Пошук аналогів транзисторів. Як може бути польовий транзистор. Ступінь критичності параметрів у різних застосуваннях

У цій статті я хочу описати, на які критерії слід звертати увагу при доборі заміни транзисторам. Сподіваюся, стаття буде корисною для радіоаматорів-початківців. Постараюсь інформацію викласти дуже коротко, але достатньо для правильного підбору транзистораза відсутності аналогічного.

Біполярні транзистори.

Пропоную оцінку та підбір аналогу для заміни транзисторапочинати з аналізу схеми частота, напруга, струм. Почнемо підбір швидкодії транзистора, тобто робочої частоті транзистора. У цьому гранична fгр. МГц (ця та на якій його коефіцієнт посилення дорівнює одиниці) частота транзистора повинна бути більшою за реальну частоту на якій працює пристрій, бажано, у багато разів. Після підбору за частотою, проводимо вибір за допустимою потужністю, тобто струм колектора транзистора повинен перевищувати максимальний струму первинному ланцюзі. Далі підбираємо транзистор за допустимою напругою емітер-колектор, яка також повинна перевищувати максимальну напругу, що прикладається до транзистора в будь-який момент часу. Коефіцієнт посилення: відомо, що струм колектора у біполярного транзисторазі струмом бази пов'язаний через параметр h21. Простіше кажучи, струм колектора більший за струм бази в h21. З цього можна дійти невтішного висновку, що краще застосовувати транзистори значення цього параметра які мають якнайбільше. Це дозволить підвищити ККД за рахунок зниження витрат на керування транзисторами, та й потім, транзистор з великим значенням цього параметра простіше ввести режим насичення. Далі щоб менше потужності втратити на транзисторі (при цьому він буде менше грітися), потрібно щоб його напруга насичення (напруга колектор-емітер у відкритому стані) була якнайменша, адже потужність, що виділяється на транзисторі, дорівнює добутку струму, що протікає через нього, і падіння напруги на ньому і ще, максимальна потужність розсіювання колектора (наводиться в довіднику) повинна бути не меншою, ніж реально виділяється, інакше транзистор не впорається (миттєво вийде з ладу). У статті "Транзистори для імпульсних блоків живлення телевізорів". Заміна» я вже описував прийоми заміни транзисторів .

Польові транзистори.

Переваг перед біполярними вони мають багато, а найголовніше, ціна нижча. Найбільш важливі переваги польових транзисторів, мій погляд такі:

1. Він керується не струмом, а напругою ( електричним полем), це значно спрощує схему і знижує витрачається управління потужність.
2. У польових транзисторах немає неосновних носіїв, тому вони можуть перемикатися з більш високою швидкістю.
3. Підвищена теплостійкість. Зростання температури польового транзистора при подачі на нього напруги призведе, відповідно до закону Ома, збільшення опору відкритого транзистора і, відповідно, до зменшення струму.

Термостійкість польового транзистора допомагає розробнику при паралельному з'єднанні приладів збільшення навантажувальної здатності. Можна включати паралельно досить велику кількість полевиків без вирівнюючих резисторів у силових ланцюгах і при цьому не побоюватися розсиметрування струмів, що є дуже небезпечним для біполярних транзисторів. Однак паралельне з'єднанняпольових транзисторів також має свої особливості.

Що стосується підбору транзисторів для заміни, то порядок приблизно той самий, т е швидкодія потім потужність. Напруга виток-стік також вибирається з тих же міркувань, що і для біполярних, максимальний струм стоку також вибирається із запасом, тут це вибрати набагато простіше, т. біполярні - біполярні транзистори зі струмом колектора більше 20 А, це вже рідкість. Польові транзистори не мають напруження насичення, у них є аналогічний параметр - опір відкритого каналу, у транзистори з допустимою напругою до 150 В воно становить десятки міліом, у більш високовольтних - оми. Чим менше значення цього опору, тим ближчі параметри транзистора до ідеальних і тим менші втрати. Потужність втрат (розсіювання) у відкритому стані визначається як квадрат струму, помножений на опір відкритого каналу. Природно, що менше це значення, то менше транзистор грітися. Аналог параметра h21 у польового транзистора – це крутість характеристики. Цей параметр пов'язує між собою струм стоку та напруга на затворі, іншими словами струм стоку визначається як добуток напруги на затворі та крутості характеристики транзистора. Як правило, ключові транзистори мають велику крутість характеристики. Ще цей вид транзисторів має так звану поргову напругу на затворі — це мінімальне значення керуючої напруги достатнє для введення транзистора в абсолютно відкритий режим (насичення). При підборі необхідно враховувати, щоб мінімальна напруга на затворі не була нижчою від порогового, інакше вся потужність виділятиметься на транзисторі а не на навантаженні, оскільки він не повністю відкритий. Такий режим роботи, як правило, транзистори не витримують після вмикання вигоряють з невеликою (або великою) затримкою. Параметр потужності розсіювання колектора для біполярного транзистора має аналогічний для польового - потужність розсіювання стоку. Параметри є абсолютно ідентичними.

