Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Все ограничения токов и напряжений в транзисторе чаще всего связаны с их тепловым режимом. Полупроводники очень чувствительны к повышению температуры. Нагрев приводит к резкому увеличению числа собственных носителей заряда, лавинообразно нарастают созданные этими зарядами токи, которые в итоге и производят разрушительную работу — соединяют накоротко, сваривают зоны транзистора, превращают его в простой проводник. Или наоборот — разрушают материал настолько, что образуется разрыв цепи. Обе эти разновидности неустранимых повреждений легко обнаружить омметром (Р-83;9,10). Но еще проще сделать так, чтобы повреждений этих не было совсем.

Особенно велики опасности разрушительного перегрева в коллекторной цепи, где создается «мощная копия» сигнала, циркулируют довольно большие токи и действуют немалые напряжения. Для коллекторной цепи указывают предельные токи и напряжения, а также предельную мощность. И вот почему. Чаще всего бывает так, что нельзя одновременно установить предельно допустимый коллекторный ток I_{к. доп} и предельно допустимое напряжение на коллекторе U_{к. доп}. Это легко увидеть на конкретном примере. Для транзистора П214 допустимый коллекторный ток — 5 А, допустимое напряжение на коллекторе — 60 В (С-15). Но если установить режим транзистора, при котором одновременно будут достигнуты обе эти величины, то в коллекторной цепи выделится мощность Р_к = 5 А ∙ 60 В = 300 Вт. А для транзистора П214 допускается всего лишь Р_к.доп= 10 Вт. Поэтому, если установить предельно допустимый ток 5 А, то напряжение на коллекторе не должно быть больше, чем 2 В (Р_к = 5 А ∙ 2 В = 10 Вт), а если установить предельно допустимое напряжение 60 В, то ток не должен превышать 0,17 А, то есть 170 мА (Р_к = 60 В ∙ 0,17 А = 10 Вт).

На вольт-амперной характеристике коллекторной цепи (Р-88) есть дугообразная линия, граница допустимой мощности. Эта линия появилась как результат простых арифметических операций: определялись такие пары тока I_к и напряжения U_к, при которых P_к = I_к∙U_к не превышает допустимую мощность Р_к__доп. Точно такая же граница допустимых токов и напряжений может быть построена для любого реального транзистора.

Допустимые параметры для мощных транзисторов приводятся в расчете на то, что они работают с внешними радиаторами (К-15), которые отводят тепло, предотвращают повышение температуры полупроводниковых материалов. При работе без радиаторов предельные параметры мощных транзисторов снижаются, как правило, в десять — двадцать раз. Если, скажем, с радиатором транзистор может создать «мощную копию» сигнала в 10 Вт, то без радиатора он едва вытерпит режим, при котором выходная мощность один ватт, а то и полватта.

О важнейшем усилительном параметре транзистора, коэффициенте усиления по току В, мы уже говорили (Т-144). Стоит лишь добавить, что измерение В может производиться в разных схемах и режимах. Если входить в тонкости, то насчитывается несколько разных значений этого коэффициента. Мы же ограничимся одним значением В — так называемым статическим коэффициентом усиления, который получают, измерив на прямолинейном участке вольт-амперной характеристики постоянный ток I_б и соответствующий ему постоянный ток I_к. На К-16 есть схема простейшей приставки к авометру для измерения коэффициента усиления В.

Параметр «предельная частота», или, иначе, «граничная частота» f_гр, тоже не требует особых пояснений. Разные типы транзисторов по-разному работают на разных частотах. Причем граница существует только со стороны высоких частот — если транзистор работает на частоте f_гр, то он прекрасно работает и на более низких частотах. Граничной обычно считают ту частоту, на которой усилительные способности транзистора ухудшаются примерно на 30 процентов. Правда, при дальнейшем увеличении частоты коэффициент усиления быстро падает, и вскоре транзистор вообще перестает усиливать.

И несколько слов о еще одном важном параметре — неуправляемом коллекторном токе I_ко. Во всяком полупроводниковом материале, кроме тех свободных зарядов, которые появились с введением донора или акцептора, есть еще и собственные свободные заряды. Их сравнительно немного, но они есть. Причем если примесь создает в полупроводнике только один тип проводимости — только р или только n, то собственных дырок и электронов в любом проводнике поровну. В зоне n собственные свободные электроны смешиваются с примесными, а вот собственные дырки так и живут особняком, создают в зоне n небольшую дырочную проводимость. Точно так же в зоне р собственные дырки полупроводника теряются в общей массе примесных положительных зарядов, а собственные свободные электроны создают небольшую проводимость n-типа.