Clasificaciones y paquetes de transistores (BJT)

Como todos los componentes eléctricos y electrónicos, los transistores están limitados en la cantidad de voltaje y corriente que cada uno puede manejar sin sufrir daños. Dado que los transistores son más complejos que algunos de los otros componentes que está acostumbrado a ver en este momento, estos tienden a tener más tipos de clasificaciones. Lo que sigue es una descripción detallada de algunas clasificaciones típicas de transistores.

Disipación de energía

Cuando un transistor conduce corriente entre el colector y el emisor, también reduce el voltaje entre esos dos puntos. En un momento dado, la potencia disipada por un transistor es igual al producto de la corriente del colector y el voltaje colector-emisor. Al igual que las resistencias, los transistores están clasificados por la cantidad de vatios que cada uno puede disipar de manera segura sin sufrir daños.

Las altas temperaturas son el enemigo mortal de todos los dispositivos semiconductores, y los transistores bipolares tienden a ser más susceptibles al daño térmico que la mayoría. Las clasificaciones de potencia siempre se refieren a la temperatura del aire ambiente (circundante). Cuando los transistores se van a utilizar en entornos más cálidos> 25 ^o , sus calificaciones de potencia deben ser reducidas para evitar una vida útil más corta.

Voltajes inversos

Al igual que con los diodos, los transistores bipolares están clasificados para el voltaje de polarización inversa máximo permitido en sus uniones PN. Esto incluye valores nominales de voltaje para la unión emisor-base V _EB , unión colector-base V _CB , y también de colector a emisor V _CE .

V _EB , el voltaje inverso máximo del emisor a la base es de aproximadamente 7 V para algunos transistores de pequeña señal. Algunos diseñadores de circuitos utilizan BJT discretos como diodos Zener de 7 V con una resistencia limitadora de corriente en serie. Las entradas de transistor a los circuitos integrados analógicos también tienen un V _EB calificación, que si se excede causará daños, no se permite el zenering de las entradas.

La clasificación para el voltaje máximo de colector-emisor V _CE se puede considerar como el voltaje máximo que puede soportar mientras está en modo de corte (sin corriente de base). Esta clasificación es de particular importancia cuando se utiliza un transistor bipolar como interruptor. Un valor típico para un transistor de señal pequeña es de 60 a 80 V. En los transistores de potencia, esto podría oscilar entre 1000 V, por ejemplo, un transistor de deflexión horizontal en una pantalla de tubo de rayos catódicos.

Colector actual

El valor máximo para la corriente de colector IC lo dará el fabricante en amperios. Los valores típicos para los transistores de señales pequeñas son de 10 a 100 de mA, de 10 a A para los transistores de potencia. Comprenda que esta cifra máxima asume un estado saturado (caída mínima de voltaje colector-emisor). Si el transistor no saturado y está cayendo un voltaje sustancial entre el colector y el emisor, la clasificación máxima de disipación de energía probablemente se excederá antes que la clasificación de corriente máxima del colector. Solo algo a tener en cuenta al diseñar un circuito de transistor

Voltajes de saturación

Idealmente, un transistor saturado actúa como un contacto de interruptor cerrado entre el colector y el emisor, reduciendo el voltaje cero a la corriente del colector completa. En realidad, esto es nunca verdadero. Los fabricantes especificarán la caída de tensión máxima de un transistor en saturación, tanto entre el colector y el emisor como entre la base y el emisor (caída de tensión directa de esa unión PN). En general, se espera que la caída de voltaje del colector-emisor en la saturación sea de 0,3 voltios o menos, pero esta cifra, por supuesto, depende del tipo específico de transistor. Transistores de bajo voltaje, bajo V _CE , muestran tensiones de saturación más bajas. El voltaje de saturación también es más bajo para una corriente de unidad base más alta.

Caída de voltaje directo del emisor base, V _BE , es similar a la de un diodo equivalente, ≅0,7 V, lo que no debería sorprendernos.

