Транзисторы с малым напряжением насыщения коллектор эмиттер

NXP выпустила первые транзисторы с низким напряжением насыщения в корпусах DFN2020

NXP PBSS4330PAS PBSS5330PAS

NXP объявила о выпуске первых транзисторов с низким напряжением насыщения в новых корпусах DFN2020D-3 (SOT1061D), предназначенных для пайки к торцевым поверхностям контактов. Допустимое напряжение коллектор-эмиттер обоих транзисторов PBSS4330PAS и PBSS5330PAS равно 30 В, а напряжение насыщения в определенных режимах нормируется на уровне 45 мВ. Помимо большого допустимого тока 3 А и высокого коэффициента усиления тока базы, даже при больших токах достигающего 500, транзисторы отличаются улучшенными характеристиками паяемости.

Новые транзисторы стали первыми из приборов NXP с низким напряжения насыщения, выпускающимися в небольших безвыводных пластиковых корпусах DFN2020D-3 (SOT1061D), пригодных для автоматизированного оптического контроля (AOI) качества паяных соединений, особенно востребованного в автомобильной промышленности. Приборы удовлетворяют требования стандарта AEC-Q101, регламентирующего параметры устройств для систем автоэлектроники, и сохраняют гарантированные характеристики при рабочих температурах до 175 °C.

Портфель пригодных для AOI транзисторов в корпусах DFN2020D-3 будет расширен в конце года за счет включения в него приборов средней мощности с низким напряжением насыщения, а несколько позднее к нему добавятся транзисторы с напряжениями коллектор-эмиттер до 100 В.

Особенности и преимущества

• Низкое напряжение насыщения коллектор-эмиттер
• Большой постоянный и импульсный ток коллектора
• Высокий коэффициент передачи тока при больших токах коллектора
• Высокая эффективность, обусловленная малым тепловыделением
• Рабочая температура перехода до 175 °C
• Меньшая площадь, занимаемая на печатной плате
• Миниатюрный безвыводной пластиковый корпус DFN2020D-3 для поверхностного монтажа с контактами для пайки к торцевым поверхностям
• Вскрытое теплоотводящее основание для улучшения тепло- и электропроводности
• Пригодны для автоматизированного оптического контроля качества паяных соединений
• Соответствуют требованиям стандарта AEC-Q101

Основные области применения

• Коммутаторы нагрузки
• Устройства с батарейным питанием
• Устройства управления питанием
• Зарядные устройства
• Силовые ключи схем управления моторами и вентиляторами

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Транзисторы с малым напряжением насыщения коллектор эмиттер

Иногда при проектировнии различных устройств возникает необходимость в транзисторах с малым напряжением насыщения. Зарубежные производители предлагают достаточное количество таких транзисторов, но достать их порой бывает проблематично.

Существуют и отечественные транзисторы данного класса. Правда, найти их также непросто.

КТ660Б, транзистор структуры n-p-n. Его прототипом являеются зарубежные BC337 и BC338. Параметры:

Напряжение: 25В
h21э: 200-450
Напряжение насыщение коллектор-эмиттер при Iк=500ma, Iб=50ма: 0,5В
Напряжение насыщение коллектор-эмиттер при Iк=10ma, Iб=50ма: 0,035В
Ток коллектора: 800мА (1000мА имп)

КТ645Б, транзистор структуры n-p-n, зарубежные прототипы — BC547, BC238.

Напряжение: 30В
h21э: 80-200
Напряжение насыщение коллектор-эмиттер при Iк=150ma, Iб=15ма: 0,5В
Напряжение насыщение коллектор-эмиттер при Iк=10ma, Iб=1ма: 0,05В
Ток коллектора: 300мА (600мА имп)

КТ529 (p-n-p) и КТ530 (n-p-n) — комплементарная пара транзисторов со сверхмалым прямым падением напряжения.

Напряжение: 40В
Iк макс: 1000мА
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Iк=300мА, Iб=10мА): 0,2В
h21э: 180
Макс.мощность: 0,5Вт

И несколько зарубежных транзисторов.

2SD880 — низкочастотный кремниевый транзистор структуры n-p-n, комплементарен к B834.

Напряжение: 60В
Ток: 3А
Мощность: 30Вт
Напряжение насыщения: 0.4-1В
f=3МГц

2SD882 — транзистор структуры n-p-n, предназначенный для выходного каскада 3-ваттного УНЧ, регуляторов напряжения, преобразователей напряжения, управления электромагнитным реле.

