Cotations et packages de transistors (BJT)

Comme tous les composants électriques et électroniques, les transistors sont limités en termes de tension et de courant que chacun peut supporter sans subir de dommages. Étant donné que les transistors sont plus complexes que certains des autres composants que vous avez l'habitude de voir à ce stade, ils ont tendance à avoir plus de types de notes. Ce qui suit est une description détaillée de certaines valeurs nominales typiques des transistors.

Dissipation de puissance

Lorsqu'un transistor conduit le courant entre le collecteur et l'émetteur, il fait également chuter la tension entre ces deux points. A un instant donné, la puissance dissipée par un transistor est égale au produit du courant collecteur et de la tension collecteur-émetteur. Tout comme les résistances, les transistors sont évalués en fonction du nombre de watts que chacun peut dissiper en toute sécurité sans subir de dommages.

Les températures élevées sont l'ennemi mortel de tous les dispositifs à semi-conducteurs, et les transistors bipolaires ont tendance à être plus sensibles aux dommages thermiques que la plupart. Les puissances nominales se réfèrent toujours à la température de l'air ambiant (environnant). Lorsque les transistors doivent être utilisés dans des environnements plus chauds>25 ^o , leurs puissances nominales doivent être déclassées pour éviter une durée de vie raccourcie.

Tension inverse

Comme pour les diodes, les transistors bipolaires sont évalués pour la tension de polarisation inverse maximale admissible à travers leurs jonctions PN. Cela inclut les tensions nominales pour la jonction émetteur-base V_EB , jonction collecteur-base V_CB , et aussi du collecteur à l'émetteur V_CE .

V_EB , la tension inverse maximale de l'émetteur à la base est d'environ 7 V pour certains transistors à petit signal. Certains concepteurs de circuits utilisent des BJT discrets comme des diodes Zener 7 V avec une résistance de limitation de courant en série. Les entrées de transistor aux circuits intégrés analogiques ont également un V_EB cote qui, si elle est dépassée, causera des dommages, aucune zenification des entrées n'est autorisée.

La valeur nominale de la tension collecteur-émetteur maximale V_CE peut être considérée comme la tension maximale qu'il peut supporter en mode de coupure (pas de courant de base). Cette cote est particulièrement importante lors de l'utilisation d'un transistor bipolaire comme interrupteur. Une valeur typique pour un petit transistor de signal est de 60 à 80 V. Dans les transistors de puissance, cela peut aller jusqu'à 1000 V, par exemple, un transistor à déviation horizontale dans un écran à tube cathodique.

Courant collecteur

La valeur maximale du courant de collecteur IC sera donnée par le constructeur en ampères. Les valeurs typiques pour les transistors à petit signal sont de 10 s à 100 s de mA, 10 s de A pour les transistors de puissance. Comprenez que ce chiffre maximum suppose un état saturé (chute de tension collecteur-émetteur minimum). Si le transistor n'est pas saturée et dont la tension chute substantiellement entre le collecteur et l'émetteur, la puissance nominale maximale de dissipation sera probablement dépassée avant le courant nominal maximal du collecteur. Juste quelque chose à garder à l'esprit lors de la conception d'un circuit à transistor

Tension de saturation

Idéalement, un transistor saturé agit comme un contact de commutation fermé entre le collecteur et l'émetteur, faisant chuter la tension nulle à plein courant de collecteur. En réalité, ce n'est jamais vrai. Les fabricants spécifieront la chute de tension maximale d'un transistor à saturation, à la fois entre le collecteur et l'émetteur et également entre la base et l'émetteur (chute de tension directe de cette jonction PN). On s'attend généralement à ce que la chute de tension collecteur-émetteur à saturation soit de 0,3 volt ou moins, mais ce chiffre dépend bien sûr du type spécifique de transistor. Transistors basse tension, faible V_CE , montrent des tensions de saturation plus faibles. La tension de saturation est également plus faible pour un courant d'entraînement de base plus élevé.

Chute de tension directe base-émetteur, V_BE , est similaire à celui d'une diode équivalente, ≅0,7 V, ce qui ne devrait pas surprendre.

