katalogu podana jest zarówno rezystancja zystancja RthjaRthja, , dotycząca sytuacji bez radiatora, jak i druga, o znacznie mniejsdotycząca sytuacji bez radiatora, jak i druga, o znacznie mniejszej wartości zej wartości ––RthjcRthjc. Ta . Ta druga to rezystancja termiczna między złączem (druga to rezystancja termiczna między złączem (junctionjunction) i obudową () i obudową (casecase).).

Przykładowo dla tranzystora BUZ74A

RthjaRthja = 75 K/W= 75 K/W

RthjcRthjc = 3,1 K/W= 3,1 K/W

Bez radiatora w tranzystorach o obudowie TO Bez radiatora w tranzystorach o obudowie TO ––220, maksymalna moc jaka może się bezpiecznie 220, maksymalna moc jaka może się bezpiecznie wydzielić wynosi:wydzielić wynosi:

Radiatory 1Radiatory 1

Rezystancja Rezystancja RthcrRthcr wynosi od około 1K/W przy bezpośrednim wynosi od około 1K/W przy bezpośrednim przykręceniu tranzystora do radiatora, do około 0,1...0,2K/W przykręceniu tranzystora do radiatora, do około 0,1...0,2K/W przy dokręceniu z zastosowaniem pasty (silikonowej) dobrze przy dokręceniu z zastosowaniem pasty (silikonowej) dobrze przewodzącej ciepłoprzewodzącej ciepło

Radiatory 2Radiatory 2

Mając dopuszczalną temperaturę złącza +150°C, temperaturę otoczeMając dopuszczalną temperaturę złącza +150°C, temperaturę otoczenia nia (zwykle przyjmuje się +30...+50°C) i moc strat P, przy jakiej tr(zwykle przyjmuje się +30...+50°C) i moc strat P, przy jakiej tranzystor anzystor będzie pracował, łatwo obliczyć maksymalną całkowitą rezystancjębędzie pracował, łatwo obliczyć maksymalną całkowitą rezystancję RthjaRthja ze ze wzoru wzoru RthjaRthja = = dTdT/P/PPotem od tak obliczonej rezystancji wystarczy odjąć rezystancję Potem od tak obliczonej rezystancji wystarczy odjąć rezystancję RthjcRthjc i i RthcrRthcr: : RthraRthra = = RthjaRthja –– ((Rthjc+RthcrRthjc+Rthcr))

Moc strat Moc strat PtotPtot podawana w katalogach tranzystorów mocy, niewiele ma podawana w katalogach tranzystorów mocy, niewiele ma wspólnego z rzeczywistościąwspólnego z rzeczywistością, bo można ją uzyskać tylko przy idealnym , bo można ją uzyskać tylko przy idealnym chłodzeniu.chłodzeniu.

W praktyce nie znamy dokładnej wartości rezystancji cieplnej radW praktyce nie znamy dokładnej wartości rezystancji cieplnej radiatora. iatora. Jak zatem dobierać posiadane przez nas radiatory do układów?Jak zatem dobierać posiadane przez nas radiatory do układów?

W realnych warunkach pracy W realnych warunkach pracy tranzystor mocy może być obciążony tranzystor mocy może być obciążony mocą wynoszącą około połowy podanej w katalogu wartości mocą wynoszącą około połowy podanej w katalogu wartości PtotPtot..

Dobór radiatoraDobór radiatora

Przy nowoczesnych tranzystorach w obudowach TO−220 i mocach tracPrzy nowoczesnych tranzystorach w obudowach TO−220 i mocach traconych do 20...30W onych do 20...30W można przyjąć, że jeśli temperatura styku tranzystora z radiatormożna przyjąć, że jeśli temperatura styku tranzystora z radiatorem nie przekroczy +120°C, em nie przekroczy +120°C, to tranzystor nie będzie przegrzany. Jak określić tę temperaturęto tranzystor nie będzie przegrzany. Jak określić tę temperaturę??

Umieść kropelkę wody na metalowej wkładce tranzystora TO−220, włUmieść kropelkę wody na metalowej wkładce tranzystora TO−220, włącz układ i czekaj. ącz układ i czekaj. Jeśli po ponad minucie pracy układu w pewnym momencie w kropelceJeśli po ponad minucie pracy układu w pewnym momencie w kropelce wody pojawią się wody pojawią się bąbelki pary, kropelka zacznie wrzeć i wyparuje, temperatura obubąbelki pary, kropelka zacznie wrzeć i wyparuje, temperatura obudowy przekroczyła dowy przekroczyła +100°C. Jeśli teraz umieścisz następną kropelkę wody na wkładce,+100°C. Jeśli teraz umieścisz następną kropelkę wody na wkładce, a ta wyparuje po kilku a ta wyparuje po kilku sekundach, to temperatura wkładki wynosi +100...+110°C. Jest to sekundach, to temperatura wkładki wynosi +100...+110°C. Jest to dopuszczalna sytuacja. dopuszczalna sytuacja.

Jeśli przy takim eksperymencie pierwsza kropelka wody nie chce wJeśli przy takim eksperymencie pierwsza kropelka wody nie chce wyparować w yparować w towarzystwie bąbelków pary i niknie powoli w ciągu kilku minut ltowarzystwie bąbelków pary i niknie powoli w ciągu kilku minut lub więcej to temperatura ub więcej to temperatura obudowy jest niższa niż +100°C i radiator jest dobrany z pewnym obudowy jest niższa niż +100°C i radiator jest dobrany z pewnym zapasem. zapasem.

Jeśli jednak pierwsza kropelka wyparuje w czasie krótszym niż miJeśli jednak pierwsza kropelka wyparuje w czasie krótszym niż minuta, a następna kropelka nuta, a następna kropelka wyparuje z sykiem natychmiast po jej umieszczeniu na wkładce, towyparuje z sykiem natychmiast po jej umieszczeniu na wkładce, to szybko wyłącz układ szybko wyłącz układ ––temperatura obudowy przekroczyła +120°C, a temperatura złącza motemperatura obudowy przekroczyła +120°C, a temperatura złącza mogła przekroczyć gła przekroczyć +150°C. Zastosuj większy radiator, bo ten jest za mały dla danej+150°C. Zastosuj większy radiator, bo ten jest za mały dla danej mocy traconej.mocy traconej.

Dziękuję za uwagę !Dziękuję za uwagę !