Транзистор это основной усилительный и ключевой элемент электроники, и два его главных семейства работают по-разному. Биполярный транзистор (BJT) управляется током базы, а полевой (MOSFET) напряжением на затворе. Онлайн-калькулятор рассчитывает рабочую точку транзистора в схеме с резистивной нагрузкой: ток коллектора или стока, напряжение на транзисторе, рассеиваемую мощность, режим работы и запас по предельным параметрам, а также рисует схему, нагрузочную линию на выходных характеристиках и осциллограмму ШИМ. Ниже разобраны модели, формулы, справочные данные и практические правила.
Что умеет калькулятор
- Считает ток коллектора (Ic) или стока (Id), напряжение Vce или Vds и мощность рассеяния Pd на транзисторе.
- Определяет режим: у биполярного активный или насыщение, у полевого закрыт, омический (ключ открыт) или насыщение.
- Для BJT может подбирать ток базы автоматически с заданным запасом насыщения и считать резистор Rb по управляющему напряжению Vin.
- Для MOSFET рассчитывает крутизну kn по Rds(on) и получает результат из условия работы на нагрузку, а не по упрощённой линейной формуле.
- Рисует схему включения с анимацией тока, выходные характеристики с нагрузочной линией и рабочей точкой, а также осциллограмму ШИМ.
- Сравнивает ток, напряжение и среднюю мощность с предельными параметрами и сообщает о превышении.
- Даёт шесть пресетов реальных транзисторов (2N3904, BC547, TIP31C, 2N7000, IRLZ44N, IRF540N). Скачивание результата в PNG и схемы в SVG.
Как пользоваться
- Выберите тип транзистора кнопками «Биполярный» или «MOSFET». Картинка вверху поменяется.
- Выберите пресет популярного транзистора или настройте предельные параметры вручную.
- Для BJT выберите, как задавать ток базы: вручную или автоматически по запасу насыщения. Для MOSFET укажите, при каком напряжении затвора (4,5 или 10 В) дан Rds(on) в справочнике.
- Слайдерами задайте питание, сопротивление нагрузки, управление (Ib или Ugs), скважность ШИМ и предельные параметры.
- Изучите схему, график и таблицу. Расчёт обновляется при каждом движении слайдера.
- Скачайте результат кнопкой «Скачать PNG» или схему кнопкой «Схема SVG».
Входные параметры
| Параметр | BJT | MOSFET |
|---|---|---|
| Питание | Vcc, 3 – 60 В | Vcc, 3 – 100 В |
| Нагрузка | Rc, 1 – 1000 Ом | Rload, 0,5 – 1000 Ом |
| Усиление | hFE, 10 – 500 | — |
| Управление | Ib, 0,01 – 100 мА (или авто) и Vin, 1,5 – 15 В | Ugs, 0 – 20 В |
| Порог | Vce(sat), 0,1 – 1,2 В | Uth, 0,5 – 5 В |
| Сопротивление канала | — | Rds(on), 5 мОм – 10 Ом, при Ugs 4,5 или 10 В |
| ШИМ | Скважность 1 – 100 % | Скважность 1 – 100 % |
| Предельные параметры | Icmax 0,05 – 20 А, Vceo 10 – 200 В, Pmax 0,1 – 150 Вт | Idmax 0,1 – 100 А, Vds max 10 – 200 В, Pmax 0,1 – 200 Вт |
Обозначения
- Vcc — напряжение питания, В
- Rc, Rload — сопротивление нагрузки, Ом
- Ib, Ic — токи базы и коллектора
- hFE (бета) — коэффициент усиления BJT по постоянному току
- Vce(sat) — напряжение коллектор–эмиттер в насыщении (обычно 0,1 – 0,3 В у маломощных транзисторов)
- Vbe — напряжение база–эмиттер открытого транзистора, около 0,7 В
- Ugs, Uth — напряжение затвор–исток и пороговое напряжение MOSFET
- Rds(on) — сопротивление открытого канала
- kn — крутизна канала, А/В² (в калькуляторе выводится из Rds(on))
- Pd — мощность, рассеиваемая на самом транзисторе
Как управляют транзисторы
BJT это токовый прибор: небольшой ток базы управляет большим током коллектора. MOSFET это приборы с полевым управлением: напряжение на затворе создаёт электрическое поле, которое формирует проводящий канал, а ток затвора в статике почти равен нулю. Поэтому полевому транзистору не нужен резистор для задания тока управления, но нужен резистор в цепи затвора для ограничения тока перезаряда.
