„Je to jenom tranzistor, to zapojím a bude to fungovat„. Kéž by to tak bylo vždycky 🙂
V tomhle článku se rozepíšeme o nejčastějších problémech, se kterými se setkávají bastlířky a bastlíři při pokusech a hrátkách s tranzistory.
Rozebereme problémy jak u bipolárních, tak i unipolárních tranzistorů. Pokud nevíš, jak tranzistor funguje, doporučujeme knihu Hradla, volty, jednočipy, stránky střední školy SPŠEI Mohelnice nebo naučná videa od FabLab https://www.youtube.com/watch?v=Y0_wOb3IP5w
My tu opravdu popíšeme jen ty časté problémy, takže základní znalost principu a fungování tranzistoru je nezbytnou podmínkou 🙂
BJT (Bipolární Junction Transistor) – NPN a PNP
Řízení proudem
Bipolární tranzistory NPN a PNP se řídí proudem. Ten nesmí být moc „velký ani malý“. V prvním případě by hrozilo zničení tranzistoru, ve druhém případě zase to, že by se nedostatečně otevřel.
S tím souvisí i to, že zdroj, který řídí bázi tranzistoru musí být schopný dodat dostatečné množství energie.
Pokud má tranzistor fungovat jako spínač, je třeba počítat i samotným zesílením tranzistoru (HFe) – podrobně popsaný článek o tomto tématu můžeš najít na https://robodoupe.cz
Termální průraz
Tranzistor se prostě zničí v důsledku velkého ztrátového výkonu a nedostatečného chlazení (od DPS nebo chladič).
Přehřívání je způsobeno procházejícím proudem skrze kolektor-emitor a úbytkem napětí na nich. Tento ztrátový výkon se přemění na teplo a pokud není dostatečně odveden, zvyšující se teplota má za následek další zvýšení proudu a další oteplení. Až se nakonec zničí. Typická hodnota saturačního napětí tranzistoru (tedy úplně otevření) je okolo 0,2V (do 1W).
Řešení: Použití vhodného chlazení (chladiče), správný návrh obvodu, který udržuje tranzistor v mezích jeho specifikací.
Unipolární tranzistory
Termální průraz
Stejně jako u bipolárních tranzistorů, tak i u unipolárních tranzistorů je velkým problémem přehřívání, které vzniká ztrátovým výkonem na tranzistoru a v důsledku vysoké teploty se tranzistor zničí.
Nadměrný ztrátový výkon může vzniknout jak velkým procházejícím proudem skrze Drain-Source, tak i pomalým spínáním unipolárního tranzistoru. Tedy velkým Rds(on) v případě použití unipolárního tranzistoru jako spínače.
Čím pomalejší spínání tranzistoru je, tím více se ohřívá protože v mezistavu mezi zavřením a otevřením setrvává velmi dlouho a vysoké Rds(on) a procházející proud způsobí nadměrné ohřátí tranzistoru a možné následné trvalé zničení.
Pomalejší spínání může být způsobeno i parazitní kapacitou vlastního tranzistoru, který kvůli přídavné kapacitě hradla musí dodat více energie k otevření a tedy potřebuje více času.
Použití tranzitoru jako spínače je vysvětleno například na https://robodoupe.cz
Řešení: Použití vhodného chlazení (chladiče), správný návrh obvodu, který udržuje tranzistor v mezích jeho specifikací.
ESD
Samotnou kapitolou je ESD (Electrostatic Discharge (elektrostatický výboj) je náhlé a krátkodobé uvolnění statické elektřiny mezi dvěma objekty s různým elektrickým potenciálem.)
Unipolární tranzistory jsou velmi citlivé na ESD, tedy elektrostatický výboj. Ten může vzniknout třením mezi dvěma materiály.
Řešení: Použití ESD ochranných opatření, jako jsou antistatické obaly, uzemnění pracovní podložky a použití ESD ochranných prvků v obvodech.
Řízení hradla
Unipolární tranzistor je řízen napětí, stejně jako u bipolárního tranzistoru, který je řízen proudem, musí být napětí dostatečné ale ne příliš velké. V případě nižšího napětí by se tranzistor nedokázal dostatečně otevřít a tak vyšší Rds(on) a procházející by způsobilo přehřátí a následné zničení tranzistoru, v případě vysokého napětí na Gate tranzistoru by mohlo způsobit – průraz hradla (jeho oxidu-izolačního materiálu mezi Gate a Source/Drain), nadměrnému proudu skrz Gate (přehřátí) nebo třeba i zesílení parazitních efektů jako je parazitní kapacita nebo zesílení šumu tranzistoru.
Řešení: Použití ochranných prvků, jako jsou Zenerovy diody nebo transily, které omezí napětí a ochrání tranzistor.
Společné problémy bipolárních a unipolárních tranzistorů
Orientace součástky
Nejčastější chybou je často špatná orientace součástky, některé katalogové listy udávají zapojení v pouzdře z BOTTOM strany, jiné z TOP strany. Člověk se pak jednoduše splete.
Degradace přechodů
Degradace přechodů PN (v bipolárních tranzistorech) nebo oxidu hradla (v MOSFETech) může vést k zhoršení výkonu nebo selhání tranzistoru. Vyšší míra degradace je způsobena například provozním stresem, ať už použitím v produktu, kde je vyšší teplota, nadměrným proudem, napětím nebo nedostatečným chlazením.
Řešení: Dodržování provozních limitů, použití součástek s vysokou spolehlivostí, ochrana proti přepětí a přepětí.
Přechodové jevy (Switching Transients)
Při spínání tranzistoru mohou vznikat přechodové jevy, které způsobují špičky napětí nebo proudu, což může negativně ovlivnit obvod nebo samotný tranzistor – typicky je to induktivní zátěž (motor, relé atp).
Řešení: Použití ochranných prvků, jako jsou flyback diody, tlumivky, nebo použití snubberů ke snížení přechodových jevů.
V našem sortimentu najdeš přímo už hotové moduly, které můžeš jednoduše použít https://www.laskakit.cz/rele-a-mosfet/ nebo i samotné tranzistory, které si můžeš osadit na tvůj plošný spoj https://www.laskakit.cz/polovodice/
Úvodní obrázek byl vytvořen na https://www.bing.com/images/create
