Расчес транзистора, схема включения, основные типы транзисторов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Розрахунковий розділ

2.1 Розрахунок питомого  опору і товщини високоомної  області колектора.

 

Силові транзистори  призначені для роботи переважно  у ключових режимах у схемі  з загальним емітером. Тому для  них заданими, як правило, є значення максимально припустимої постійної напруги колектор-емітер , максимально припустимого постійного і імпульсного струму колектора статичного коефіцієнта передачі струму в схемі з загальним емітером і т.д.

Розрахунок силового n-p-n транзистора проведем у наступній послідовності:

1)  розрахунок питомого опору і товщини високоомної області колектора;

2)  розрахунок статичного коефіцієнта передачі струму;

3)  розрахунок площі структури і вибір корпусу транзистора..

Вихідні дані для розрахунку силового транзистора представлені в таблиці 1

По заданому значенню максимально припустимої постійної напруги колектор-емітер спочатку розраховується напруга пробою колектор-емітер, В

 

, (2.1)

де  - коефіцієнт запасу.

 

По знайденому значенню розраховується напруга пробою колектор-база транзистора, В

 (2.2)

 

 

Визначивши напругу  пробою колектор-база при вибраному  значенні коефіцієнта  , знаходиться мінімально необхідне значення питомого опору високоомної області колектора, Ом см

 

 (2.3)

 

Формула (2.3) справедлива для різкого переходу (рис. 2.1,а), причому для випадку, коли товщина бази високоомної області колектора перевищує товщину шару об’ємного заряду колекторного переходу при напрузі, рівній напрузі пробою. Ця формула справедлива для різкого переходу без обмеження області об’ємного заряду. Однак формулу (2.3) застосовують і для дрейфового транзистора (рис. 2.1,б), так як градієнт домішок у колекторному переході звичайно достатньо великий і слабко діє на розрахункове     значення

 

 

а - постійний розподіл легованих домішок у різних шарах

б - змінний розподіл легованих  домішок у різних шарах

 

Рисунок 2.1 - Структура n-p-n типу

 

Значення  може бути визначено й графічно по кривій рис. 2.2, яка відповідає різкому переходу, а якщо необхідно, то і по іншим кривим з урахуванням градієнту домішок у колекторному переході. При цьому вважають, що

 

Дійсне значення питомого опору високоомної області колектора  вибирається зі співвідношення, Ом см

, (2.4)

 

 

Розраховується напруга  пробою колектор-база для випадку, коли відсутнє обмеження області об’ємного заряду колекторного переходу, В

 

, (2.5)

 

 

Значення  при відомому значенні може бути визначено графічно по кривим рисунка 2.2, вважаючи, що

Розраховується товщина шару об’ємного заряду колекторного переходу по формулі, мкм

, (2.6)

 

 

Розраховується необхідна  товщина високоомної області  колектора, мкм

 

, (2.7)

 

 

 

Рисунок 2.2 - Залежність напруги лавинного пробою p-n переходу від питомого опору кремнію n - типу при різних градієнтах домішок в переході

 

2.2 Розрахунок статичного коофіціента передачі струму у схему з загальним емітером.

 

Потрібні значення статичного коефіцієнту передачі струму для транзисторів, які працюють у ключовому режимі, задається як правило при визначеному значенні напруги напруги колектор – емітер (U_ке=5 В). Тому при розрахунках можна знехтувати лавинним множенням носіїв у шарі об’ ємного заряду коллекторного переходу. Для силових транзисторів нехтують як правило і поверхневою рекомбінацією носіїв заряду, а також рекомбінацією у арі об ємного заряду 

 

прямозміщенного емітерного переходу (ці фактори істотні тільки при дуже малих струмах колектора).

При низькому рівні інжекції в p – базі статичний коефіцієнт передачі струму в схему з загальним  емітером в активному режимі роботі транзистора.