Активніше користуйтесь довідниками та інтернетом, інформації щодо параметрів транзисторів зараз достатньо.

Відразу обмовимося, що мова піде про підбір аналогів N-канальних, "logic-level", польових транзисторів, які можна зустріти у ланцюгах живленняна материнських платах та відеокартах. Logic-level, у разі, означає, йдеться про прилади які управляються, тобто. здатні повністю відкривати перехід Drain to Source, при додатку із затвором відносно невеликого, до 5 вольт, напруги.

Як може виглядати польовий транзистор

Рис.1Корпус типу D²PAK, також відомий як TO-263-3. Зустрічається переважно на літніх платах, на сучасних використовується рідко.

Рис.2 Корпус типу DPAK, також відомий як TO-252-3. Найчастіше використовується, є зменшеним D²PAK. Зверніть увагу, що макет є дзеркальним відображенням, щоб підтримувати тонер або сторону чорнила безпосередньо у контакті з фотолаком. Інакше погіршується гострота макета. Він був одним з перших двометрових трансіверів, у яких був передавач, що перебудовується, і, таким чином, раніше звичайні виклики на кварцовій частоті більше не потрібні. У цьому пристрої приймач був повністю транзисторизований. Ось блок-схема цього трансівера.

Рис.3 Корпус типу SO-8. Зустрічається на материнських платах та відеокартах, частіше на останніх. Всередині може ховатися один або два польові транзистори.

Рис.4 SuperSO-8, воно ж – TDSON-8. Відрізняється від SO-8 тим, що виведення 4 з'єднані з підкладкою транзистора, що полегшує температурний режим. Характерний продуктів фірми Infineon. Легко замінюється на аналог у корпусі SO-8 Цей пристрій є повністю транзисторним. Трансівер виробляв вихідну потужність 40 Вт. Він був як великі брати всією 2-метровою групою. Він може працювати як на автомобільній батареї, так і в переносному режимі з 9 дитячими осередками. Його можна було використовувати тільки з напругою 12 і складати 14 Вт. На жаль, немає зображень цих двох трансіверів. Перше комерційне обладнання з Японії Пристрій повністю транзисторизований і був побудований тільки в невеликій кількості блоків. Один долар відповідав чотири-п'ять німецьких марок. З цієї причини використовувалися деякі зі старого обладнання вермахту чи обладнання американської армії, які на той час не повністю відповідали вимогам радіоведучих.

Рис.5 IPAK. Інша назва – TO-251-3. По суті – повний аналог DPAK, але з повноцінною другою ногою. Такий тип транзисторів дуже любить використовувати фірма Інтел на низці своїх плат

Рис.Перший варіант, один N-канальний транзистор. Для стаціонарної роботи також було відповідне повністю транзисторне джерело живлення в корпусі з подвійною висотою. Оскільки Ед був ентузіастом радіоаматора, він був близький до того, щоб працювати у цьому середовищі. Джонсон відчайдушно чіпляється за виробництво у Сполучених Штатах. Таке обладнання також можна використовувати для приватного скринінгу останніх фотографій канікул. Наприкінці важкого робочого дня багато проекторів мігрують у місцеву вітальню або створюються з цією метою від самого початку - і перетворюють її на більш менш досконалий домашній кінотеатр.

Рис. Другий, два N-канальні транзистори.

Рис.C Третій, N-канальний плюс P-канальний транзистори в одному флаконі.

Рис.D Корпус типу LFPAK чи SOT669. Частковий випадок корпусу SO-8 з одним N-канальним транзистором, де ніжки з 5" по 8" замінені на тепловідвідний фланець. На даний момент помічено лише на відеокартах. Якість проекції плівки залежить не лише від проектора. Крім того, якість плівки та джерело сигналу визначає кіногенез. Самостійна конструкція бренду полотна вимагає мало часу та невеликої майстерності, захищає грошовий мішок та адаптується до індивідуальних умов у просторі. Крім того, ви можете використовувати «підсилюючий» екран, щоб отримати більше яскравості від прогнозованих уявлень. Проектор не може забезпечити звукову систему кіногера. Гучномовці, встановлені в пристроях, іноді занадто тихі і зазвичай просто погані. Він гримить, падає та спотворюється. Добре розроблена 1-звукова система може допомогти вам. Тим більше, що використання дрібних дзеркальних чіпів як зображення, проектори скоротилися до дійсно портативних розмірів.

Як правило, на місце приладу в корпусі D²PAK без проблем ставитися аналогічний але в корпусі DPAK.

При певній вправності можна на посадкове місце під DPAK "розскоряти" D²PAK, хоча виглядати буде не естетично.

LFPAK звичайно без проблем змінюється на SO-8 з одним N-канальним транзистором, і навпаки.

В інших випадках необхідно підбирати прилад повністю аналогічному корпусі.

Де може використовуватись польовий транзистор

Вище ми домовилися, що розглядаємо тільки підсистему живлення, тому варіантів небагато:

• Імпульсний перетворювач напруги.
• Лінійний стабілізатор напруги.
• Ключ у ланцюгах комутації напруги.

