Предельная температура переходов Гп.макс - максимальная температура активного объема транзистора, при которой гарантируются работоспособность и сохранность транзистора. В зависимости т типа транзистора величина Уп.макс может ограничиваться различными явлениями и в этом смысле является условной. Абсолютный предел значению Уп.макс кладет явление ттлоеого пробоя, заключающееся в том, что температурное приращение обратного тока при некоторой критической температуре приводит к дополнительному нагреву р-п перехода, вызывающему еще большее приращение обратного тока и т. д. Лавинный характер развития этого процесса приводит к быстрому повыщению температуры р-п перехода и заканчивается расплавлением или выгоранием элементов конструк-иии транзистора.

У германиевых транзисторов значение Уп.макс лежит в пределах 50-100° С, а у кремниевых - в пределах 120-200° С.

Предельная мощность, рассеиваемая транзистором, Рмакс - максимальное значение суммарной мощности, длительно рассеиваемой в транзисторе, при котором гарантируется его сохранность. При работе транзистора в активной области выходных статических характеристик (в усилительных каскадах) мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, обычно во много раз> превышает мощность, рассеиваемую в эмиттерном переходе (Рк> э). Поэтому значение Рмакс часто отождествляют с значением Рк.макс Однако в режиме переключения при заходе в область насыщения мощности, рассеиваемые в обоих р-п переходах, получаются одного порядка, и надо учитывать суммарную мощность, которая в общем случае не должна превышать величину Рмакс-

Величина Рмакс соответствует мощцости, при которой из-за внутреннего перегрева температура р-п переходов достигает значения Уп.макс. Значение Рмакс зависит от температуры окружающей среды Уокр и условий теплоотдачи:

п.макс Т,

т.окр

(9-222)

где jRt.okp - тепловое сопротивление между активным объемом транзистора и окружающей средой {град!мет или град/вт).

Для маломощных транзисторов величина Ri.oKv приводится для условий работы в спокойном воздухе при нормальном атмосферном давлении. Поскольку мощные транзисторы обычно используются с дополнительным теплоотводом и принудительным охлаждением (обдувом), вместо /?т-окр в качестве параметра самого транзистора указывают тепловое сопротивление между активным объемом транзистора и той поверхностью корпуса транзистора, которая

предназначена для сопряжения с радиатором (Ri.k)- При этом

Рмакс = 5=. (9-223)

где Гк - температура корпуса транзистора, определяемая на основании теплотехнического расчета или экспериментальным путем.

Предельное обратное напряжение коллекторного перехода f/к.макс - максимальное обратное напряжение на коллекторном переходе при отключенной цепи эмиттера, при котором гарантируется отсутствие пробоя (лавинообразного увеличения обратного тока). Обычно критерием приводимого в справочных данных значения t/к.макс является определенная норма на максимальное значение обратного тока коллекторного перехода.

При повышении температуры величина fK.MaKc зачастую снижается.

Обычно значение /к.макс истолковывается как предельно допустимое напряжение коллектора при включении транзистора по схеме с общей базой (точнее--при питании коллекторной и эмиттерной цепей от двух независимых источников тока). На самом деле это верно лишь до тех пор, пока в цепи эмиттера присутствует большое сопротивление для постоянного тока, исключающее заметное влияние коллекторной цепи на ток эмиттера (см. рис. 9-51, с). При достаточно низкоомной цепи эмиттера (см. ( рис. 9-52, а) предельно допустимое напряжение коллектора даже при независимом источнике питания цепи коллектор - база может быть существенно ниже значения

к.макс-

Предельное обратное напряжение эмиттерного перехода t/э.макс - параметр, аналогичный f/к.макс. У сплавных И поверх-ностно-барьерных транзисторов величина

t/э.макс того же порядка, что и f/к.макс,

а у диффузионно-сплавных и выращенных транзисторов значение f/э.макс бывает в пределах от нескольких десятых долей вольта до 3-5 в.

Следует иметь в виду, что с точки зрения сохранности транзистора неопасно введение в цепи коллекторного и эмиттерного переходов э. д. с, превышающих соответственно значения f/к.макс и f/э.макс, При

условии, что внешние сопротивления этих цепей ограничивают токи и мощности в режиме пробоя безопасными для транзистора значениями. Но с точки зрения нормальной работы той или иной конкретной схемы с транзистором могут существовать более жесткие ограничения, чем те, которые обусловлены справочными значениями предельных режимных характеристик.

