Параметры биполярного транзистора

1. Статические параметры (постоянный ток)

Параметр Обозначение Описание Пример для BC547 Пример для 2N3055
Коэффициент передачи тока базы hFE, β Отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы в активном режиме. Зависит от тока и температуры. 100-400 (тип. 200) 20-70 (тип. 50)
Коэффициент передачи тока эмиттера α Отношение тока коллектора к току эмиттера: α = β/(β+1) 0.99-0.997 0.95-0.986
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер Vce(sat) Падение напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения 0.2 В при Ic=10 мА 0.5-1 В при Ic=3 А
Напряжение насыщения база-эмиттер Vbe(sat) Падение напряжения на переходе Б-Э в режиме насыщения 0.7-0.9 В 1.2-1.5 В
Напряжение отсечки Vbe(on) Напряжение на переходе Б-Э для начала проводимости ~0.6-0.7 В ~0.7 В
Обратный ток коллектора Icbo Ток утечки через переход коллектор-база при разомкнутом эмиттере и обратном смещении перехода. Растет с температурой. < 15 нА (при 25°C) < 1 мА (при 25°C)
Обратный ток эмиттера Iebo Ток утечки через переход эмиттер-база при разомкнутом коллекторе. Обычно очень мал. < 100 нА -

2. Динамические параметры (малосигнальные)

Параметр Обозначение Описание Пример для BC547
Коэффициент передачи тока (динамический) hfe, β Отношение малых приращений тока коллектора к току базы 200-400
Входное сопротивление hie Сопротивление между базой и эмиттером для переменного сигнала 5 кОм при Ic=1 мА
Емкость коллектор-база Ccb, Cc, Cob Барьерная емкость обратносмещенного перехода К-Б 3-5 пФ
Граничная частота fT Частота, на которой коэффициент усиления по току падает до единицы 300 МГц

3. Предельные эксплуатационные параметры

Параметр Обозначение Описание BC547 2N3055
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Vceo Напряжение между К и Э при разомкнутой базе 45 В 60 В
Максимальный ток коллектора Ic(max) Предельно допустимый постоянный ток коллектора 100 мА 15 А
Максимальная рассеиваемая мощность Pc(max), Pd Максимальная мощность, которую может рассеять корпус (при T=25°C). С ростом температуры падает! 500 мВт 115 Вт (с радиатором)
Максимальная температура перехода Tj(max) Абсолютно максимальная температура кристалла +150°C +200°C

4. Температурные параметры

Параметр Обозначение Описание Пример
Температурный коэффициент Vbe ΔVbe/ΔT Изменение напряжения Б-Э при нагреве −2 мВ/°C
Тепловое сопротивление переход-среда Rθja Сопротивление теплопередаче от кристалла в среду 200 °C/Вт (TO-92)
Тепловое сопротивление переход-корпус Rθjc Сопротивление теплопередаче от кристалла к корпусу 83.3 °C/Вт (TO-220)

Взаимосвязь параметров биполярного транзистора

Влияние параметров друг на друга

Влияющий параметр На что влияет Характер и последствия влияния
Коэффициент передачи тока (hFE, β) Напряжение насыщения Vce(sat)
Входное сопротивление hie
Температурная стабильность
Разброс усиления

Низкий β увеличивает Vce(sat), требуется больший ток базы.

Высокий β повышает hie.

Высокий β усиливает температурную зависимость.

Большой технологический разброс β (например, от 100 до 400) усложняет серийное производство схем, требует расчета на наихудший случай или применения ООС.

Ток коллектора (Ic) Входное сопротивление hie
Граничная частота fT

hie уменьшается с ростом Ic.

Зависимость нелинейна. Обычно fT растет с увеличением Ic до определенного оптимума, после которого начинает падать.

Напряжение коллектор-эмиттер (Vce) Выходное сопротивление roe
Емкость Ccb
Рассеиваемая мощность Pc

roe увеличивается с ростом Vce (эффект Эрли).

Ccb уменьшается при увеличении обратного напряжения.

Pc = Ic × Vce, основной фактор нагрева.

Температура перехода (Tj) Напряжение Vbe
Коэффициент β
Обратные токи Icbo

Vbe уменьшается на ~2 мВ/°C (риск теплового разгона).

β увеличивается примерно на 0.5% / °C.

Icbo экспоненциально растет с температурой.

Предельная рабочая температура Дрейф параметров во времени
Изменение пороговых напряжений
Надежность соединений

Длительная работа при повышенной температуре вызывает необратимые изменения характеристик.

Нагрев изменяет ширину запрещенной зоны, влияя на Vbe и токи утечки.

Термоциклирование приводит к усталости материалов и контактов.

Граничная частота (fT) Коэффициент усиления на ВЧ
Время переключения

Определяет максимальную частоту усиления: fmax ≈ fT/√2.

