Амбітна мета компанії MediaTek - сформувати співтовариство розробників гаджетів з фахівців по всьому світу і допомогти їм реалізувати свої ідеї в готові прототипи. Вже зараз для цього є всі можливості, від міні-спільнот, в яких можна подивитися чужі проекти до прямих контактів з справжніми виробниками електроніки. Почати проектувати гаджети може будь-який талановитий розробник - поріг входу дуже низький.
А. СОБОЛЕВСКИЙ
Як оцінити якість транзистора? Які параметри транзистора треба знати, щоб передбачити його роботу в приймальнику, підсилювачі? Як виміряти ці параметри?
Транзистор є трьохелектродну напівпровідникових приладом. У ньому два р-n переходу: емітерний - між емітером і базою, і колекторний - між колектором і базою. Спрощена схема транзистора, структури р-n-р зображена на рис. 1. Емітерний перехід включений в прямому напрямку - до емітера підключений позитивний, а до бази негативний полюси батареї Б1. Струм емітера Iе, поточний через цей р-n перехід, швидко зростає зі збільшенням напруги Uеб. Напруга Uеб для малопотужного транзистора не повинно перевищувати декількох часток вольта, інакше емітерний перехід, буде зруйнований.
Колекторний р-n перехід включають, навпаки, у зворотному напрямку - до колектора підключають мінус, а до бази - плюс живильної батареї. Через перехід йде невеликий зворотний струм колектора Iк0. У справних малопотужних транзисторів Iк0 не перевищує декількох мікроампер, а у потужних транзисторів - сотень мікроампер. Зворотний струм колектора практично не залежить від величини напруги Uкб.
При одночасному включенні обох р-n переходів транзистора, як це показано на рис. 1, струм ланцюга колектора Ік значно зросте і буде складатися з двох його складових: зворотного струму колектора Iк0 і частини струму емітера, що проходить через емітерний і колекторний переходи. З рис. 1 видно, що не весь струм емітера Iе перетворюється в струм колектора, а частина його відгалужується в базу. Таким чином струм бази Іб = Iе- Ік.
Відношення величини струму колектора до струму емітера прийнято позначати буквою α ( «альфа») і називати коефіцієнтом передачі струму:
Так як струм колектора Ік менше струму емітера Iе, то коефіцієнт α завжди менше одиниці. У хороших транзисторів коефіцієнт α вельми близький до одиниці (0,95-0,99).
Друга складова колекторного струму дорівнює αIе, тобто струм колектора Ік = αIе + Iко.
Струм емітера Iе можна легко міняти в великих межах, змінюючи напругу Uеб. При цьому буде змінюватися і струм колектора, так як його складова αIе залежить від струму емітера. Але зміна струму колектора відбувається в ланцюзі з більшим, ніж у ланцюзі емітер-база, напругою, і якщо опір його навантажувального резистора Rн досить велике (кілоомах і більше), на ньому виникає значне за величиною падіння напруги. Отже, якщо амплітуда зміни напруги в колі емітерного переходу вимірюється сотими частками вольта, то в ланцюзі колекторного переходу вона буде вимірюватися вже десятими частками вольта, тобто відбудеться посилення сигналу по напрузі і потужності.
Оскільки коефіцієнт α завжди менше одиниці, тому транзистор, здавалося б, не дає посилення по току. Але це тільки в тому випадку, якщо загальним електродом вхідний і вихідний ланцюгів транзистора є база, тобто транзистор включений за схемою із загальною базою (див. Рис. 1). Але транзистор можна включити за схемою з загальним емітером (рис. 2), коли загальним електродом вхідний і вихідний ланцюгів служить катод. В цьому випадку вхідним струмом є струм бази Іб, і коефіцієнтом посилення транзистора, що позначається буквою β ( «бета»), буде відношенням вихідного струму колектора Ік до току бази тобто
Якщо в цю формулу підставити вирази для Ік і Іб, вже наведені тут, і знехтувати струмом Iк0, оскільки він дуже малий у порівнянні з складової колекторного струму αIе, коефіцієнт β можна підрахувати за формулою:
Підставте в цю формулу будь-яке значення α, і ви переконаєтеся, що коефіцієнт β завжди більше одиниці. Наприклад, при α = 0,9 коефіцієнт β = 9. Таким чином, якщо при включенні транзистора по схемі із загальною базою відбувається посилення по напрузі, то при включенні його за схемою з загальним емітером відбувається посилення і по току, тобто вхідний струм бази Іб завжди менше вихідного струму колектора Ік. Чим більше коефіцієнт β, тим, природно, більше посилення вхідного сигналу.