Напряжение: 30В
Ток: 3А (7А имп)
h21э: 60-400
Напряжение насыщения: не более 0.5В
f: 90МГц

Источник

Транзисторы с малым напряжением насыщения коллектор эмиттер

В настоящее время производители аппаратуры стремятся к миниатюризации и более высокому КПД. Мобильные телефоны, переносные компьютеры и ноутбуки одновременно с повышением производительности становятся все более компактными и экономичными.
Долгое время транзисторы, подобные BC547 и BC337 в корпусах SOT54, или BC847, BC817 в корпусах SOT23 удовлетворяли требованиям многих приложений. В случае же с большими токами разработчики довольствовались трёхамперными транзисторам BDP31 в корпусах SOT223. Но всё более возрастающие требования к миниатюризации аппаратуры заставляют многих производителей выпускать компоненты меньших и меньших размеров. Например, корпус SOT490 имеет размеры 1.6×0.8×0.7 мм по сравнению с все еще очень популярным SOT23 — 2.9×1.3×0.9 мм. И наблюдается тенденция к дальнейшему уменьшению размеров компонентов.

С другой стороны, необходимый ток коллектора наоборот увеличивается — например, для корпуса SOT23 от 0,1 и до 2-х ампер и более. Далее, необходимость в более высоком КПД для уменьшения потерь мощности и необходимость в увеличении срока службы батареи требует создания новых транзисторов с низким напряжением насыщения коллектор-эмиттер и высоким усилением по току.

Все эти требования побудили Philips Semiconductors к разработке и продвижению на рынок полупроводников целой гаммы транзисторов с малым напряжением насыщения коллектор-эмиттер. Philips назвал их BISS (Breakthrough In Small Signal) транзисторы.
Вот некоторые из них:

• 2 А BISS транзистор PBSS4350T в SOT23
• 0.5 А BISS транзистор PBSS2540F в SOT490 (SC-89)
• 3 А BISS транзистор PBSS4350Z в SOT223 (SC-73)
• 5 А BISS транзистор PBSS4540Z в SOT223 (SC-73)

Далее для сравнения используются транзисторы BC817-40 (I_Кmax = 0.5 A; SOT23) и BDP31 (I_Кmax = 3 A; SOT223).

Чтобы понять первопричины разработки новых транзисторов, нам необходимо заглянуть внутрь компонента.
Рисунок 1 показывает упрощённый поперечный разрез биполярного N-P-N транзистора, а рисунок 2 — топологию кристалла.

Рисунок 1: Упрощенный поперечный разрез биполярного N-P-N транзистора.

Транзистор состоит из трех различных слоев: высоколегированного эмиттерного слоя, среднелегированной области базы и низколегированной области коллектора. Высоколегированная подложка является несущим основанием и проводником. В процессе сборки транзистора кристалл крепят к корпусу посредством склеивания или эвтектического спаивания. Эмиттер и базу соединяют с выводами при помощи тонких проводников.
Для разработки высококачественного транзистора пришлось переработать топологию кристалла и расположения выводов, подобрать материал для подложки и выводов с целью минимизации электрического сопротивления. Использование технологии эмиттера ячеистого типа, которая показана на рисунках 3 и 4, позволило значительно минимизировать распределенное сопротивление базы и увеличить эффективность активной области.

Рисунок 2: Топология кристалла биполярного N-P-N транзистора (BC337/BC817).

Рисунок 3. Топология кристалла с ячеистым эмиттером BISS транзистора 1-го поколения.

Рисунок 4. Топология эмиттерного электрода BISS транзистора 2-го поколения.

У транзисторов, выполненных в 6-ти выводных корпусах, форма подложки позволяет изготовить кристалл максимальной площади для данного типа корпуса. В результате удалось снизить тепловое сопротивление по сравнению с 3-х выводным корпусом (Рисунок 5 и Рисунок 6).

Рисунок 5: Стандартное расположение выводов.

Рисунок 6: Расположение выводов в корпусе SOT457 (SC-74) (достигается максимальная площадь кристалла).

Улучшенные характеристики

У транзисторов, выполненных по описанной выше BISS технологии, улучшены электрические характеристики и, как следствие, снижена рассеиваемая мощность по сравнению с обычными транзисторами. За счет этого достигается уменьшение габаритов кристалла и, как следствие, уменьшение размеров корпуса.