 

 (2.8)

 

де W_p - товщина p – бази, мкм

      L_n  - дифузійна довжина електродів в з – базі, см

      D_n  - коефіцієнт дифузії електронів, см²/с

      τ _n - Час життя електронів в p – базі, мкс

    D_pe – коефіцієнт дифузії дірок в емітері, см²/с

      Q_БО і Q_EO – щільність зарядів іонізованих домішок у p- базу і n – емітері відповідно, кл/см²

Для дрейфового транзистора (рис. 5,a)

 

       (2.9)

 

де N_ae – концентрація акцепторів в p – бази на границі з емітером, см^-3

    N_d  - концентрация донорів в високоомній області колектора, см^-3

 

 

При достатньому розподілі  домішок в p – базі щільність заряду шоншзованих акцепторів Q_БО q N_a W_p(N_a – концентрація акцепторів в p – базі),  а при змінному розподілі, кл/см²

 

         (2.10)

 

 

 

 

При визначеній щільності  струму колектора, яку позначимо J_k1, прикладена до транзистора напруга U_ке повністю падає на прямозміщенному p – n переході і товщині високоомної області колектора. Напруга на колекторному переході стає при цьому рівною нулю. За подальшим зростом щільності струму колекторний перехід зміщується в прямому напрямку і транзистор виходить з активного режиму роботи. Щільність струму колектора, А/см²

 

, (2.11)

 

 

При визначеній щільності  струму колектора, перевищуючих J_k1, в p – базі силових транзисторів як правило регулюється високий рівень інжекції, а розподіл інжектованих електронів має вид, зображений на рис. 2.3 нез’єднаною лінією на рисунку зображено рівноважну концентрацію електронів у високоомній області колектора, рівною N_d

З рисунка видно, що провідність ділянки висоомної області, прилеглої до колекторного переходу, є промодульованою при J_k > J_k1. Величину J_k

визначаємо по залежності статичного коефіцієнті передачі струму від щільності струму колектора при високих рівнях  інжекції в базі транзистора(рисунок )

при h _{21 e} = 6, значення J_k =300. Розмір ділянки високоомної області яка прилягає до колекторного переходу,мкм

 

 

, (2.12)

 

де U_k – напруга на прямо зміщеному колекторному переході.

 

 

 

Рисунок 2.3 - розподіл нерівноважних електронів при високих рівнях інжекції в базі транзистора.

 

Товщина ефективної бази,мкм

 

 (2.13)

 

 

При   J_k  >  J_k1   статичний коефіціент передачі струму для обох розглянутих типів транзисторів

 

 (2.14)

 

 

Формула (2.14) справедлива для випадків високих рівнів інжекції в p – базі.

 

 

Рисунок 2.4 - залежність статичного коефіцієнта передачі струму від щільності струму колектора при високих рівнях інжекції в базі транзистора.

 

2.3 Розрахунок площі  структури і вибір конструкції  корпусу транзистора.

 

Розрахунок площі структури проводиться як правило по максимально припустимому імпульсному струму колектора I_{k i max} , який задається при конкретному значенні статичного коефіцієнта передачі струму h_{21 e} , а пізніше – при визначеному значенні напруги колектор-емітер U_ke.

Знаючи значення U_ke , можливо побудувати графік залежності h_{21 e} (J_k) , як це було зроблено вище. По заданому значенню h_{21 e} визначається щільність струму колектора J_{k i max} , відповідна заданому значенню I_{k I max}.

Максимально припустиму імпульсному струму колектора відповідає максимально припустимий імпульсний струм емітера I_{e i max} , який при заданому значенні h_{21 e}, A

 

 (2.15)

 

 

 

Ефективна ширина емітера, мкм

 

 (2.16)

 

Периметр емітера L_{e ,} см

 

 (2.17)

 

 

Емітери силових транзисторів виготовляють, як правило у вигляді  смужок різної конфігурації, базові смужки у силових транзисторах виготовляють приблизно рівними або вужче емітер них смужок (рис.2.5).

 

 

Рисунок 2.5 – Переріз  емітерної смужки силового транзистора.