Отже, струм ланцюга колектора складається зі складових αIе, керованої струмом бази Іб, і некерованою складової Iк0. Зворотний струм колектора Iк0 такий малий, що говорити про те, що він знижує максимальну потужність транзистора і даремно витрачає енергію, харчування, можна лише теоретично. Але біда в тому, що струм Iк0 сильно залежить від температури - така його фізична природа. Цим він і завдає транзисторної апаратури великої шкоди.
Якщо базу транзистора з'єднати з емітером через резистор невеликого опору (500-1000 ом для малопотужних транзисторів), то в колекторної ланцюга встановиться початковий струм колектора Iкн = Iк0x (β + 1). Це некерована складова колекторного струму транзистора, включеного за схемою з загальним емітером. Струм Iкн, як бачите, залежить від струму Iк0 германієвих транзисторів. Струм Iк0 приблизно подвоюється на кожні 10 ° С підвищення температури. І хоча сам струм Iк0 невеликий, але при його зміні збільшується початковий струм колектора Iкн, який більше його в β + 1 раз. Наприклад, якщо струм Iк0 при температурі 20 ° С становив 5 мка, то при збільшенні температури транзистора до 40 ° С струм Iк0 зросте до 20 мка. Зростання струму Iк0 на 15 мка - це ще не так багато. Але якщо транзистор має коефіцієнт посилення β = 25, то початковий струм колектора зміниться з Iкн1 = 5 (25 + l) = 130 мка до Iкн2 = 20 (25 + 1) = 520 мка, тобто на 390 мка!
При нормальній роботі транзистора до некерованої складової струму колектора додається керована складова Іб • β, в зв'язку з чим загальна формула колекторного струму приймає такий вигляд: ІК = Iкн + Іб • β. Таким чином зміна струму Iкн майже на 0,4 ма при збільшенні температури на 20 ° С викличе таке ж зміна струму колектора, а значить і зміна режиму роботи транзистора і всіх параметрів транзисторного каскаду.
Для боротьби з цим неприємним явищем в транзисторні каскади вводять спеціальні ланцюги, що компенсують зміни струмів, що викликаються коливаннями температури навколишнього середовища і самого транзистора. Проте транзистор намагаються підібрати з можливо малим зворотним струмом колектора Iко, щоб якомога меншими були температурні зміни колекторного струму. Що ж стосується початкового струму колектора Iкн, то він залежить як від величини зворотного струму Iк0, так і від коефіцієнта β. Чим більше Iк0 і β. тим більше струм Iкн.
Вибираючи транзистор, треба особливу увагу звернути на стійкість струмів Iк0 і Iкн - вони не повинні змінюватися мимовільно. Транзистор з нестабільними струмами Iк0 і Iкн працює нестійкий.
Як же виміряти струми Iк0 і Iкн?
Схема для вимірювання струму Iк0 показана на рис. 3. На колектор подається зворотна напруга UK = 2 ÷ 5 ст. Резистор R0, що обмежує струм, служить захистом вимірювальних приладів на випадок, якщо транзистор виявиться з пробитим колекторним переходом. Опір R0 вибирають з умови R0 = 0,1 Uкб / Iк0. Прилад mА повинен показувати одиниці мікроампер.
Виміряний струм Iк0 дозволяє оцінити якість лише колекторного переходу транзистора. А ось з початкового струму колектора Iкн, виміряного за схемою на рис. 4, можна судити про працездатність вже всього транзистора, так як в цьому випадку включені обидва його р-n переходу. Резистор R б (для малопотужних транзисторів - 500 - 1000 ом, для потужних - 1 - 2 ома) обов'язково повинен бути включений між базою і емітером, інакше результати вимірювань будуть спотворені.
Такі вимірювання можна проводити вольтметром з дуже високим вхідним опором.
Треба сказати, що останнім часом ведеться робота по уніфікації позначення параметрів транзисторів. Струм Iк0 все частіше позначають Iкбо до називають початковим струмом колекторного переходу, а струм Iкн позначають Iкзк і називають початковим струмом короткого замикання.
З виміром коефіцієнта посилення транзистора справа йде складніше. Пояснюється це тим, що для більш точного визначення коефіцієнтів α і β треба вимірювати постійні струми, як говорилося раніше, Іб, Iе і Ік, а дуже малі збільшення цих струмів, тобто проводити вимірювання на змінному струмі і при малому сигналі:
при постійній напрузі Uкб
постійній напрузі U ке
Ці коефіцієнти залежать, крім того, від струму емітера, тому для кожного типу транзистора рекомендують певний струм емітера, при якому значення коефіцієнта посилення близько до максимального. Правда, коефіцієнти посилення залежать і від напруги на колекторі, але слабо. Ця залежність позначається тільки при дуже малих колекторних напружених, при яких транзистор зазвичай не експлуатують, або при дуже великій напрузі, близьких до максимально допустимим. І хоча при підвищеній напрузі коефіцієнти посилення різко збільшуються, такий режим роботи транзистора практично не використовується, так як дуже зростає небезпека пробою колекторного переходу.
