Tranzistorul de Putere BJT

4
Tranzistorul de putere BJT Fig. 2.14: Simbolul (a) şi structura semiconductoare (b) a BJT tip npn. Fig. 2.15: Structuri monolitice de tip Darlington Caracteristicile statice ale BJT În Fig.2.16a sunt prezentate caracteristicile statice curent (i C )tensiune (u CE ) aferente unui BJT pentru diferite valori ale parametrului de comandă I B .

description

Tranzistorul de Putere BJT

Transcript of Tranzistorul de Putere BJT

  • Tranzistorul de putere BJT

    Fig. 2.14: Simbolul (a) i structura semiconductoare (b) a BJT tip npn.

    Fig. 2.15: Structuri monolitice de tip Darlington

    Caracteristicile statice ale BJT

    n Fig.2.16a sunt prezentate caracteristicile statice curent (iC)tensiune (uCE) aferente unui BJT

    pentru diferite valori ale parametrului de comand IB.

  • Fig. 2.16: Caracteristicile statice ale tranzistorului de putere BJT.

    Dac tranzistorul are circuitul baz-emitor deschis, nseamn c este blocat i implicit are IC = 0

    pentru orice tensiune uCE mai mic dect tensiunea de strpungere direct BVCE (Collector-

    Emitter Breakdown Voltage) dat n cataloage pentru urmtoarele situaii posibile:

    - BVCE0 atunci cnd circuitul bazei este deschis; - BVCES atunci cnd jonciunea baz-emitor este scurtcircuitat; - BVCEV atunci cnd jonciunea baz-emitor este polarizat invers. Cnd tranzitorul este comandat n baz cu un curent oarecare 0 < IB1 < IB2 < < IB3 < .........< IB(n-1) <

    IB(n), acesta se deschide i punctul de funcionare se aeaz pe caracteristica static, fie n zona

    activ (punctul 2-punctul de deschidere), fie n zona de saturaie (punctul 1). Dac circuitul

    exterior tranzistorului permite o valoare suficient de mare a curentului IC , punctul de

    funcionare se plaseaz n zona activ a caracteristicii (ntre punctele 1 i 2 pe dreapta de

    sarcin), unde rezistena intern a dispozitivului (definit n rel. 2.25) este mai mare.

    C

    CE

    iI

    UR

    . (2.25)

  • Mulimea de puncte cuprins ntre punctele 1 i 2 formeaz dreapta de sarcin i caracterizeaz

    funcionarea tranzistorului n zona activ. n regim de comutaie timpul de parcurgere al dreptei

    de sarcin trebuie s fie ct mai mic, astfel nct durata regimului tranzitoriu i implicit

    pierderile acestuia s fie ct mai reduse.

    n zona de saturaie, obinut prin creterea curentului IB i conform rel. (2.23), va apare un

    curent mare IC =IB chiar la o tensiune mic UCE. Dac circuitul exterior tranzistorului limiteaz

    curentul de colector la o valoare IC < ICM i tranzistorul se comand cu un curent IB ce respect

    condiia (2.24), punctul de funcionare se aeaz n zona de saturaie a caracteristicii unde

    rezistena intern Ri de conducie devine foarte mic. n acest fel, valoarea curentului de

    colector nu mai este controlat de tranzistor i este impus exclusiv de sarcin. Totodat,

    cderea de tensiune pe tranzistor devine foarte mic UCE(sat) = (1 2)V i va determina pierderi

    mici n conducie (performan deosebit). n cataloage este dat curentul maxim de colector ce

    poate fi preluat de tranzistorul saturat n regim continuu IC i curentul maxim de colector n

    regim de impuls ICM . n Fig. 2.16a zonele de saturaie ale tuturor caracteristicilor statice s-au

    reprezentat cu aproximaie pe o aceeai dreapt numit dreapta de saturaie. Deoarece n cazul

    unei comenzi corecte punctul de funcionare se afl tot timpul pe aceast dreapt (unde

    cderea de tensiune pe tranzistor este neglijabil), n Fig. 2.16b dreapta de saturaie devine

    caracteristica ideal de conducie. Astfel cele dou caracteristici din Fig. 2.16b sugereaz c

    tranzistorul BJT are comportamentul apropiat de cel al unui comutator ideal.

    Tranzistorul BJT poate fi afectat dac tensiunea la bornele acestuia depete o valoare maxim

    admisibil (strpungere n tensiune) sau dac temperatura semiconductorului atinge o valoare

    care i poate topi structura cristalin (distrugere termic). Strpungerea n tensiune apare cnd

    tranzistorul este blocat i tensiunea pe colector crete peste valoarea maxim care poate fi

    suportat de jonciunea C-B atunci cnd circuitul emitorului este deschis (BVCB0). Aceasta este

    cu puin mai mare dect BVCE0 (BVCB0 > BVCE0) putnd fi luat n consideraie doar pe durata

    blocrii, atunci cnd circuitul de baz sete ntrerupt (IB = 0).

    Din acest motiv, n practic se lucreaz cu valoarea BVCE0 care limiteaz caracteristica de blocare

    direct din Fig.2.16. fenomenul de strpungere n tensiune, numit i strpungere primar a

    tranzistorului (Primary Breakdown), apare i atunci cnd tranzistorul este n conducie pe

    caracteristica activ, iar tensiunea depete valoarea de susinere BVSUS (Sustained Breakdown

    Voltage). Valorile BVSUS sunt uor inferioare valorii BVCE0. Pentru simplitate, n Fig.2.16a, toate

    punctele care marcheaz grania de la care poate apare fenomenul de strpungere au fost

    plasate pe o singur dreapt. Distrugerea prin ambalare termic, numit i strpungere

    secundar a BJT-ului (Secondary Breakdown), se produce atunci cnd pierderile de putere n

    semiconductor sunt mari i cldura rezultat nu mai poate fi evacuat cu succes din structur.

  • Acest fenomen odat declanat se desfoar n avalan, densitatea de curent crete, iar dac

    temperatura din jonciune crete peste valoarea maxim de catalog (Tj(max)) pastila

    semiconductoare este depreciat iremediabil (vezi i Fig.2.16a,b). Suprafaa delimitat de

    caracteristica de blocare, caracteristica de conducie, frontiera dat de tensiunile de

    strpungere i frontiera de la care s apar distrugerea termicformeaz aa numita arie de

    funcionare sigur SOA (Safe Operating Area) sau ari de funcionare permis.

    Aceast noiune este foarte important la proiectare, cnd tranzistorul este ales n funcie de

    tensiunea, curentul i frecvena de lucru (vezi i Fig.2.16, SOA - aria haurat). Deoarece n

    electronica de putere tranzistoarele funcioneaz n dou stri stabile, pe cele dou

    caracteristici de conducie i de blocare, punctul de funcionare parcurge primul cadran format

    de cele dou axe din Fig.2.16b doar pe durata regimurilor tranzitoriide deschidere (ON) i de

    blocare (OFF).

    Atunci cnd s-au luat msuri de reducere a timpilor de comutaie n timpul comutaiei

    tranzistorului, aria de funcionare sigur SOA sufer o extensie n sensul artat de sgeata din

    figura 2.16b odat cu creterea frecvenei de lucru. Rezult c pe durata comutaiilor rapide

    punctul de funcionare poate urma traseul cuprins ntr-o arie SOA mai larg cu tensiuni i

    cureni mai mari.