Система маркування польових транзисторів

Однак будь-які артефакти в зображеннях, що рухаються, не пов'язані з занадто низькою швидкістю перемикання проекторів. Однак більшість проекторів працюють усередині з фіксованою частотою оновлення, навіть якщо вони можуть синхронізуватися з різними частотами під час введення даних. Чим далі частота оновлення зображення на відеокарті та внутрішня частота проектора відокремлені, тим частіше в режимі відео з швидкою контрастністю змінюються порушення зображення.

Тому лампу потрібно постійно охолоджувати одним або двома вентиляторами під витяжкою проектора. На жаль, необхідне обертання вентилятора не лише забезпечує «свіже повітря», а й масу шуму. Тому тим більше дивно, що виробники, окрім усієї реальності, обіцяють «надпотужну» звукоізоляцію, що хвилює.

Розглянемо її на прикладі. Нехай, ми маємо 20N03. Це означає, що він розрахований на напругу (Vds) ~30V та струм (Id) ~20A. Літера N означає, що це N-канальний транзистор. Але з будь-якого правила є винятки, наприклад, фірма Infineon вказує в маркуванні польовика Rds, а не максимальний струм.

IPP 15 N 03 Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO220
IPB 15 N 03 L - Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO263(D²PAK)
SPI 80 N 03 S2L-05 - Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=5.2mΩ Id=80A TO262
NTD 40 N 03 R - On Semi Power MOSFET 45 Amps, 25 Volts Rds=12.6mΩ
STD 10 PF 06 - ST STripFET™ II Power P-channel MOSFET 60V 0.18Ω 10A IPAK/DPAK

Отже, у разі маркування XXYZZ ми можемо стверджувати, що XX – або Rds, або Id Y – тип каналу ZZ – Vds

Основні характеристики N-канального польового транзистора

Загалом різних параметрів важливих і не дуже у польових транзисторів багато. Ми підійдемо до питання прикладної точки зору і обмежимося розглядом необхідних нам практично параметрів.

• Vds - Drain to Source Voltage - максимальна напруга сток-витік.
• Vgs - Gate to Source Voltage - максимальна напруга затвора.
• Id – Drain Current – ​​максимальний струм стоку.
• Vgs(th) - Gate to Source Threshold Voltage - гранична напруга затвор-витік при якому починає відкриватися перехід стік-виток.
• Rds(on) – Drain to Source On Resistance – опір переходу сток-витік у відкритому стані.
• Q(tot) – Total Gate Charge – повний заряд затвора.

Хочу звернути увагу, що параметр Rds(on) може вказуватися при різних напругах затвор-витік, як правило це 10 і 4.5 вольта, це важлива особливість, яку потрібно обов'язково враховувати.

Ступінь критичності параметрів у різних застосуваннях

• Vds, Vgs - параметри, що завжди враховуються, т.к. якщо їх перевищити транзистор виходить з ладу. Повинен бути більше або дорівнюєаналогічним параметром приладу, що замінюється. У разі роботи в імпульсному перетворювачі не варто використовувати прилади із запасом по робочій напрузі більш ніж у 2-2.5 рази, т.к. прилади з великою робочою напругою, як правило, мають найгірші швидкісні характеристики.

• Id - параметр важливий лише імпульсному перетворювачі, т.к. в інших випадках струм дуже рідко перевищує 10% від номінального навіть не надто потужних приладів. Повинен бути більше або дорівнюєаналогічним параметром замінного приладу у випадку з імпульсним перетворювачем, і бути не менше 10 ампер в інших випадках.

• Vgs(th) - має, деяке, значення під час роботи у лінійному стабілізаторі, т.к. тільки там транзистор працює в активному, а не ключовому режимі. Хоча практично logic-level польових транзисторів, які можуть не підійти за цим параметром, не випускається. Даний параметр критичний для лінійних стабілізаторів, де як керуючий елемент використовується TL431 з живленням від +5В (наприклад, така схема часто використовується в лінійних стабілізаторах напруги на відеокартах)

• Rds(on) - від цього параметра прямо-пропорційно залежить нагрівання транзистора, що працює в ключовому режимі, при проходженні струму через відкритий канал. В даному випадку чим менше тим краще. УВАГАне слід забувати що захист від струмового перевантаження і КЗ ШИМ серій HIP63** і деяких інших виповзує Rds(on) нижнього ключів (те що з дроселя на землю) як датчик струму-зачитальна його зміна змінить струм захисту і або захист по струму- буде працювати раніше ніж треба просадки живлення на піках навантаження або струм КЗ настільки великий що уб'є ключі раніше ніж мама відключить БП зняттям PW-ON тому строго кажучи треба ще й Risen у шимки поміняти (але це ніхто зазвичай не робить!)

• Q(tot) - впливає на час перезаряду затвора, і відповідно здатне затягувати відкриття та закриття транзистора. Знову ж чим менше тим краще.

Документ від Fairchild Selection of MOSFETs in Switch Mode DC-DC Converters - рекомендації щодо підбору (а значить і заміни) MOSFETs.

• 284496 переглядів