При этой температуре полупроводник приобретает собственную проводимость и структура транзистора (р-п-р или п-р-п) практи чески перестает существовать. Процесс обратим: транзистор при остывании приобретает вновь все свои свойства.
акс для кремния колеблется в пределах +150-^-+200° С, для
германия — в пределах + 8 0 -f- + 100° С. Во втором случае:
— при тепловом пробое
|
—Г ,п |
u t |
- 25, С, |
(2) |
|
/<; |
|
|
|
|
|
кбо^кбо^пс^/ |
|
|
где / ^ 0 — начальный |
ток коллекторного перехода при |
+25° С, |
||
Uкбо — заданная |
величина |
максимально |
допустимого напряже |
|
ния коллекторного |
перехода, |
|
' |
|
Kj — коэффициент изменения тока / кбо на Г С ; |
|
|||
— при электрическом |
пробое |
|
|
|
^макс = ^ - ( ^ к э о - ^ к э о ) + |
25, С, |
(3) |
||
г д е ^ з 0— максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер
при обрыве в цепи базы при +25° С, Uкэо— заданная величина напряжения,
Кц — коэффициент |
снижения |
напряжения |
Vкэо |
на 1° С. |
|
При |
превышении этих температур коллекторный |
переход про |
|||
бивается |
и транзистор выходит из строя. |
|
|
||
Минимальная температура |
перехода (окружающей среды) |
||||
Тмт |
устанавливается |
заводом-изготовителем |
и определяется, в |
||
первую очередь, разрушающими механическими усилиями, возни кающими между отдельными элементами транзистора при его охла ждении.
Тепловые сопротивления
Количество тепла <2выд, выделяемое в транзисторе (на его пе реходах), и количество тепла Q0TB — отводимое, определяются из вестными из теплотехники соотношениями:
Фвыд = |
0.24Я = 0,24 (Рк |
Я9), |
кал, |
|
QOTB = х -J- (^п — г °)> |
кал, |
|
||
где X удельная теплопроводность |
материала, |
через который про |
||
ходит тепловой |
поток, — Л' |
— ; |
|
|
S и q/ — сечение и длина |
см. сек. |
|
|
|
(толщина) |
материала, см\ |
|||
Тп — температура перехода, °С;
о |
— температура |
корпуса |
транзистора |
о |
или |
окружающей |
||||
Т |
/ к |
|||||||||
|
среды Тс, |
С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р К,ЯЭ— мощности, |
выделяемые |
на |
коллекторном |
и эмиттерном пе |
||||||
В |
реходах транзистора, вт. |
|
|
|
тепловой |
баланс |
||||
стационарном |
режиме |
устанавливается |
||||||||
QOTD = QnыД, тогда |
тепловое сопротивление /?т (величина, |
обратная |
||||||||
теплопроводности) |
будет: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Лт |
0,24/ |
|
|
|
°С |
|
|
(4) |
|
|
T S ~ |
|
|
|
вт |
|
|
|||
Подставляя в |
ф-лу (4) вместо |
разности |
_ ° |
о |
разности тем |
|||||
/ п— Т |
||||||||||
ператур между различными точками транзистора |
и среды: Т п— Гс, |
|||||||||
Т°а — Т°с, Т°к— Т°с, |
Т°к — Т°, Г ° — Т° и т. |
д., — получим соответст |
||||||||
венно тепловые сопротивления Raс, RnH, RKC, |
/?КТ, |
с |
участков |
|||||||
переход — среда, переход — корпус, |
корпус — среда, корпус — тепло |
|||||||||
отвод, |
теплоотвод — среда и т. д. |
|
применяемых |
без |
теплоот |
|||||
Для транзисторов |
малой мощности, |
|||||||||
вода, в справочные данные включается Rac для мощных транзисто
ров /?пи.
Формула (4) показывает полную аналогию между тепловыми и электрическими процессами. Тепловое сопротивление аналогично электрическому сопротивлению, разность температур — разности по тенциалов и нагревающая мощность — электрическому току.
Тепловые постоянные и теплоемкости
В нестационарном импульсном режиме аналогия между тепло выми и электрическими процессами может быть продолжена. Ре шение уравнений распространения теплового потока показывает, что падение температуры по участкам транзистора во времени опи сывается теми же экспонентами, что и падение напряжения вдоль линии, состоящей из большего (теоретически бесконечного) числа элементов, каждый из которых состоит из параллельного соедине ния сопротивления и емкости. Экспериментально снятые кривые
остывания Тп (t) полностью подтверждают это положение. Поэтому
для расчета тепловых процессов может быть использована эквива лентная схема — электрический аналог, содержащая элементы из параллельных соединений тепловых сопротивлений RT и теплоемко стей Ст. Естественно, чем больше число элементов этой схемы, тем точнее расчеты. Однако для инженерных целей оказывается при годной только двухэлементная схема (рис. 1). Трехэлементная схема
может |
быть использована в ограниченном числе случаев, а точ |
|
ность, |
которую она дает по сравнению с двухэлементной схемой, |
|
реализуема только |
на очень малых временах импульсов, где явле |
|
ния в |
транзисторе |
определяются не только тепловыми процессами. |
Тем более это справедливо для схем, содержащих большее число зл|мё№)в. Кроме того, измерить удается только постоянные вре мени 1^т*/?тСт не короче 0,05 мсек. Тепловая постоянная Ткс^ «ЛкоСко Для разных транзисторов составляет секунды и даже
минуШ.' Т^ким образом, практически тепловые расчеты импульсных ре
жимов Оказываются целесообразными только в диапазоне длитель ностей Одиночного импульса от нескольких десятков микросекунд до сотей миллисекунд, что соответствует величине тПи=/?пкСпк, которая и приводится в справочнике.