Биполярный транзистор: модель и формулы
Калькулятор рассматривает схему с общим эмиттером и резистивной нагрузкой в цепи коллектора. Источник питания, нагрузка Rc и транзистор образуют последовательную цепь. Из закона Ома для цепи получается нагрузочная линия: Vce = Vcc − Ic × Rc. Транзистор всегда работает в точке, где характеристика для данного тока базы пересекает эту линию.
Максимальный ток в насыщении: Ic(sat) = (Vcc − Vce(sat)) / Rc
Ток активного режима: Ic(act) = hFE × Ib
Режим: если Ic(act) ≥ Ic(sat), транзистор в насыщении, иначе в активном режиме.
В насыщении: Ic = Ic(sat), Vce = Vce(sat)
В активном режиме: Ic = hFE × Ib, Vce = Vcc − Ic × Rc
Мощность на транзисторе: Pd = Vce × Ic
Мощность нагрузки: Pload = Ic² × Rc, мощность источника Ps = Vcc × Ic
Минимальный ток базы для насыщения: Ib(min) = Ic(sat) / hFE
Рабочий ток базы с запасом: Ib = k × Ib(min), где k — коэффициент насыщения (обычно 2 – 10)
Базовый резистор: Rb = (Vin − Vbe) / Ib, Vbe ≈ 0,7 В
Принудительный коэффициент усиления: hFE(forced) = Ic / Ib
Условие открытия по входу: транзистор открывается, когда напряжение база–эмиттер превышает примерно 0,6 – 0,7 В. Пока оно ниже этого значения, ток коллектора близок к нулю.
Рисунок построен для Vcc = 12 В и Rc = 100 Ом при hFE = 100. Точки Q1 и Q2 лежат в активном режиме на горизонтальных участках характеристик. При Ib = 1,5 мА активный ток (150 мА) превысил бы предельный, поэтому транзистор уходит в насыщение: ток ограничивает нагрузка и составляет (12 − 0,2) / 100 = 118 мА, а на транзисторе остаётся только Vce(sat).
Режимы работы биполярного транзистора
| Режим | Условия | Что происходит |
|---|---|---|
| Отсечка | Vbe < 0,6 – 0,7 В, Ib ≈ 0 | Транзистор закрыт, ток коллектора практически нулевой, Vce равно Vcc |
| Активный | Vbe около 0,7 В, Vce > Vce(sat), Ic = hFE × Ib | Усиление; ток определяется током базы, на транзисторе падает часть питания |
| Насыщение | Ib ≥ Ic(sat) / hFE, Vce ≈ 0,1 – 0,3 В | Транзистор полностью открыт, режим ключа, ток ограничивает нагрузка |
| Пробой | Vce превышает Vceo (или Vcbo) | Пробой и разрушение транзистора, нерабочий режим |
Полевой транзистор: модель и формулы
Для N-канального MOSFET с индуцированным каналом калькулятор использует классическую модель с квадратичной характеристикой, а параметр kn определяет по справочному Rds(on).