Высокая fT коррелирует с малым временем переключения.

Емкость коллектор-база (Ccb) Частотная характеристика
Время переключения

Является внутренней проходной емкостью. Обеспечивает отрицательную обратную связь с выхода на вход, что снижает усиление на ВЧ и может вызывать самовозбуждение в усилителе.

Большая Ccb увеличивает время рассасывания заряда в базе при выключении (t_off), замедляя транзистор-ключ.

Напряжение насыщения Vce(sat) Рассеиваемая мощность в ключевом режиме
Тепловыделение

Потери во включенном состоянии: P_loss = Ic × Vce(sat).

Высокое Vce(sat) требует большего радиатора.

Тепловое сопротивление (Rθja) Реальная максимальная мощность
Надежность и срок службы

Определяет перегрев: ΔT = Pc × Rθja.

Плохой теплоотвод → высокая Tj → ускоренная деградация и сокращение срока службы транзистора.

Коэффициент шума (NF) Динамический диапазон
Чувствительность входного каскада
Стабильность рабочей точки

Высокий коэффициент шума ограничивает минимальный detectable signal в малошумящих усилителях.

Зависит от тока коллектора и частоты, имеет оптимальное значение при определенном Ic.

В ВЧ-схемах на коэффициент шума влияют паразитные емкости и индуктивности выводов.

Емкость эмиттер-база (Ceb) Импеданс входа на ВЧ
Скорость переключения
Устойчивость усилителя

Вместе с сопротивлением базы образует ФНЧ, ограничивающий полосу пропускания.

В ключевом режиме влияет на время задержки включения (td).

Большая Ceb может привести к самовозбуждению через внутреннюю обратную связь.

Индуктивность выводов ВЧ-характеристики
Импульсные помехи
Стабильность на высоких частотах

Вместе с паразитными емкостями образует резонансные контуры на ВЧ.

Вызывает выбросы напряжения при быстрых переключениях больших токов.

Ограничивает максимальную эффективную частоту работы ключа.

Сопротивление базы (rb') Шумовые характеристики
Нагрев при ВЧ сигналах
Неравномерность включения

Вызывает тепловой шум, пропорциональный √rb'.

Мощность, рассеиваемая в базовой области, P = Ib² × rb'.

В мощных транзисторах приводит к неравномерному распределению тока по кристаллу.

Время рассасывания (ts) Максимальная частота переключения
Динамические потери мощности
Формирование фронтов импульсов

Определяет минимальную длительность импульса управления для гарантированного выключения.

В течение ts транзистор остается частично открытым, увеличивая потери.

Влияет на форму выходного сигнала в импульсных схемах.

Коэффициент усиления по мощности КПД каскада
Тепловой режим
Стабильность усиления

Определяет необходимое количество каскадов для достижения заданной выходной мощности.

Низкий коэффициент требует большего тока покоя или дополнительных каскадов.

Зависит от согласования входного и выходного сопротивлений.

Напряжение пробоя с открытой базой Запас по напряжению в ключевом режиме
Защита от выбросов ЭДС
Надежность в индуктивных цепях

Определяет необходимость снабберных цепей (снаббер – это устройство, работающее в качестве фильтра низкой частоты, которое выполняет действие по замыканию на себе тока переходного процесса) при коммутации индуктивных нагрузок.

Влияет на выбор напряжения питания для обеспечения надежности.

Низкое напряжение пробоя требует дополнительных защитных элементов.

Практические следствия взаимосвязей

Проектирование усилителя

Рабочая точка (Ic, Vce) определяет hie и коэффициент усиления. Необходимо контролировать произведение Ic × Vce для соблюдения теплового режима.

Ключевой режим

Требуется компромисс между параметрами:

  • Высокий β и большой Ib для низкого Vce(sat)
  • Высокая fT и малая Ccb для быстрого переключения
  • Низкое Vce(sat) для минимизации потерь

Температурная стабильность

Повышение температуры вызывает цепную реакцию:

  • Рост β и Icbo
  • Падение Vbe
  • Лавинообразный рост Ic (тепловой разгон)

Решение: эмиттерная стабилизация и отрицательная ОС по постоянному току.

Высокочастотные применения

Емкости переходов (Ccb, Cbe) становятся доминирующими, шунтируя вход и создавая ОС. Важны высокая fT и специальная топология корпуса.

Ключевые выводы

Параметры транзистора тесно взаимосвязаны и требуют компромиссов при проектировании. Понимание этих взаимосвязей позволяет правильно выбирать транзисторы и разрабатывать устойчивые, эффективные схемы.

Всегда сверяйтесь с официальным даташитом на конкретную модель транзистора, так как параметры могут значительно варьироваться.