Transistor cut-off current a únikový proud. Sustain voltage, Saturace. Měření na diodovém testu.

Příklad pro BD239C od  St microelectronics

 

Emitter a Collector cut-off proudy určují únikové proudy.

Únikový proud je nežádoucí proud, který teče skrze tranzistor, když by měl být v ideálním případě vypnutý. To znamená, že i když by tranzistor neměl vést proud (například při nulovém bázi), malý proud stále protéká mezi jeho elektrodami (kolektorem a emitorem nebo emitorem a bází).

V tabulce s elektrickými charakteristikami tranzistoru jsou uvedeny následující pojmy:

1. I_CES (Collector Cut-off Current, V_BE=0):

   • Symbol: I_CES
   • Popis parametru: Únikový proud kolektoru, když je napětí báze-emitor (V_BE) rovno 0 V.
   • Testovací podmínky: Kolektor-emitorové napětí (V_CE) je 100 V.
   • Minimální hodnota: 0.2 mA
   • Typická hodnota: Není uvedena (Typ.)
   • Maximální hodnota: Není uvedena (Max.)
   • Jednotka: mA (miliampér)

2. I_CEO (Collector Cut-off Current, I_B=0):

   • Symbol: I_CEO
   • Popis parametru: Únikový proud kolektoru, když je báze nezapojena (I_B = 0).
   • Testovací podmínky: Kolektor-emitorové napětí (V_CE) je 60 V.
   • Minimální hodnota: 0.3 mA
   • Typická hodnota: Není uvedena (Typ.)
   • Maximální hodnota: Není uvedena (Max.)
   • Jednotka: mA (miliampér)

3. I_EBO (Emitter Cut-off Current, I_C=0):

   • Symbol: I_EBO
   • Popis parametru: Únikový proud emitoru, když je kolektorový proud (I_C) roven 0.
   • Testovací podmínky: Emitorové bázové napětí (V_EB) je 5 V.
   • Minimální hodnota: 1 mA
   • Typická hodnota: Není uvedena (Typ.)
   • Maximální hodnota: Není uvedena (Max.)
   • Jednotka: mA (miliampér)

 

Collector-Emitter Sustaining Voltage

Collector-Emitter Sustaining Voltage (V CEO(sus)) je parametr, který udává maximální kolektor-emitorové napětí, při kterém tranzistor může zůstat ve stavu zesílení (saturace) při určitém kolektorovém proudu (I_C). Tento parametr je důležitý pro zajištění správného a stabilního provozu tranzistoru v určitých pracovních podmínkách.

Podrobnější vysvětlení:

• Symbol: V CEO(sus)
• Popis parametru: Kolektor-emitorové napětí, při kterém tranzistor udrží zesílení (saturaci) při daném kolektorovém proudu.
• Testovací podmínky: Kolektorový proud (I_C) je 30 mA.
• Minimální hodnota: Není uvedena (Min.)
• Typická hodnota: Není uvedena (Typ.)
• Maximální hodnota: 100 V
• Jednotka: V (volt)

Tento parametr je klíčový pro návrh a správnou volbu tranzistoru v elektronických obvodech, kde je důležité zajistit, aby tranzistor udržel požadované kolektorové napětí při daném proudu bez výrazného poklesu výkonu nebo spolehlivosti.

Vlastně bych ještě mohl přidat dvě informace v prvním sloupci tabulky jsou další elektrické charakteristiky tranzistoru.

Collector-Emitter Saturation Voltage a Base-Emitter Voltage

1. V_CE(sat) (Collector-Emitter Saturation Voltage):

   • Symbol: V_CE(sat)
   • Popis parametru: Napětí mezi kolektorem a emitorem v saturaci tranzistoru.
   • Testovací podmínky: Kolektorový proud (I_C) je 1 A, bázový proud (I_B) je 0.2 A.
   • Hodnoty:
     • Minimální hodnota: Není uvedena (Min.)
     • Typická hodnota: 0.7 V
     • Maximální hodnota: Není uvedena (Max.)
   • Jednotka: V (volt)

2. *V_BE (Base-Emitter Voltage)**:

   • Symbol: V_BE*
   • Popis parametru: Napětí mezi bází a emitorem tranzistoru.
   • Testovací podmínky: Kolektorový proud (I_C) je 1 A, kolektor-emitorové napětí (V_CE) je 4 V.
   • Hodnoty:
     • Minimální hodnota: Není uvedena (Min.)
     • Typická hodnota: 1.3 V
     • Maximální hodnota: Není uvedena (Max.)
   • Jednotka: V (volt)

Tyto hodnoty jsou klíčové pro charakterizaci dynamického chování tranzistoru při přechodu mezi aktivním a saturovaným stavem. Například V_CE(sat) udává napětí mezi kolektorem a emitorem, když je tranzistor plně vodivý, což je důležité pro minimalizaci ztrátového napětí a efektivní řízení výkonových tranzistorů v elektronických obvodech.

Saturace

Saturace tranzistoru je stav, ve kterém je tranzistor plně otevřený a funguje jako vodič mezi kolektorem a emitorem (u NPN tranzistoru) nebo mezi emitor-emitor (u PNP tranzistoru). V saturaci má tranzistor minimální kolektorové-emitorové napětí (V_CE(sat)) a maximální kolektorový proud (I_C), který může bez problémů vést.