Перенапряжение затвора: Uov = Ugs − Uth (при Uov ≤ 0 канал закрыт, Id = 0)
Крутизна по справочнику: kn = 1 / (Rds(on) × (Ugs(ref) − Uth)), где Ugs(ref) — напряжение затвора, при котором в справочнике указан Rds(on) (4,5 В или 10 В)
Омический (линейный) режим, Uds < Uov: Id = kn × (Uov × Uds − Uds² / 2)
Режим насыщения, Uds ≥ Uov: Id = kn / 2 × Uov²
Условие работы на нагрузку: Uds = Vcc − Id × Rload
Решение в омическом режиме: Uds = (a − √(a² − 2 × kn × Vcc / Rload)) / kn, где a = kn × Uov + 1 / Rload
Эквивалентное сопротивление: Rds(eq) = Uds / Id ≈ 1 / (kn × Uov)
Мощность: Pd = Uds × Id, мощность нагрузки Pload = Id² × Rload
Калькулятор сначала решает уравнение в омическом режиме. Если полученное Uds получается меньше Uov, это и есть результат (ключ открыт). Если нет, нагрузка требует тока, который канал при данном Ugs отдать не может, и транзистор переходит в насыщение: ток ограничен величиной kn/2 × Uov², а остальное напряжение падает на транзисторе.
На рисунке показан ключ, который по мере роста Ugs уходит из насыщения (Ugs = 3 В, ток всего 0,25 А, на транзисторе 9,5 В) в омическую область (Ugs = 5 и 6 В, остаточное напряжение около 0,9 и 0,6 В). Это и есть режим «ключ открыт».
Режимы работы полевого транзистора
| Режим | Условия (N-канал) | Что происходит |
|---|---|---|
| Отсечка | Ugs ≤ Uth | Канал закрыт, Id ≈ 0, Uds = Vcc |
| Омический (линейный) | Ugs > Uth и Uds < Ugs − Uth | Транзистор как резистор Rds(eq), ключ открыт |
| Насыщение (активный) | Ugs > Uth и Uds ≥ Ugs − Uth | Ток почти не зависит от Uds, определяется Ugs и kn |
| Пробой | Uds > Uds max | Пробой и повреждение прибора; для затвора допустимо обычно ±20 В |
ВАХ биполярного транзистора: зависимость тока коллектора от напряжения при разных токах базы.
ВАХ N-канального MOSFET: зависимость тока стока от напряжения при различных напряжениях затвор–исток.
Почему не работает формула Id = gfs × (Ugs − Uth)
Исправление к прежней версии статьи. В ней ток стока считался линейной формулой Id = gfs × (Ugs − Uth), и пример с Ugs = 5 В давал 6 А и отрицательное напряжение −588 В, то есть «ошибку». Это не ошибка транзистора, а следствие неправильной модели: ток полевого транзистора ограничен нагрузкой (не больше Vcc / Rload) и квадратично зависит от Ugs. Теперь калькулятор решает задачу на нагрузочной линии, и для такого примера результат получается физически разумным (смотрите ниже).
Насыщение или активный режим: почему это важно
Один и тот же транзистор с той же нагрузкой может работать неэффективно и эффективно. В активном режиме на нём падает значительная часть питания и он сильно греется. В насыщении на нём остаётся доли вольта, и греется он в разы меньше. Поэтому в ключевых схемах транзистор всегда насыщают.
Расчёт резистора в цепи базы
Чтобы гарантированно насытить транзистор, ток базы берут с запасом относительно минимального. Для маломощных транзисторов обычно работают с принудительным усилением 10 – 20, то есть коэффициент насыщения 5 – 10 относительно hFE = 100. Для примера выше (Vcc = 12 В, Rc = 100 Ом, hFE = 100) получаем Ic(sat) = 118 мА и Ib(min) = 1,18 мА.
| Коэффициент насыщения | Ib | Rb при Vin = 5 В | hFE принудительный | Мощность базы |
|---|---|---|---|---|
| × 1 | 1,18 мА | 3644 Ом | 100 | 826 мкВт |
| × 2 | 2,36 мА | 1822 Ом | 50 | 1,65 мВт |
| × 5 | 5,90 мА | 729 Ом | 20 | 4,13 мВт |
| × 10 | 11,8 мА | 364 Ом | 10 | 8,26 мВт |
Значение × 1 лежит на границе насыщения, и малейший разброс hFE или температуры выведет транзистор из насыщения. Запас × 2 – × 5 обычно достаточен. Запас × 10 и выше увеличивает ток управления и мощность базы и замедляет выключение (накопленный заряд).