Bêta

Le rapport du courant de collecteur au courant de base, β est le paramètre fondamental caractérisant la capacité d'amplification d'un transistor bipolaire . β est généralement supposé être un chiffre constant dans les calculs de circuits, mais malheureusement, cela est loin d'être vrai dans la pratique. En tant que tel, les fabricants fournissent un ensemble de (ou « h_fe ”) chiffres pour un transistor donné sur une large gamme de conditions de fonctionnement, généralement sous la forme de valeurs nominales maximum/minimum/typique. Cela peut vous surprendre de voir à quel point on peut s'attendre à ce que β varie dans les limites de fonctionnement normales. Un transistor à petit signal populaire, le 2N3903, est présenté comme ayant un allant de 15 à 150 selon la quantité de courant de collecteur. Généralement, est le plus élevé pour les courants de collecteur moyens, décroissant pour les courants de collecteur très faibles et très élevés. h_fe est un petit gain de signal alternatif ; Le gain de signal AC ou le gain DC élevé de hFE.

Alpha

Le rapport du courant du collecteur au courant de l'émetteur, =I_C /I_E . α peut être dérivé de β, étant α=β/(β+1). Les transistors bipolaires sont disponibles dans une grande variété de boîtiers physiques. Le type de boîtier dépend principalement de la dissipation de puissance requise du transistor, tout comme les résistances :plus la dissipation de puissance maximale est élevée, plus l'appareil doit être gros pour rester froid. La figure ci-dessous montre plusieurs types de boîtiers standardisés pour les dispositifs à semi-conducteurs à trois bornes, dont chacun peut être utilisé pour abriter un transistor bipolaire. Il existe de nombreux autres dispositifs à semi-conducteurs autres que les transistors bipolaires qui ont trois points de connexion. Notez que les brochages des transistors en plastique peuvent varier au sein d'un même type de boîtier, par ex. TO-92 dans la figure ci-dessous. C'est impossible pour identifier positivement un dispositif semi-conducteur à trois bornes sans référencer le numéro de pièce imprimé dessus, ni le soumettre à un ensemble de tests électriques.

Paquets de transistors, dimensions en mm.

Les petits boîtiers de transistors en plastique comme le TO-92 peuvent dissiper quelques centaines de milliwatts. Les bidons métalliques, TO-18 et TO-39, peuvent dissiper plus de puissance, plusieurs centaines de milliwatts. Les boîtiers de transistors de puissance en plastique comme les TO-220 et TO-247 dissipent bien plus de 100 watts, se rapprochant de la dissipation du TO-3 tout en métal. Les valeurs de dissipation répertoriées dans la figure ci-dessus sont les valeurs maximales jamais rencontrées par l'auteur pour les appareils à haute puissance. La plupart des transistors de puissance sont évalués à la moitié ou moins de la puissance indiquée. Consultez les fiches techniques des appareils spécifiques pour les valeurs nominales réelles. La puce semi-conductrice des boîtiers en plastique TO-220 et TO-247 est montée sur un lingot métallique conducteur de chaleur qui transfère la chaleur de l'arrière du boîtier à un dissipateur thermique en métal , pas montré. Une fine couche de graisse thermoconductrice est appliquée sur le métal avant de monter le transistor sur le dissipateur thermique. Les bouchons TO-220 et TO-247 et le boîtier TO-3 étant connectés au collecteur, il est parfois nécessaire de les isoler électriquement d'un dissipateur thermique mis à la terre par une rondelle en mica ou en polymère interposée. Les valeurs nominales de la fiche technique des ensembles de puissance ne sont valables que lorsqu'elles sont montées sur un dissipateur thermique. Sans dissipateur thermique, un TO-220 dissipe environ 1 watt en toute sécurité dans l'air libre.

Les valeurs nominales de dissipation de puissance maximale de la fiche technique sont difficiles à atteindre dans la pratique. La dissipation de puissance maximale est basée sur un dissipateur thermique maintenant le boîtier du transistor à pas plus de 25°C. C'est difficile avec un radiateur refroidi par air. La dissipation de puissance admissible diminue avec l'augmentation de la température. C'est ce qu'on appelle le déclassement. De nombreuses fiches techniques des appareils électriques incluent un graphique de dissipation par rapport à la température du boîtier.

AVIS :

• Dissipation de puissance  :dissipation de puissance maximale admissible sur une base soutenue.
• Tension inverse :VCE maximum autorisé, V_CB , V_EB .
• Collection actuelle :le courant de collecteur maximum autorisé.
• Tension de saturation est le V_CE chute de tension dans un transistor saturé (entièrement conducteur).
• Bêta :β=I_C /I_B
• Alpha :α=I_C /I_E , =/(β+1)
• Transistor Packages sont un facteur majeur de dissipation de puissance. Les paquets plus gros dissipent plus de puissance.

FICHES DE TRAVAIL ASSOCIÉES

• Fiche de travail sur la théorie des transistors à jonction bipolaire (BJT)