У BISS транзисторов улучшены следующие параметры:

• снижена рассеиваемая мощность;
• повышен максимальный ток коллектора;
• повышен пиковый ток коллектора;
• уменьшено напряжение насыщения;
• увеличено усиление по току при высоком токе коллектора.

Чтобы детально показать улучшение характеристик выберем обычный транзистор — BC817 в корпусе SOT23, стандартный для токов до 0,5 A, и BDP31, 3-х амперный транзистор в корпусе SOT223. SOT23 был выбран, потому что это самый распространённый SMD корпус для дискретных полупроводниковых прибора, а SOT223 — стандартный корпус для транзисторов средней мощности.

Сопоставив таблицу 4 и таблицу 5, вы увидите разницу между обычными и некоторыми из недавно разработанных BISS транзисторов первого поколения. PBSS2540F — один из маломощных транзисторов, тогда как PBSS4350T имеет самый высокий ток коллектора для корпуса SOT23. PBSS4350Z рассматривается как прямая замена для BDP31, а PBSS4540Z имеет на сегодняшний день максимальный ток коллектора (I_{c max} = 5 A) для корпуса SOT223.
Замена обычных транзисторов на BISS-транзисторы открывает различные возможности для улучшения характеристик и увеличения эффективности выпускаемого оборудования.

BISS транзистор, собранный в том же корпусе, как и его обычный транзистор, рассеивает меньше тепла

Например, фактическое рассеяние мощности на 65 % ниже, чем у обычного транзистора.

Рисунок 7: Температура перехода понижается от 117 °C до 40 °C.

Таким образом, применение BISS транзисторов позволяет избежать мест локального перегрева на печатной плате. Схема становится более надёжной и эффективной. В некоторых случаях может использоваться менее дорогая печатная плата.

Более высокий максимальный ток коллектора и, кроме того, более высокий максимальный импульсный ток коллектора — еще одно дополнительное преимущество эмиттера ячеистого типа.

Максимальный ток коллектора теперь может быть повышен до 2 А для корпуса SOT23 (PBSS4350T), или до 3 А для корпуса SOT457 (SC-74), по сравнению с 0.5 А для BC817.

Теперь для транзистора в корпусе SOT223 максимально допустимый ток коллектора — до 5 A, величина, ранее не достижимая для этого корпуса.

Для малосигнальных приложений (ток коллектора до 0,5 А) рекомендуется BISS транзистор PBSS2540F, имеющий размеры 1,6х0,8 мм в корпусе SOT490 (SC-89).

В таблице 1 показан краткий обзор для BISS транзисторов по сравнению с обычными, в одном и том же корпусе.

Таблица 1: Максимальный ток коллектора для BISS транзисторов и обычных транзисторов

Главная причина уменьшения рассеиваемой мощности — уменьшение напряжения насыщения U_КЭmax. По сравнению с обычным 0.5 А транзистором в корпусе SOT23 напряжение насыщения понижено на 73 %. Следующее поколение BISS транзисторов будет иметь ещё меньшее напряжение насыщения.

Таблица 2: напряжение насыщения некоторых транзисторов.

На рисунке 8 показаны типовые напряжения насыщения транзисторов BC817-40 в корпусе SOT23, PBSS2540F в корпусе SOT490 (SC-89) и PBSS4350T в корпусе SOT23. На графике видно, что для намного меньшего по размерам PBSS2540F напряжение насыщения такое же, как для BC817-40. Напряжение насыщения транзистора PBSS4350T на 60 — 70 % меньше, чем у BC817-40.

Рисунок 8: Типовые величины напряжения насыщения для малосигнальных транзисторов.

На рисунке 9 показаны типовые напряжения насыщения транзисторов BDP31, PBSS4350Z и PBSS4540Z (все транзисторы выполнены в корпусе SOT223). Напряжение насыщения PBSS4350Z составляет приблизительно 60 %, а PBSS4540Z — приблизительно 30 % от напряжения насыщения BDP31.

Рисунок 9: Типовые величины напряжения насыщения для мощных транзисторов.