Отже, щоб виміряти коефіцієнт посилення транзистора, треба, по-перше, поставити транзистор в певний режим роботи по постійному струму, тобто встановити необхідні UK3 і Iе, а, по-друге, вести вимір на змінному струмі, вимірюючи малі збільшення струмів його електродів . Все це ускладнює вимірювання і вимагає чутливих і точних приладів, бо вимірювати малі збільшення струмів не так-то просто.
Радіоаматори зазвичай користуються більш простими методами вимірювання коефіцієнта посилення транзистора. Найчастіше цей параметр вимірюють на постійному струмі, тобто вимірюють α або β. а статичний коефіцієнт посилення ВСТ, що є відношенням ВСТ = IК / Іб але за умови, що струм колектора і струм бази багато більше струму Iко.
Коефіцієнт Встав зазвичай не рівний коефіцієнту β при малих токах колектора він менше β при великих - більше. Помилка не настільки велика (не більше 30-40%) і в аматорській практиці нею можна знехтувати.
Радіоаматори часто коефіцієнт Встав вимірюють при фіксованому струмі бази Iб (рис. 5). В цьому випадку електровимірювальні прилади, включений в колекторний ланцюг транзистора, показує струм колектора Ік, який в Встав разів більше струму Iб. Шкалу приладу можна проградуювати безпосередньо в значеннях Встав. Здавалося б, просто, але за цю простоту доводиться розплачуватися похибками вимірювання.
Справа в тому, що при таких вимірах не враховується вплив початкового струму колектора Iкн = Ікс (β + 1), а адже IH = IKH + Iбβ. Струм Iкн залежить від струму Iк0 і коефіцієнта β, отже, у різних транзисторів він буде неоднаковий і внесе різну похибка в вимірювання. Далі: передбачається, що струм бази завжди один і той же, оскільки опір Rб велике (струм бази визначають за формулою Іб = Uб / Rб і для малопотужних транзисторів встановлюють рівним 50-100 мка). Фактично ж струм бази определяетЧтоби зменшити викривлення, треба вимірювати і струм бази, для чого прилад доведеться дещо ускладнити (рис. 6). Користуючись таким приладом, можна, по-перше, встановлювати два значення струму бази, наприклад, 50 і 100 мка, а по-друге, проводити вимірювання таким чином, що буде зменшена похибка, пов'язана з впливом струму Iко. Для цього спочатку вимірюють струм колектора Iк1 при положенні перемикача В на контакті -1 (струм бази Iб1), потім перемикач переводять в положення 2 і вимірюють нові значення струмів Iк2 і Iб2. Коефіцієнт Встав обчислюють за формулою:
До речі, коефіцієнт Встав можна вимірювати при фіксованому струмі колектора, як це показано на рис. 7. Змінним резистором R1 встановлюють струм Ік, рівним, наприклад, 1 ма, а шкалу цього резистора градуируют безпосередньо в значеннях Встав (виходячи з припущення, що Встав = Ік / Іб). Резистор R2 обмежує струм бази.
Подібними простими приладами цілком можна користуватися, так як в переважній більшості випадків радіоаматора транзистор цікавить перш за все з точки зору його працездатності. Звичайно, при їхній допомозі не можна визначити, що транзистор, наприклад, має коефіцієнт β саме 30, а не 25 і не 35. Але ж такої точності радіоаматори і не потрібно, вона необхідна тільки для інженерних розрахунків, коли спочатку за письмовим столом або на макеті визначаються допустимі відхилення коефіцієнтів посилення транзисторів для конкретного пристрою, а потім в цеху проводиться відповідний підбір транзисторів. Радіоаматор ж зазвичай підбирає інші деталі пристрою під наявні транзистори, а не навпаки, як це буває в промисловості.
На закінчення скажемо, що за новою термінологією коефіцієнт α, який вимірюється на змінному струмі в схемі із загальною базою, позначають h21Б і називають коефіцієнтом передачі струму; коефіцієнт β, який вимірюється на змінному струмі в схемі із загальним емітером, позначають h21е і називають коефіцієнтом передачі струму на малому сигналі, а коефіцієнт Встав позначають h21е - то ж, що h21е, але на великому сигналі.
- В. П. Морозов. Радіоаматорські прилади дня перевірки транзисторів. Вид-во ДОСААФ, 1965.
- В. А. Васильєв. Радіоаматорові про транзисторах. Вид-во ДОСААФ, 1967.
- І. П. Жеребцов. Основи електроніки. «Енергія», 1967.
- Транзистори (довідник) під ред. І. Ф. Миколаївського. «Зв'язок», 1969.
- Довідник по напівпровідникових діодів і транзисторів під ред. Н. Н. Горюнова. «Енергія», 1968.