Предельное напряжение коллектор - эмиттер f/к.э.макс - мэксимальное напряжение между выводами коллектора и эмиттера, обратное для коллекторного перехода, при котором гарантируется отсутствие лавинообразного нарастания коллекторного

тока. Величина f/к .8.макс никогда не пре-вьппает значения f/к.макс и.может быть в несколько раз меньше f/к. мак с

В зависимости от типа транзистора напряжение t/к.э.макс может ограиичиваться различными явлениями. В транзисторах, у которых область базы является наиболее высокоомной (сплавных, поверхностно-барьерных), при повышении обратного напряжения на коллекторном переходе происходит расширение обедненного слоя этого перехода в глубь базы и может произойти смыкание объемных зарядов коллектора и эмиттера, причем базовая область пропадает и прибор утрачивает свойства транзистора. Если при этом ток в цепи коллектор-эмиттер ограничен внешним сопротивлением и опасности теплового пробоя нет, то необратимых изменений характеристик транзистора не происходит и после возвращения в нормальный режим питания его работоспособность восстанавливается.

Другой механизм ограничения напряжения f/к.э.макс связан с лавинным умножением, которое может привести к увеличению коэффициента усиления а до единицы при напряжениях коллектора ниже f/к.макс (см. стр. 414). При наличии этого механизма значение f/к.э.макс сильно зависит от схемы построения и режима цепи базы транзистора. Наибольшее значение f/к.э.макс имеет при подаче на базу потенциала, запирающего эмиттерный переход, наименьшее (f/ix)-при отключенной базе, когда /б=0 (см. рис. 9-51,6 и 9-52,6). В справочных данных обычно указывается значение f/к.э.макс при f/6.э=0 или при определенном сопротивлении постоянному току внешней цепи база - эмиттер. По мере увеличения Re величина f/к.э.макс снижается, стремясь к значению U.

Предельный ток (коллектора, эмиттера, базы) оговаривается для предотвращения перегрева тонких выводов электродов внутри корпуса транзистора или специфических для транзисторов данного типа явлений, нарушающих нормальную работу основных схем применения. К числу таких явлений может относиться сильное снижение коэффициента усиления по току Р у транзисторов, предназначенных для мощных усилителей низкой частоты (это приводит к росту нелинейных искажений), и увеличение коэффициента а сверх единицы у транзисторов с высокоомной областью коллектора (это может вызвать неустойчивость рабочей точки и самовозбуждение в усилительных каскадах).

Предельные токи в импульсных режимах для некоторых типов транзисторов существенно превышают аналогичные значения в стационарных режимах, что особо оговаривается в справочных данных.

Не разрешается превышать ни один из предельных параметров транзистора. Не рекомендуется, а для многих типов транзи-

Это явление иногда называют также проколом.

сторов не разрешается работа с одновременным достижением предельных значений двух и более параметров. Для повышения надежности надо применять транзисторы в режимах, пониженных по сравнению с предельными. 5та рекомендация в особенности касается рабо[й[ температуры и мощности.

9-7. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ /

Разброс и нестабильность электрических характеристик

При современном уровне технологии не удается получать транзисторы с малым разбросом значений электрических параметров. Действующая в настоящее время система отбраковки и классификации транзисторов предусматривает в основном одностороннее ограничение значений электрических параметров, причем по марке транзистора можно судить лишь о наихудших значениях его параметров. Основная же масса транзисторов, как правило, имеет значительно лучшие параметры, чем приведенные в справочных таблицах. Это обстоятелсьтво осложняет взаимозаменяемость транзисторов в схемах, отработанных на случайных экземплярах без учета присущего им разброса параметров.

Наибольший разброс имеют параметры /ко (обратный ток коллектора), Лгг (вы--ходная проводимость) и р (коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером). Разброс по /ко достигает обычно 10 раз, по /i22 - 5 раз, по Р - 2-5 раз.. В связи с таким разбросом средние значения перечисленных параметров оказываются в 2-3 раза лучше приведенных в таблицах.

Так, например, для транзисторов П13- П15 среднее значение /ко составляет 3- 5 мка против нормы 10-15 мка, - порядка 0,7 мксим (норма 2-3,3 MKCUMf и т. д.

