Solicitari maxime ín curent si ín tensiune - tranzistor bipolar

Solicitari maxime ín curent si ín tensiune - tranzistor bipolar

Pentru evitarea deteriorarii tranzistorului bipolar prin íncalzire excesiva si pentru asigurarea unei functionari a acestui dispozitiv la parametrii garantati de producator, se impune sa nu se depaseasca valorile limita absoluta (VLA) precizate ín catalog, oricare ar fi regimul de lucru al tranzistorului bipolar. La stabilirea limitelor marimilor electrice ale unui tranzistor bipolar, se tine seama de efectul tensiunilor inverse mari aplicate jonctiunilor, de dependenta parametrului de conditiile de functionare, de efectul temperaturii asupra valorilor parametrilor statici si, respectiv, asupra caracteristicilor statice ale tranzistorului bipolar, de restrictiile mecanice si termice ale dispozitivului íncapsulat. Pentru tranzistoarele bipolare de uz general si de mica putere, producatorul specifica principalele valori limita absoluta termice si electrice. Functionarea tranzistorului bipolar la temperaturi ridicate are ca efect fie distrugerea structurii prin efect termic, fie deteriorarea treptata a caracteristicilor electrice, proces cunoscut sub numele de degradare sau ímbatränire a dispozitivului. Acelasi efect negativ poate sa apara si ín cazul functionarii la temperaturi foarte scazute sau al depozitarii ín conditii termice necorespunzatoare. Puterea maxima care poate fi disipata íntr-un tranzistor bipolar este limitata de temperatura maxima a jonctiunilor, de temperatura mediului ambiant/capsulei si de parametrii termici ai dispozitivului. Ín majoritatea cazurilor, disipatia de putere este mai mare ín jonctiunea baza-colector si, prin urmare, temperatura acestei jonctiuni poate deveni critica. Dintre valorile limita absoluta de natura termica, majoritatea fabricantilor de tranzistoare bipolare specifica (pentru ): puterea disipata maxima admisibila (sau ), temperatura maxima a jonctiunilor (), domeniul temperaturii de stocare ( ). De asemenea, sunt prezentate valorile maxime ale rezistentelor termice jonctiune-mediu ambiant si jonctiune-capsula

Cresterea temperaturii , provocata de o crestere a puterii disipate sau a temperaturii mediului ambiant, determina cresterea curentului de colector, care conduce la cresterea puterii disipate pe tranzistor si aceasta, la rändu-i, conduce la cresterea temperaturii jonctiunilor. Acest fenomen nedorit, ín lant, care poate provoca distrugerea tranzistorului bipolar atunci cänd temperatura depaseste , este denumit ambalare termica. Fenomenul de ambalare termica poate sa apara ín orice dispozitiv, ín care un curent principal are coeficient pozitiv de temperatura. Ambalarea termica va fi evitata, daca se creaza conditii ca viteza de aparitie a puterii disipate sa fie mai mica decät viteza de evacuare a acesteia, adica

(4.1)

Ín conditia (4.1) de stabilitate dinamica, si . Tinänd seama de faptul ca si , relatia (4.1) devine

(4.2)

cu termenul íntotdeauna.

Pentru starea de conductie a tranzistorului bipolar, sunt stabilite valorile limita ale curentilor de colector si de baza:

- curentul continuu maxim de colector, (Maximum Collector Current),

- curentul continuu maxim de baza, (Maximum Base Current).

Ín stare de blocare, la temperaturi normale, curentii care parcurg tranzistorul bipolar sunt foarte mici, dar puternic dependenti de temperatura. Prin cresterea tensiunii aplicate invers, intensitatea cämpului electric la nivelul unei jonctiuni a tranzistorului bipolar poate sa atinga valoarea critica corespunzatoare strapungerii electrice. Atingerea acestei valori provoaca cresterea brusca si abrupta a curentului rezidual, datorita multiplicarii ín avalansa a purtatorilor de sarcina. Tensiunea la care se produce cresterea rapida a unui curent rezidual reprezinta tensiunea de avalansa sau de strapungere a jonctiunii sau a structurii. Avänd ín vedere necesitatea evitarii depasirii valorilor limita absoluta termice ale tranzistorului bipolar, producatorii specifica urmatoarele tensiuni limita absoluta:

- tensiunea de strapungere, prin avalansa, a jonctiunii baza-emitor a tranzistorului bipolar cu colectorul ín gol,

- tensiunea de strapungere, prin avalansa, a jonctiunii baza-colector a tranzistorului bipolar cu emitorul ín gol,

- tensiunea colector-emitor de strapungere, prin avalansa, atunci cänd baza tranzistorului bipolar este ín gol.

Fig. 4.1. Caracteristicile statice de iesire, ín zona strapungerii: a. conexiunea BC; b. conexiunea EC

Jonctiunea baza-emitor a tranzistorului are zona emitorului puternic dopata, ceea ce face posibila aparitia efectului de avalansa la tensiuni inverse destul de mici. Pentru tranzistoarele bipolare din siliciu, de mica putere, este de 5V-8V. Dimpotriva, tensiunea este mult mai mare decät , datorita faptului ca regiunile bazei si colectorului sunt mai slab dopate decät regiunea emitorului. Ín plus, regiunea colectorului este mai larga decät regiunea emitorului. Daca regiunea colectorului cuprinde si un strat foarte slab dopat, plasat ín vecinatatea bazei, strapungerea acestei regiuni se va produce la o tensiune mai mare. Alura caracteristicilor statice de iesire, pentru tensiuni , respectiv , mari, este aceea specifica strapungerii electrice (fig. 4.1). Cu cät curentul de comanda este mai mare, cu atät declansarea strapungerii se produce la o tensiune mai mica decät , respectiv . La tranzistoarele fabricate ín prezent, . Ín general, tranzistoarele bipolare cu

Fig. 4.2. Aria de functionare sigura ín c.c.

Tinänd seama de toate limitarile care sunt impuse unui tranzistor bipolar ín functionare, ín planul caracteristicilor statice de iesire, se stabileste o zona de functionare sigura a dispozitivului. Aceasta zona, denumita aria de functionare ín siguranta (AFS), are suprafata cea mai restränsa, la functionarea tranzistorului ín c.c. Alt acronim utilizat pentru aceasta zona, preluat din literatura de specialitate, este SOA (Safe Operating Area). Pentru regimul de c.c., AFS este delimitata de hiperbola de disipatie maxima admisibila ( , de valoarea maxima a tensiunii de iesire (, pentru conexiunile EC si CC, si , pentru conexiunea BC) si de valoarea maxima a curentului de iesire (, pentru conexiunile EC si BC, si , pentru conexiunea CC). Ín fig. 4.2, este delimitata AFS ín c.c., pentru un tranzistor bipolar ín conexiunea EC. Pentru un regim de functionare ín impulsuri, aria de functionare in siguranta se largeste.