|
|
|
|
|
Rnc |
|
1 |
|
|
|
|
|
ROM |
т« |
R« |
|
|
О к р у ж . |
|
||
|
Переход |
Корпуо |
|
|
|
|||||
|
|
|
среде |
|
||||||
|
""С п к |
|
— С ск |
|
|
|
|
|||
|
Рис. |
1. |
Эквивалентная схема —электрический |
|
||||||
|
аналог тепловых процессов в транзисторе |
|
||||||||
Расчет Тп в |
этом |
случае, |
т. е. для |
длительностей, |
сравнимых |
|||||
с временем тПк, должен проводиться по формуле |
|
|||||||||
|
|
7"п= |
^М^пк |
|
е |
Тпк) + |
7’с- |
(5) |
||
где Рм и /ц — мощность (амплитуда) |
и длительность импульса. |
|||||||||
Для |
больших |
длительностей |
расчет |
проводится по ф-ле (4), |
||||||
как для квазистационарного режима, и |
для меньших |
длительно |
||||||||
стей 7^ |
следует |
считать |
постоянной |
и |
равной вычисленной по |
|||||
ф-ле (5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимально допустимые мощности |
||||||||||
|
|
Постоянная мощность |
|
|||||||
Максимально |
допустимая |
постоянная |
мощность Р т опреде |
|||||||
ляется на основании ф-л (1), |
(2), |
(3) и |
(4): |
|
|
|||||
|
|
|
Рт = |
Т° |
— Т° |
|
|
(6) |
||
или |
|
|
|
Рпс |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
||
|
|
|
|
__0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
г..
Рт = |
(7) |
|
для транзистора с дополнительным теплоотводом
|
|
|
_о |
о |
|
|
р Т |
|
^макс |
(8) |
|
|
т |
~ |
Япк + Якс |
||
|
• |
||||
|
Импульсная |
мощность |
|||
Максимально допустимая мощность Ям в импульсе опреде |
|||||
ляется на основании ф-л |
(1), |
(2), (3), |
(4) и (5). Приводимые |
||
ниже формулы |
пригодны |
для |
длительностей импульса /и = |
||
= 0,05-^-500 мсек. |
Максимальная мощность |
Ям при /и<50 мксек не |
|||
должна превышать мощности, рассчитанной для /и=0,05 мсек, при /и>0,5 сек не должна превышать постоянной мощности Ят .
Мощность Ям зависит от длительности tn импульсов, |
их скваж |
|
ности D и формы и рассчитывается по формуле |
|
|
_ о |
о |
|
Р м = ”акс~ |
с- |
(9) |
''ПК имп |
|
|
При этом:
— для одиночных прямоугольных импульсов (D>- 20)
RПК имп |
(10) |
— для периодической последовательности прямоугольных им |
|
пульсов (D < 20) |
|
1 — е |
(И) |
и |
|
-£>т |
|
1 — е |
|
— для импульсов произвольной формы, расчет по ф-лам |
(9), |
(10) и (11) дает величину Ям с некоторым запасом, тем большим, чем больше отличаются импульсы от прямоугольной формы. Более точная величина мощности может быть получена расчетом средней мощности Яср любыми известными способами, тогда
о |
Т |
макс |
— Я |
с |
__Р |
R |
л |
|
|
ср vnc |
=”
Я™ имп определяется по ф*ле (10).
Максимально допустимые токи
Постоянные токи
Максимально допустимый постоянный ток коллектора в режиме усиления определяется по ф-лам (6), (7) и (8) и равен
|
|
|
/ кт |
Рт_ |
|
|
(13) |
|
|
|
|
и* |
|
|
|||
ИЛИ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
рт> |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
(14) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
UK— напряжение |
между коллектором и |
базой (UKа) |
или кол |
||||
|
лектором и эмиттером ((Уко). |
|
|
|
||||
|
Максимально допустимый постоянный ток коллектора в режиме |
|||||||
насыщения / кнт связан с током / кт: |
kн опт |
Uбэн |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(15) |
||
|
|
|
|
|
^21э |
^кэн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
звездочка обозначает величины |
на границе |
областей |
насыще |
||||
ния |
и усиления; |
коэффициент |
насыщения, |
соответствующий |
||||
/Си ост — оптимальный |
||||||||
|
минимальному |
нагреву |
транзистора суммарной |
мощно |
||||
|
стью, выделяющейся в базовой и коллекторной |
цепях; |
||||||
/Си опт практически |
не |
превышает |
2,5, тогда |
для быстрых под |
||||
|
счетов может быть принята формула |
|
|
|
||||
|
|
|
Ат* * |
1-ЗЗС . |
|
|
06) |
|
Если в справочном листе нет специальных данных по фксимально допустимым токам базы /бт, /бит и эмиттера / этп И /эпт» их следует считать равными соответствующим токам коллектора.
Импульсные токи
Факторами, ограничивающими импульсные токи в транзисторе, являются:
1) разогрев (Т'макс) и снижение усиления (/121эмин), эти фак
торы действуют во всех без исключения транзисторах и во всех случаях на сравнительно длинных по времени импульсах не очень больших амплитуд;
2) разогревы различных локальных объемов в результате рез кого возрастания плотностей токов по периметру и в центре эмит тера, так называемого вторичного пробоя и других явлений, дей ствующих не во всех транзисторах и не во всех случаях, на срав нительно коротких импульсах достаточно больших амплитуд.
Для расчета импульсных токов принимаются во внимание толь ко первые два фактора, действующие регулярно.