Параллельно переходу база–эмиттер часто ставят резистор 4,7 – 10 кОм: он гарантированно держит транзистор закрытым при отключённом управлении и ускоряет выключение.
Затвор MOSFET и сопротивление открытого канала
Чем больше Ugs превышает Uth, тем ниже сопротивление канала. В модели калькулятора эквивалентное сопротивление обратно пропорционально Uov: Rds(eq) = Rds(on) × (Ugs(ref) − Uth) / (Ugs − Uth). При Uth = 2 В и Rds(on), указанном при 4,5 В, зависимость выглядит так:
Реальные приборы ведут себя чуть иначе: выше Ugs(ref) сопротивление падает медленнее и выходит на плато. Поэтому у реального транзистора берут Rds(on) из таблицы данных при том напряжении затвора, которое действительно подаётся.
Логические и обычные MOSFET
| Тип | Uth | Rds(on) обычно задан при | Можно управлять от |
|---|---|---|---|
| Логический (logic-level) | 1 – 2 В | 4,5 В или 5 В | Микроконтроллера 3,3 – 5 В (проверьте при 3,3 В) |
| Стандартный | 2 – 4 В | 10 В | Драйвера с питанием 10 – 12 В |
| Силовой для мостов | 3 – 5 В | 10 В | Специализированного драйвера затвора |
Пример: IRF540N на нагрузку 2,4 Ом при питании 12 В (около 5 А)
Параметры по справочнику: Uth около 3 В, Rds(on) = 0,044 Ом при Ugs = 10 В, следовательно kn = 1 / (0,044 × 7) = 3,25 А/В².
| Ugs | Uov | Режим | Id | Uds | Pd |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 В | 7,0 В | Омический | 4,91 А | 219 мВ | 1,08 Вт |
| 5 В | 2,0 В | Омический, хуже | 4,61 А | 924 мВ | 4,27 Вт |
| 3,5 В | 0,5 В | Насыщение, ключ не открылся | 406 мА | 11,0 В | 4,47 Вт |
Чем ниже напряжение затвора, тем больше потери: при 5 В нагрев в 4,0 раза больше, чем при 10 В, а при 3,5 В транзистор вообще не открывается как ключ и рассеивает почти весь ток нагрузки.
Мощность, нагрев и допустимая мощность
Мощность, рассеиваемая транзистором, превращается в тепло: Pd = Vce × Ic (или Uds × Id). Температура перехода растёт по закону Tj = Ta + Pd × Rth(j-a), где Ta — температура среды, а Rth(j-a) — тепловое сопротивление «переход–среда». Максимальная температура перехода кремниевых приборов обычно 150 °C (175 °C у ряда MOSFET).
| Корпус | Rth(j-a) без радиатора | Пример |
|---|---|---|
| TO-92 | около 200 °C/Вт | 2N3904, BC547 |
| SOT-23 | около 250 – 350 °C/Вт | малосигнальные SMD |
| TO-220 | около 62 °C/Вт | TIP31C, IRF540N, IRLZ44N |
| TO-247 | около 40 °C/Вт | мощные MOSFET и BJT |
| TO-220 с радиатором | до нескольких °C/Вт | зависит от радиатора и сборки |
Значения ориентировочные и зависят от платы, охлаждения и конкретного производителя. Допустимая мощность падает с ростом температуры среды: Pmax(Ta) = (Tj max − Ta) / Rth(j-a). Например, у 2N3904 в корпусе TO-92 (Rth = 200 °C/Вт, Tj max = 150 °C) при 25 °C допустимо 0,625 Вт, а при 60 °C только 0,45 Вт.
Область безопасной работы
Калькулятор сравнивает три предела: максимальный ток, предельное напряжение и допустимую мощность. На выходных характеристиках они образуют границы допустимой области: горизонтальную линию Icmax, вертикальную Vceo и гиперболу постоянной мощности Ic = Pmax / Vce. Рабочая точка должна лежать внутри.
