Classificações e pacotes de transistores (BJT)

Como todos os componentes elétricos e eletrônicos, os transistores são limitados na quantidade de voltagem e corrente que cada um pode suportar sem sofrer danos. Como os transistores são mais complexos do que alguns dos outros componentes que você está acostumado a ver neste momento, eles tendem a ter mais tipos de classificações. O que se segue é uma descrição detalhada de algumas classificações típicas de transistores.

Dissipação de energia

Quando um transistor conduz corrente entre o coletor e o emissor, ele também diminui a tensão entre esses dois pontos. A qualquer momento, a potência dissipada por um transistor é igual ao produto da corrente do coletor e da tensão do coletor-emissor. Assim como os resistores, os transistores são classificados para quantos watts cada um pode dissipar com segurança sem sofrer danos.

A alta temperatura é o inimigo mortal de todos os dispositivos semicondutores, e os transistores bipolares tendem a ser mais suscetíveis a danos térmicos do que a maioria. As classificações de energia são sempre referenciadas à temperatura do ar ambiente (circundante). Quando os transistores devem ser usados ​​em ambientes mais quentes> 25 ^o , suas classificações de energia devem ser diminuídas para evitar uma vida útil reduzida.

Tensões reversas

Assim como acontece com os diodos, os transistores bipolares são classificados para a tensão de polarização reversa máxima permitida em suas junções PN. Isso inclui classificações de tensão para a junção de base do emissor V _EB , junção base do coletor V _CB , e também do coletor ao emissor V _CE .

V _EB , a tensão reversa máxima do emissor para a base é de aproximadamente 7 V para alguns transistores de sinal pequeno. Alguns projetistas de circuitos usam BJTs discretos como diodos Zener de 7 V com um resistor limitador de corrente em série. Entradas de transistor para circuitos integrados analógicos também têm um V _EB classificação, que se excedida irá causar danos, nenhum zenering das entradas é permitido.

A classificação para tensão máxima de coletor-emissor V _CE pode ser considerada como a tensão máxima que pode suportar no modo de corte (sem corrente de base). Essa classificação é de particular importância ao usar um transistor bipolar como uma chave. Um valor típico para um pequeno transistor de sinal é de 60 a 80 V. Em transistores de potência, isso pode variar de 1000 V, por exemplo, um transistor de deflexão horizontal em um display de tubo de raios catódicos.

Coletor atual

O valor máximo para o IC da corrente do coletor será fornecido pelo fabricante em amperes. Os valores típicos para pequenos transistores de sinal são 10s a 100s de mA, 10s de A para transistores de potência. Entenda que este valor máximo assume um estado saturado (queda mínima de tensão coletor-emissor). Se o transistor não saturado e está reduzindo a tensão substancial entre o coletor e o emissor, a classificação de dissipação de energia máxima provavelmente será excedida antes da classificação de corrente máxima do coletor. Apenas algo para se ter em mente ao projetar um circuito de transistor

Tensões de saturação

Idealmente, um transistor saturado atua como uma chave de contato fechada entre o coletor e o emissor, reduzindo a tensão zero na corrente total do coletor. Na realidade, isso nunca verdadeiro. Os fabricantes especificarão a queda de tensão máxima de um transistor na saturação, tanto entre o coletor e o emissor e também entre a base e o emissor (queda de tensão direta dessa junção PN). Em geral, espera-se que a queda de tensão do coletor-emissor na saturação seja de 0,3 volts ou menos, mas esse valor, é claro, depende do tipo específico de transistor. Transistores de baixa tensão, baixo V _CE , mostram tensões de saturação mais baixas. A tensão de saturação também é mais baixa para uma corrente de acionamento de base mais alta.

Queda de tensão direta do emissor de base, V _BE , é semelhante ao de um diodo equivalente, ≅0,7 V, o que não deve ser nenhuma surpresa.