Beta

La relación entre la corriente de colector y la corriente de base, β es el parámetro fundamental que caracteriza la capacidad de amplificación de un transistor bipolar . Generalmente se asume que β es una cifra constante en los cálculos de circuitos, pero desafortunadamente, esto está lejos de ser cierto en la práctica. Como tal, los fabricantes proporcionan un conjunto de β (o "h _fe ”) Cifras para un transistor dado en una amplia gama de condiciones de funcionamiento, generalmente en forma de valores nominales máximos / mínimos / típicos. Puede sorprenderle ver cuán ampliamente se puede esperar que varíe β dentro de los límites operativos normales. Un popular transistor de pequeña señal, el 2N3903, se anuncia con un β que varía de 15 a 150 dependiendo de la cantidad de corriente del colector. Generalmente, β es más alto para corrientes de colector medias, disminuyendo para corrientes de colector muy bajas y muy altas. h _fe es una pequeña ganancia de CA de señal; Gran ganancia de señal de CA o ganancia de CC de hFE.

Alfa

La relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor, α =I _C / I _E . α puede derivar de β, siendo α =β / (β + 1). Los transistores bipolares vienen en una amplia variedad de paquetes físicos. El tipo de paquete depende principalmente de la disipación de potencia requerida del transistor, al igual que las resistencias:cuanto mayor es la disipación de potencia máxima, más grande debe ser el dispositivo para mantenerse frío. La siguiente figura muestra varios tipos de paquetes estandarizados para dispositivos semiconductores de tres terminales, cualquiera de los cuales puede usarse para albergar un transistor bipolar. Hay muchos otros dispositivos semiconductores distintos de los transistores bipolares que tienen tres puntos de conexión. Tenga en cuenta que los pines de los transistores de plástico pueden variar dentro de un solo tipo de paquete, p. Ej. TO-92 en la Figura siguiente. Es imposible para identificar positivamente un dispositivo semiconductor de tres terminales sin hacer referencia al número de pieza impreso en él, o someterlo a una serie de pruebas eléctricas.

Paquetes de transistores, dimensiones en mm.

Los pequeños paquetes de transistores de plástico como el TO-92 pueden disipar algunos cientos de milivatios. Las latas de metal, TO-18 y TO-39, pueden disipar más energía, varios cientos de milivatios. Los paquetes de transistores de potencia de plástico como el TO-220 y el TO-247 disipan más de 100 vatios, acercándose a la disipación del TO-3 totalmente metálico. Las clasificaciones de disipación enumeradas en la Figura anterior son las máximas jamás encontradas por el autor para dispositivos de alta potencia. La mayoría de los transistores de potencia tienen una potencia nominal de la mitad o menos que la potencia indicada. Consulte las hojas de datos de dispositivos específicos para conocer las calificaciones reales. La matriz semiconductora en los paquetes de plástico TO-220 y TO-247 está montada en un tapón de metal conductor de calor que transfiere el calor de la parte posterior del paquete a un disipador de calor de metal. , no mostrada. Se aplica una fina capa de grasa termoconductora al metal antes de montar el transistor en el disipador de calor. Dado que los tacos TO-220 y TO-247, y la caja del TO-3 están conectados al colector, a veces es necesario aislarlos eléctricamente de un disipador térmico conectado a tierra mediante una arandela de polímero o mica interpuesta. Las clasificaciones de la hoja de datos para los paquetes de energía solo son válidas cuando se montan en un disipador de calor. Sin un disipador de calor, un TO-220 disipa aproximadamente 1 vatio de forma segura en el aire libre.

Las clasificaciones máximas de disipación de potencia de la hoja de datos son difíciles de lograr en la práctica. La disipación de potencia máxima se basa en un disipador de calor que mantiene la carcasa del transistor a no más de 25 ° C. Esto es difícil con un disipador de calor enfriado por aire. La disipación de potencia permitida disminuye al aumentar la temperatura. Esto se conoce como reducción de potencia. Muchas hojas de datos de dispositivos de potencia incluyen un gráfico de disipación en función de la temperatura de la carcasa.

REVISAR:

• Disipación de energía :disipación de potencia máxima permitida de forma sostenida.
• Voltajes inversos :VCE máximo permitido, V _CB , V _EB .
• Colector actual :la corriente de colector máxima permitida.
• Voltaje de saturación es el V _CE caída de voltaje en un transistor saturado (totalmente conductor).
• Beta :β =I _C / I _B
• Alfa :α =I _C / I _E , α =β / (β + 1)
• Paquetes de transistores son un factor importante en la disipación de energía. Los paquetes más grandes disipan más energía.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS

• Hoja de trabajo de la teoría del transistor de unión bipolar (BJT)