 

 

 

Їх ширина , см

 

 (2.18)

 

 

Площа емітера транзистора  при найденому значенны його периметра L_k і вибраному значенні ширини емітер них смужок, см²

 

 (2.19)

 

Площа яка займається базовими смужками, см²

 

 (2.20)

 

 

Сумарна площа структури, см²

 

 (2.21)

 

 

Тепер розраховуємо розмір під ключ, мм

 

 (2.22)

 

 

З формули виходить діаметр випрямляючого елементу 8,15 мм, тому берем стандартний розмір більше 8 мм тобто 10 мм.

Згідно з таблицею 13.1 літератури   беремо розмір під ключ 14 мм.

 

 

 

2.4. Розробка ескізного  проекту конструкції транзистора

 

Транзистор розміщуємо у стандартному корпусі тиристора, конструкція якого зображена  на рисунку  2.6. Колектор з’єднуємо з основою корпусу 9, емітер виводимо за допомогою силового виводу 1, базу - за допомогою виводу керуючого електрода. Таким чином корпус проектуємого транзистора складається з основи 9, зовнішнього 1 та внутрішнього 3 виводів емітера, зовнішнього 5 та внутрішнього 6 виводів бази і кришки корпуса 8. Основа корпусу 9 виготовляється з без кисневої міді та нікелюється. До неї високотемпературним припоєм приварено стальне кільце 4. Кришка корпусу 8 має коварову (іноді стальну) втулку 7, до верхньої частини якої приварений скляний ізолятор 2 з двома отворами для трубок зовнішніх виводів емітера та бази.

 

1-cтальне кільце; 2-cтальний стакан; 3-внутрішній вивід бази;4-коварова трубка; 5-коварова трубка; 6-зовнішній вивід бази; 7-зовнішній вивід емітера; 8-скляний ізолятор; 9-внутрішній вивід емітера; 10-кришка корпуса; 11-тиристорний елемент; 12-основа корпуса.

 

Рисунок 2.6 – Транзистор штирьової конструкції з паяними  контактами

 

Реферат

 

Пояснювальна записка  до курсового проекту має 30 с., 5 рис., 4 джерела, 1 додаток.

Об’єкт проектування – силовий транзистор.

Мета проектування – Розрахувати силовий транзистор, розробити ескізний проект конструкції транзистора та обрати конструкції транзистора згідно з стандартизованими значеннями.

В 1 розділі курсового  проекту надано літературний огляд  з питань:

1.1 Еквівалентні схеми  транзистора;

1.2 Вплив температури  на роботу транзисторів.

Надано схему застосування роботи транзистора

При виконанні розрахунків  розділу за вихідними даними визначення основні параметри силового транзистора. Питомий опір вихідного кремнію  і товщина високоомної області  колектора статичного коефічіенту передачі струму в схемі з загальним емітером і за отриманими даними розроблено конструкцію корпусу транзистора.

За розрахунковими даними розроблено ескізний проект конструкції  транзистора .

Курсовий проект представляється  комісії для захисту.

  

 

 

ТРАНЗИСТОР, БАЗА, РОЗРАХУНОК, ПИТОМИЙ ОПІР,  ВИПРЯМЛЯЮЧИЙ  ЕЛЕМЕНТ, ЕМІТЕР, ДИФУЗІЯ, ПАРАМЕТРИ, ТЕМПЕРАТУРА, ВИСОКООМНА ОБЛАСТЬ КОЛЕКТОРА..

 

 

 

   Висновки

 

В результаті розглядання  літературного розділу я визначив три типи включення транзисторів: з загальною базою (ЗБ); з загальним емітером (ЗЕ); та загальним колектором (ЗК).

Біполярні транзистори  поділяються в залежності від  способу переносу неосновних носіїв заряду, по принципу виготовлення, та за конструкцією.

В результаті вибору схеми  застосування я зупинився на транзисторному згладжую чому фільтрі.

При розрахунку основних параметрів транзистора я отримав  наступні результати:

• Питомий опір дорівнює 150,6 Ом • см;
• Товщина високоомної області колектора дорівнює 178,5 мкм;
• Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з загальним емітером  дорівнює 138,2;
• Площа структури – 0,52 см²;
• Діаметр випрямляючого елемента 8,15 мм;
• Розмір під ключ 14 мм.