Точка активного режима (2 В и 100 мА) лежит внутри допустимой области. Точка с питанием 12 В и 100 мА превышает мощность (1,2 Вт при допустимых 0,625 Вт) и должна быть исключена. Для мощных приборов к тому же существуют ограничения вторичного пробоя и динамической области, и для них нужен справочник производителя.
| Запас по пределу | Оценка | Действие |
|---|---|---|
| Менее 80 % | Нормальный запас | Работать можно |
| 80 % – 100 % | Малый запас, предупреждение | Радиатор, другой транзистор или снижение нагрузки |
| Более 100 % | Превышение предела | Использовать нельзя, транзистор может выйти из строя |
ШИМ и средние значения
В ключевом режиме транзистор с частотой в десятки герц или килогерц то открывается, то закрывается. Калькулятор берёт скважность D (долю периода во включённом состоянии) и считает средние значения проводимых потерь:
Iср = D × Ic, Pd(ср) = D × Vce × Ic.
Для примера выше (12 В, 100 Ом, насыщение 118 мА, D = 40 %) средний ток 47 мА, а средняя мощность на транзисторе всего 9,4 мВт.
Модель калькулятора учитывает только потери проводимости. Потери на переключение (переходные процессы) в неё не входят: для быстрых ключей они могут быть больше потерь проводимости.
Оценка потерь на переключение: Psw ≈ 0,5 × Vcc × I × (tr + tf) × f, где tr и tf — время нарастания и спада, f — частота. Пример: 12 В, 0,1 А, tr + tf = 200 нс, f = 100 кГц даёт 0,012 Вт. Для MOSFET на высоких частотах добавляется ещё мощность перезаряда затвора, Pg = Qg × Vgs × f.
Рабочая схема и защитные элементы
В реальной схеме к транзистору добавляют несколько простых деталей. Резистор Rg (10 – 100 Ом) в цепи затвора ограничивает ток перезаряда и гасит звон. Резистор 10 – 100 кОм от затвора к истоку не даёт затвору «висеть» в воздухе и гарантирует закрытое состояние при отключённом драйвере. При индуктивной нагрузке (реле, мотор, соленоид) обязателен обратный диод параллельно катушке, иначе выброс напряжения при выключении пробьёт транзистор.
Для BJT аналогичные элементы: Rb (резистор базы), резистор 4,7 – 10 кОм между базой и эмиттером и тот же обратный диод для индуктивной нагрузки.
Примеры расчёта
Пример 1. BJT в активном режиме
Условия: Vcc = 12 В, Rload = 1000 Ом, Ib = 0,1 мА, hFE = 100.
Ic(sat) = (12 − 0,2) / 1000 = 11,8 мА. Ic(act) = 100 × 0,1 мА = 10 мА, меньше 11,8 мА, поэтому транзистор в активном режиме.
Ic = 10 мА, Vce = 12 − 0,01 × 1000 = 2 В, Pd = 2 × 0,01 = 0,02 Вт. Результат совпадает с вычислениями в прежней версии статьи.
Пример 2. Тот же BJT, нагрузка 100 Ом
Vcc = 12 В, Rc = 100 Ом, hFE = 100, Ib = 1 мА: Ic = 100 мА, Vce = 2 В, Pd = 0,2 Вт (активный режим, транзистор греется).
При Ib = 5,9 мА (запас × 5): Ic(sat) = 118 мА, Vce = 0,2 В, Pd = 0,024 Вт. Резистор базы при Vin = 5 В: Rb = (5 − 0,7) / 5,9 мА = 729 Ом, подойдёт ближайший стандартный 680 Ом.
Пример 3. MOSFET на нагрузку 100 Ом
Условия: Vcc = 12 В, Rload = 100 Ом, Ugs = 5 В, Uth = 2 В, Rds(on) = 0,05 Ом при 4,5 В.
kn = 1 / (0,05 × 2,5) = 8,0 А/В², Uov = 3 В.