Разработчик имеет несколько возможностей выбора BISS транзисторов при конструировании:

• транзистор в миниатюрном корпусе SOT490 (SC-89) с характеристикой обычного транзистора в корпусе SOT23;
• транзистор в корпусе SOT23 с очень низким напряжением насыщения. Имеет малую рассеиваемую мощность и позволяет избегать мест сильного нагрева;
• транзистор в корпусе SOT23, с максимально допустимым током коллектора до 2 А, с напряжением насыщения меньшим, чем обычный транзистор в корпусе SOT223. Для замены транзисторов средней мощности;
• транзистор в корпусе SOT223 с очень низким напряжением насыщения. Имеет малую рассеиваемую мощность;
• транзистор в корпусе SOT223 с максимально допустимым током коллектора до 5 A. Для замены транзисторов большой мощности;

На рисунке 10 показана зависимость напряжения насыщения от тока коллектора при различных токах базы. Для сравнения взяты транзисторы PBSS4540Z и BDP31. На графике видно, что для низких значений тока коллектора (до 20 мА) транзистору PBSS4540Z достаточно в 10 раз меньшего тока базы для достижения того же самого напряжения насыщения по сравнению с транзистором BDP31. Для высоких значений тока коллектора (до 3 А) требуется в 4 раза меньший ток базы по сравнению с транзистором BDP31.

Рисунок 10: Зависимость напряжения насыщения от тока базы.

Меньшее напряжение насыщения BISS транзистора уменьшает рассеиваемую мощность, позволяет увеличивать нагрузку выходного каскада, что особенно важно для схем с низким напряжением питания.

BISS транзисторы имеют меньшую зависимость коэффициента усиления от тока коллектора. Рисунок 11 показывает зависимость коэффициента усиления от тока коллектора транзисторов BC817-40 и PBSS4350T.

Рисунок 11: Типовое усиление по постоянному току малосигнальных транзисторов.

На графике видно, что при максимальном токе коллектора (500 мА) усиление транзистора BC817-40 понижается примерно на 65 % от первоначальной величины, в то время как у транзистора PBSS4350T при том же токе коллектора — только на 10 %.

Меньший ток базы BISS транзистора снижает нагрузку на цифровые цепи и имеет более низкую рассеиваемую мощность, особенно при высоких токах коллектора. Благодаря этому схема имеет более высокий КПД.

Рекомендации по выбору BISS транзисторов.

На сегодняшний день выпускается более 40 типов BISS транзисторов. И их количество непрерывно увеличивается. Краткий обзор этих типов приведён в таблицах 3 и 4. Средняя колонка содержит общие данные рекомендованных транзисторов, а левая и правая колонки включают данные BISS транзисторов.

Таблица 3. Применение BISS транзисторов позволяет увеличить ток коллектора в данном корпусе или уменьшить размер корпуса.

* Транзистор имеет тепловой контакт с медной площадкой на печатной плате в 1 кв. см.

Таблица 4. Применение BISS транзисторов позволяет увеличить ток коллектора или избегать мест перегрева.

* Транзистор имеет тепловой контакт с медной площадкой на печатной плате размером 1 кв. см.
** Транзистор имеет тепловой контакт с медной площадкой на печатной плате размером 6 кв. см.

В таблице 5 приведены величины рассеиваемых мощностей различными корпусами.

Таблица 5: Рассеиваемая мощность в зависимости от корпуса и величины монтажной площади.

Если не требуется транзистор с высоким рабочим напряжением (U_КЭmax = 40…50 В), то рекомендуется выбрать транзистор с более низким допустимым напряжением (U_КЭmax = 15…20 В) т.к. он имеет более низкое напряжение насыщения и как следствие меньшую рассеиваемую мощность. На рисунке 12 приведены типовые напряжения насыщения для 15-ти вольтовых PBSS2515F и 40-вольтовых PBSS2540F.

Рисунок 12: Типовые напряжения насыщения для 15 В PBSS2515F и 40 В PBSS2540F.

Если у выбранного транзистора при заданном токе недостаточен коэффициент усиления, то можно выбрать транзистор с более высоким максимальным током коллектора. Например у транзисторов PBSS4540Z (I_max=5 А) при токе равном 3 А снижение коэффициента усиления всего 10%, тогда как у PBSS4350Z (I_max=3 А) снижение — 70% (Смотрите рисунок 13).

Рисунок 13: Развитие BISS транзисторов: 5 A транзистор PBSS4540Z имеет более высокое усиление по току, чем 3 A PBSS4350Z.

Источник