Jak saturace tranzistoru funguje:

• NPN tranzistor:
  • V saturaci je báze-emitorový přechod silně polarizován ve směru, který umožňuje volný průchod elektronů z emitoru do kolektoru.
  • Proudový tok prochází z emitoru přes bázi do kolektoru.
  • V_CE(sat) je velmi nízké (např. kolem 0.2 - 0.3 V pro obvod s běžným NPN tranzistorem).
• PNP tranzistor:
  • V saturaci je báze-emitorový přechod také silně polarizován ve směru, který umožňuje volný průchod děr z kolektoru do emitoru.
  • Proudový tok prochází z kolektoru přes bázi do emitoru.
  • V_CE(sat) u PNP tranzistoru je také nízké (obvykle v podobných rozmezích jako u NPN tranzistoru).

Saturace znamená, že tranzistor dosáhl maximálního možného průchodu proudu mezi kolektorem a emitor-emitor, což je definováno výkonovými vlastnostmi tranzistoru a externími řídícími obvody (například bázový proud u bipolárních tranzistorů).

Kudy proud protéká v saturaci:

• U NPN tranzistoru: Proud protéká z emitoru přes bázi do kolektoru.
• U PNP tranzistoru: Proud protéká z kolektoru přes bázi do emitoru.

Saturace je významná při návrhu výkonových obvodů, kde je důležité minimalizovat ztráty na tranzistoru a dosáhnout maximální efektivity výkonového přenosu.

Napětí a odpor na přechodech když je tranzistor (NPN, PNP) uzavřen nebo vypnutý

Na přechodech, kdy je tranzistor vypnutý (tedy je ve stavu, kdy mezi jeho elektrodami neprochází žádný signifikantní proud), obvykle platí následující:

1. Báze-emitorový přechod (V_BE):

   • Pokud je tranzistor vypnutý (tedy bázový proud je nulový), napětí na báze-emitorovém přechodu (V_BE) by mělo být nízké, obvykle v řádu stovek mV (milivoltů), typicky kolem 0.7 V u křemíkových NPN tranzistorů a 0.3 V u křemíkových PNP tranzistorů při pokojové teplotě.

2. Kolektor-emitorový přechod (V_CE):

   • Kolektor-emitorové napětí (V_CE) by mělo být také nízké, ideálně blízké nule (0 V), což indikuje, že mezi kolektorem a emitorem neexistuje významné napětí.

3. Odpor na kolektoru a emitoru:

   • Pokud je tranzistor vypnutý, odpor mezi kolektorem a emitoru (R_CE) by měl být velmi vysoký (ideálně nekonečný, což znamená, že je tam žádný průchod proudu) pro NPN tranzistory a nízké pro PNP tranzistory.

Obvykle se tyto hodnoty nastavují tak, aby se minimalizovaly ztráty energie a zlepšila účinnost obvodu při vypnutí tranzistoru.

Přechod mezi bází a emitorem (odpor)

Když je tranzistor vypnutý a není tam žádný průchod proudu, odpor mezi bází a emitorem (R_BE) a mezi bází a kolektorem (R_BC) by měl být velmi vysoký, ideálně nekonečný. To znamená, že v ideálním případě by v těchto směrech neměl být žádný elektrický průchod.

Realisticky ale bude mít báze-emitorový a báze-kolektorový přechod vždy určitý reziduální odpor, protože se jedná o polovodičové přechody, které nikdy nejsou úplně uzavřené. Typické hodnoty rezistancí vypnutého tranzistoru jsou velmi vysoké, řádově miliardy ohmů (GΩ) a vyšší. Tato hodnota závisí na konkrétním typu tranzistoru, materiálu použitém pro výrobu a teplotě.

Pro přesnou charakterizaci v reálných aplikacích se často používají hodnoty rezistancí v řádu GΩ až TΩ (teraoHm), což jsou hodnoty, které odpovídají velmi nízkému únikovému proudu při vypnutém stavu tranzistoru.

Měření pomocí diodového testu

Při použití multimetru v režimu diodového testu můžete tranzistor testovat takto:

1. Báze-emitor (B-E):

   • Měření mezi bází (B) a emitoru (E) by mělo ukázat přepětí báze-emitoru, obvykle kolem 0.6 - 0.7 V pro křemíkové tranzistory ve směru vodiče. Toto měření vám ukáže, zda je báze-emitorový přechod funguje správně.

2. Báze-kolektor (B-C):

   • Měření mezi bází (B) a kolektorem (C) by mělo být izolační (velmi vysoký odpor nebo "1" na displeji multimetru), což naznačuje, že v závěrném směru je mezi bází a kolektorem tranzistoru izolace.

3. Emitor-kolektor (E-C):

   • Měření mezi emitoru (E) a kolektorem (C) by mělo být také izolační (velmi vysoký odpor nebo "1" na displeji multimetru), což ukazuje na izolaci mezi emitorovým a kolektorovým obvodem tranzistoru.

Toto měření vám umožní prověřit základní funkčnost tranzistoru a detekovat případné problémy, jako jsou zkraty nebo vnitřní propojení, které by neměly být přítomné v normálně fungujícím tranzistoru.