Максимальный ток нагрузки 12 / 100 = 0,12 А. Канал легко пропускает такой ток, транзистор в омическом режиме: Id = 120 мА, Uds = 5,00 мВ, Rds(eq) = 41,7 мОм, Pd = 600 мкВт.
В прежней версии статьи для такого же примера линейная формула давала неверные 6 А и «ошибку».
| Пример | Режим | Ток | Напряжение на транзисторе | Pd |
|---|---|---|---|---|
| 1 (BJT, Rc 1 кОм, Ib 0,1 мА) | Активный | 10,0 мА | 2,00 В | 20,0 мВт |
| 2а (BJT, Rc 100 Ом, Ib 1 мА) | Активный | 100 мА | 2,00 В | 200 мВт |
| 2б (BJT, Rc 100 Ом, Ib 5,9 мА) | Насыщение | 118 мА | 200 мВ | 23,6 мВт |
| 3 (MOSFET, Rload 100 Ом, Ugs 5 В) | Омический | 120 мА | 5,00 мВ | 600 мкВт |
| 4а (IRF540N, Ugs 10 В) | Омический | 4,91 А | 219 мВ | 1,08 Вт |
| 4б (IRF540N, Ugs 5 В) | Омический, хуже | 4,61 А | 924 мВ | 4,27 Вт |
| 4в (IRF540N, Ugs 3,5 В) | Насыщение | 406 мА | 11,0 В | 4,47 Вт |
Пресеты транзисторов
Значения в пресетах ориентировочные и взяты из типовых справочных данных. Всегда проверяйте их по таблице данных конкретного производителя.
| Транзистор | Тип | Корпус | Основные данные |
|---|---|---|---|
| 2N3904 | BJT NPN | TO-92 | hFE около 100, Icmax 0,2 А, Vceo 40 В, Pmax 0,625 Вт |
| BC547 | BJT NPN | TO-92 | hFE около 200, Icmax 0,1 А, Vceo 45 В, Pmax 0,5 Вт |
| TIP31C | BJT NPN | TO-220 | hFE около 30, Icmax 3 А, Vceo 100 В, Pmax 40 Вт (с радиатором) |
| 2N7000 | MOSFET | TO-92 | Uth около 2 В, Rds(on) единицы Ом, Id 0,2 А, Uds 60 В |
| IRLZ44N | MOSFET (logic-level) | TO-220 | Uth 1 – 2 В, Rds(on) 25 мОм при 5 В, Id 47 А, Uds 55 В |
| IRF540N | MOSFET | TO-220 | Uth 2 – 4 В, Rds(on) 44 мОм при 10 В, Id 33 А, Uds 100 В |
Типичные ошибки
| Ошибка | Последствие | Что сделать |
|---|---|---|
| Ток базы взят без запаса насыщения | Транзистор в активном режиме, греется, ключ не открыт | Использовать запас × 2 – × 10 или режим «Авто» |
| MOSFET управляется от 3,3 В без проверки Uth | Канал открыт не полностью, потери и нагрев | Выбрать logic-level и проверить Rds(on) при 3,3 В |
| Нет обратного диода на индуктивной нагрузке | Выброс напряжения пробивает транзистор | Диод параллельно катушке, катодом к плюсу |
| Нет резистора в цепи затвора или базы | Большой ток управления, звон, выход из строя драйвера | Rg 10 – 100 Ом, Rb по расчёту |
| Не учтена температура | Транзистор перегревается при нормальной мощности | Считать Tj = Ta + Pd × Rth, использовать радиатор |
| Сравнение с Pmax при 25 °C без снижения | Реальный запас меньше расчётного | Применять снижение допустимой мощности с температурой |
Ограничения модели
| Допущение | Эффект | Что учесть |
|---|---|---|
| Резистивная нагрузка | Для индуктивной и ёмкостной нагрузки форма тока другая | Использовать динамический анализ, обратный диод |
| Постоянные hFE и Vce(sat) | Реальные параметры зависят от тока, температуры и экземпляра | Брать запас, проверять по справочнику |
| Только потери проводимости | Переключение, заряд затвора и накопление не учтены | Оценить Psw и Pg отдельно |
| Rds(on) по справочнику | Реальная зависимость от Ugs и температуры сложнее | Брать данные при своём Ugs и температуре |
| Модель Шихмана–Ходжеса (квадратичная) | Для короткого канала приближение грубое | Для точных задач использовать SPICE-модель производителя |
| Постоянная температура | Rds(on) растёт с нагревом примерно в 1,5 – 2 раза до 150 °C | Закладывать запас |
| Нет второго пробоя и динамической области | Область допустимой работы у мощных BJT уже | Сверяться с графиком SOA производителя |
Результат носит ориентировочный характер и не заменяет полный расчёт схемы, тепловой анализ и моделирование. Перед монтажом проверьте схему в симуляторе и на макете.