С разбросом значений параметра Р связаны существенные отличия семейств выходных статических характеристик в схеме с общим эмиттером транзисторов одного типа. Поэтому при расчетах, требующих использования семейства выходных характеристик в схеме с общим эмиттером, всегда следует учитывать, с какими конкретными значениями парам,етра Р будут применяться транзисторы, и пользоваться семействами, соответствующими этим значениям р. Обычно различия в ходе статических характеристик транзисторов разных подтипов одной серии при одинаковых значениях р значительно меньше, чем у транзисторов одного подтипа с отличающимися значениями р. Это позволяет при отсутствии характеристик для данного значения р-пользоваться характеристиками другого подтипа той же серии, если они сняты на экземпляре с данным значением р.

При расчете схем необходимо учитывать как возможный разброс значений параметров применяемых транзисторов, так и до-

полнительные отклонения их, которые могут быть вызваны изменениями рабочей точки, температуры и нестабильностью характеристик транзисторов.

Изменения рабочей точки транзистора обусловливаются нестабильностью источников питания, отклонениями в пределах допусков сопротивлений резисторов . в цепях питания электродов транзистора и темпе-.ратурной зависимостью параметров самого транзистора (главным образом обратного тока /ко)- Вопрос о температурной стабилизации рабочей точки транзистора рассматривается ниже.

Под нестабильностью характеристик транзистора понимаются отклонения в значениях тех или иных параметров транзистора при их измерениях в одинаковых условиях (в одной и той же рабочей точке и при одинаковой температуре). Различают два главных вида нестабильности характеристик транзистора - ползучесть и температурную нестабильность.

Ползучестью называют сравнительно быстрое изменение параметров транзистора, наблюдающееся непосредственно после включения питания. Чаще всего ползучесть связана с температурной зависимостью параметров и проявляется в течение времени установления рабочей температуры транзистора. Наряду с этим у транзисторов с недостаточно соверщениой технологией изготовления бывают более глубокие фязиче--ские корни ползучести, вызывающие не только сильное изменение параметров (большей частью /ко и Р) в течение первых минут после подачи питания, но и непрекращающиеся со временем заметные флуктуации параметров. Транзисторы с такого вида ползучестью, как правило, не могут работать в большинстве схем и должны заменяться доброкачественными.

температурно зависимое изменение параметров /ко и Р, проявляющееся сразу же после приобретения транзистором новой температуры, но и дополнительное медленное изменение этих параметров, заканчивающееся примерно через двое суток (в связи с этим рассматриваемое явление названо 48-часовым эффектом). Это явление обусловлено перестройкой поверхности полупроводника и у германиевых транзисторов приводит к дополнительному изменениюр на 20-30%, однако эти изменения полностью обратимы. У кремниевых транзисторов температурная нестабильность может приводить к дополнительным изменениям р в несколько раз, причем эти изменения бывают не полностью обратимыми.

Специальные технологические и конструктивные мероприятия при изготовлении транзисторов позволяют резко уменьшить температурную нестабильность их характеристик, и ряд современных типов транзисторов практически свободен от этого недостатка. Уменьшить проявление температурной нестабильности характеристик транзисторов, которым она свойственна, можно ограничением диапазона рабочих температур.

Основными методами уменьшения влияния разброса и нестабильности параметров транзисторов на характеристики схемы являются выбор схем, наименее критичных к изменениям характеристик транзисторов, применение отрицательных обратных связей и термостатирование.

Стабилизация рабочей точки

В схеме с общей базой ток коллектора выражается соотношением

/к = /э + /ко, (9-224)

где а - коэффициент передачи постоянного тока эмиттера - величина, близкая к единице, примерно равная малосигнальному коэффициенту усиления по току а, слабо

Г=70СГ

Рис. 9-90. Возможные изменения параметров h и 1 германиевого транзистора при циклических изменениях температуры.

Температурная нестабильность заключается в очень медленном, заметном лишь при наблюдении в течение многих часов изменении параметров транзистора после резкой смены температуры. Внешние проявления этого эффекта иллюстрирует рис. 9-90, из которого видно, что резкое изменение температуры транзистора вызывает не только

Рис. 9-9). Схема питания транзистора при помощи двух источников.

Рис. 9-92. Простейшая схема питания транзистора от одного источника.

зависящая от рабочей точки и от температуры. Ток коллектора /к в рабочей точке в усилительных каскадах, как правило, во много раз превыщает величину обратного тока /ко. Поэтому при питании эмиттерной и коллекторной цепей от двух независимых источников (рис. 9-91) легко добиться удов-