Beta

A razão entre a corrente de coletor e a corrente de base, β é o parâmetro fundamental que caracteriza a capacidade de amplificação de um transistor bipolar . β é geralmente considerado uma figura constante nos cálculos do circuito, mas, infelizmente, isso está longe de ser verdade na prática. Como tal, os fabricantes fornecem um conjunto de β (ou “h _fe ”) Valores para um determinado transistor em uma ampla faixa de condições operacionais, geralmente na forma de classificações máximas / mínimas / típicas. Pode surpreendê-lo ver quão amplamente se pode esperar que β varie dentro dos limites normais de operação. Um transistor de pequeno sinal popular, o 2N3903, é anunciado como tendo um β variando de 15 a 150, dependendo da quantidade de corrente do coletor. Geralmente, β é mais alto para correntes de coletor médias, diminuindo para correntes de coletor muito baixas e muito altas. h _fe é um pequeno ganho de CA do sinal; hFE s grande ganho de sinal AC ou ganho DC.

Alfa

A proporção da corrente do coletor para a corrente do emissor, α =I _C / I _E . α pode ser derivado de β, sendo α =β / (β + 1). Os transistores bipolares vêm em uma ampla variedade de pacotes físicos. O tipo de pacote depende principalmente da dissipação de energia necessária do transistor, assim como os resistores:quanto maior a dissipação de energia máxima, maior deve ser o dispositivo para permanecer frio. A figura abaixo mostra vários tipos de pacotes padronizados para dispositivos semicondutores de três terminais, qualquer um dos quais pode ser usado para hospedar um transistor bipolar. Existem muitos outros dispositivos semicondutores além dos transistores bipolares que possuem três pontos de conexão. Observe que as pinagens de transistores de plástico podem variar dentro de um único tipo de pacote, por exemplo, TO-92 na figura abaixo. É impossível para identificar positivamente um dispositivo semicondutor de três terminais sem fazer referência ao número da peça impresso nele ou submetê-lo a um conjunto de testes elétricos.



Pacotes de transistores, dimensões em mm.

Pequenos pacotes de transistores de plástico como o TO-92 podem dissipar algumas centenas de miliwatts. As latas de metal, TO-18 e TO-39, podem dissipar mais energia, várias centenas de miliwatts. Pacotes de transistores de potência de plástico como o TO-220 e TO-247 dissipam bem mais de 100 watts, se aproximando da dissipação do TO-3 todo metálico. As classificações de dissipação listadas na Figura acima são as máximas já encontradas pelo autor para dispositivos de alta potência. A maioria dos transistores de potência tem metade ou menos do que a potência listada. Consulte planilhas de dados específicas do dispositivo para classificações reais. A matriz do semicondutor nas embalagens de plástico TO-220 e TO-247 é montada em uma cápsula de metal condutora de calor que transfere calor da parte de trás da embalagem para um dissipador de calor de metal , não mostrado. Uma fina camada de graxa termicamente condutora é aplicada ao metal antes de montar o transistor no dissipador de calor. Como os conectores TO-220 e TO-247 e a caixa do TO-3 são conectados ao coletor, às vezes é necessário isolá-los eletricamente de um dissipador de calor aterrado por uma mica interposta ou lavadora de polímero. As especificações da folha de dados dos conjuntos de potência são válidas apenas quando montados em um dissipador de calor. Sem um dissipador de calor, um TO-220 dissipa aproximadamente 1 watt com segurança no ar livre.

As classificações de dissipação de potência máxima da folha de dados são difíceis de alcançar na prática. A dissipação de potência máxima é baseada em um dissipador de calor que mantém o invólucro do transistor a não mais que 25 ° C. Isso é difícil com um dissipador de calor refrigerado a ar. A dissipação de energia permitida diminui com o aumento da temperatura. Isso é conhecido como desclassificação. Muitas planilhas de dados de dispositivos de energia incluem um gráfico de dissipação versus temperatura da caixa.

REVER:

• Dissipação de energia :dissipação de potência máxima permitida em uma base sustentada.
• Tensões reversas :VCE máximo permitido, V _CB , V _EB .
• Corrente de coletor :a corrente de coletor máxima permitida.
• Tensão de saturação é o V _CE queda de tensão em um transistor saturado (totalmente condutor).
• Beta :β =I _C / I _B
• Alfa :α =I _C / I _E , α =β / (β + 1)
• Pacotes de transistores são um fator importante na dissipação de energia. Pacotes maiores dissipam mais energia.

PLANILHAS RELACIONADAS

• Planilha de teoria do transistor de junção bipolar (BJT)