8.1.1  Пробої транзистора

1.                        Тепловий пробій. При порушенні теплового балансу, коли внаслідок недостатнього тепловідведення  приріст потужності, що підводиться до КП, не компенсується відповідним приростом потужності, що відводиться, в БТ. Він супроводжується необмеженим зростанням температури переходу, збільшенням колекторного струму і потужності, що підводиться, і, як наслідок, перегрівом приладу і його псуванням.

                Величина напруги, яка не приводить до теплового пробою БТ, визначають за формулою. [2]

                                ,                                                    (8.1)

де  - максимально допустима температура КП;

 - температура навколишнього середовища;

 - тепловий пробій опір тепловідведення  (корпусу, радіатора тощо).

                Таким чином, допустима напруга  тим менша, чим більші струм , тепловий опір  і температура навколишнього середовища. При незадовільному тепловідведенні  і високій температурі середовища напруга теплового пробою може стати меншою за робочу напругу транзистора. Особливо небезпечним є тепловий пробій для потужних БТ, які мають значний зворотний струм колектора .

 

2 Електричний пробій. Оскільки переходи БТ взаємодіють між собою, то величина пробивної напруги залежить від режиму його використання. Зупинимося на прикладі схеми зі спільним емітером.

 

             а)                                                  б)                        в)

Рисунок 8.1 – До пояснення впливу режиму роботи БТ на величину пробивної напруги:

а) ; б)  в)

 

Нехай маємо БТ у ССЕ з розімкненим емітерним колом () (рисунок 8.1,а).

Зауважимо, що цей приклад цілком аналогічний до схеми зі спільною базою при . Коефіцієнт множення колекторного струму у БТ при

 ,                                                 (8.2)

де 2-6  залежно від матеріалу виготовлення БТ та виду переходу.

                Лавинний пробій КП відбувається при наближенні напруги до значення . При цьому різко зростають коефіцієнт передачі струму емітера () і колекторний струм, як показано на рисунку 8.2 (крива ).

Рисунок 8.2 – Залежність пробивної напруги від режиму роботи БТ

 

Якщо тепер розірвати лише базове коло (рисунок 8.1, б), тобто , то колекторний струм дорівнюватиме

               .                                (8.3)

                У випадку лавинного пробою формула (8.3) набуває вигляд             

                                                     .                               (8.4) При цьому знаменник правої частини , струм колектора  (крива  на рисунку 8.2). Враховуючи цю умову і вираз (8.4), можна одержати формулу для визначення пробивної напруги колектор – емітер при

.                                    (8.5)

                Отже, . Пробивна напруга в ССЕ при  в 2-3 рази  менша, ніж пробивна напруга в ССБ при .

 

3  Вплив опору у колі бази. Пробивна напруга БТ залежить від величини опору , увімкненого в базове коло. Цей опір (рис. 8.1, б) зумовлює позитивний зворотний зв’язок між виходом і входом транзистора: зростання колекторного струму в граничному режимі (при ) приводить до збільшення прямої напруги на ЕП, що, у свою чергу, веде до подальшого зростання , нового збільшення  і т.д. Внаслідок цього транзистор втрачає стійкість і пробивається (крива  на рисунку 8.2).

                Чим більший , тим сильніший позитивний зворотний зв’язок. Найгіршим є випадок розриву кола бази (), коли пробивна напруга стає мінімальною (рисунок 8.2). Саме з цієї причини звичайно забороняється застосовувати транзистори у режимі розімкненого базового кола. Особливо недопустимим є такий режим для потужних БТ, які в цьому випадку пробиваються при малих .

                Найбільш стійким є режим при =0. Однак через  вплив розподіленого опору бази  навіть при  пробивна напруга залишається меншою, ніж при вимкненому емітері (крива =0 на рисунку 8.2).

                Слід зауважити, що ввімкнення опору до емітерного кола сприяє збільшенню пробивної напруги, бо таке ввімкнення забезпечує лояву  негативного зворотного зв’язку, який  певною  мірою компенсує дію опору .

4  Вторинний пробій. При значному колекторному струмі, особливо в імпульсному режимі, в БТ може виникнути вторинний пробій, який супроводжується різким зменшенням напруги колектора при одночасному збільшенні колекторного струму, і на вихідній характеристиці з’являється ділянка з негативним диференційним опором (пунктирна крива на рисунку 8.2). Колекторний струм, при якому виникає вторинний пробій, зменшується зі збільшенням зворотної напруги .  Можливість виникнення вторинного пробою залежить також від опору навантаження БТ, а також від напруги живлення .

Розвиток вторинного пробою суттєво визначається локальними неоднорідностями транзисторної структури, які зумовлюють нерівномірний розподіл густини струму, місцевий нагрів, а потім і перегрів структури, що супроводжується проплавлянням бази.

 

5  Пробій змикання – це пробій, зумовлений змиканням ЕП та КП. Розширення КП у бік бази внаслідок того, що концентрація домішок у базі нижча, ніж у колекторі, може привести до того, що при певній напрузі змикання КП заповнить собою всю базову область і з’єднається з ЕП. Транзистор при цьому втрачає свої підсилювальні властивості. Цей ефект має значення для БТ з дуже вузькою базою, у яких напруга змикання невелика і відповідає гранично допустимій напрузі колектора.