Практические рекомендации
- В ключевом режиме насыщайте BJT с запасом и пользуйтесь принудительным hFE 10 – 20.
- Для MOSFET подавайте на затвор то напряжение, при котором в справочнике указан Rds(on), и не меньше.
- Не забывайте защитный резистор в цепи базы или затвора и подтягивающий резистор.
- Для мощных транзисторов считайте нагрев и подбирайте радиатор: Tj = Ta + Pd × Rth.
- Слишком малое сопротивление нагрузки или слишком большое напряжение могут повредить транзистор.
- Для индуктивных нагрузок ставьте обратный диод или демпфирующую цепочку.
- При параллельном включении MOSFET добавляйте отдельные резисторы затвора. BJT параллелить без выравнивающих резисторов в эмиттерах не следует.
Частые вопросы
В чём разница между режимом ключа и усилителя?
В режиме ключа транзистор либо закрыт, либо открыт до насыщения (BJT) или до омического режима (MOSFET), и потери минимальны. В режиме усилителя рабочая точка находится в активной области, и транзистор плавно меняет ток в зависимости от управляющего сигнала.
Почему в насыщении Ic не равен hFE × Ib?
Ток в насыщении ограничен нагрузкой: (Vcc − Vce(sat)) / Rc. hFE × Ib показывает, какой ток транзистор мог бы дать, если бы нагрузка позволяла. Отношение реального тока к току базы (принудительный hFE) получается меньше паспортного hFE.
Нужно ли для MOSFET учитывать ток затвора?
В статике он практически нулевой. При переключении затвор перезаряжается, и средняя мощность управления равна Qg × Vgs × f. Поэтому на высоких частотах нужен драйвер затвора.
Что значит «Запас по предельным параметрам»?
Это отношение рабочего значения к предельному: Ic / Icmax, Vcc / Vceo и средней Pd / Pmax. Менее 80 % считается нормальным, 80 – 100 % предупреждением, больше 100 % превышением.
Подробнее по режимам работы различных транзисторов почитайте в этом справочнике.
Литература
- Horowitz P., Hill W. The Art of Electronics, 3rd ed. Cambridge University Press, 2015.
- Sedra A. S., Smith K. C. Microelectronic Circuits, 7th ed. Oxford University Press.
- Razavi B. Fundamentals of Microelectronics, 2nd ed. Wiley, 2013.
- Neamen D. A. Microelectronics: Circuit Analysis and Design, 4th ed. McGraw-Hill, 2010.
- Baliga B. J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices. Springer, 2008.
- Mohan N., Undeland T. M., Robbins W. P. Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd ed. Wiley, 2003.
- Erickson R. W., Maksimović D. Fundamentals of Power Electronics, 3rd ed. Springer, 2020.
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника, 12-е изд., т. 1. М.: ДМК Пресс, 2008.
- Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977.
- JEDEC JESD51-1. Integrated Circuits Thermal Measurement Method (Electrical Test Method).
- Технические данные (datasheets) производителей: 2N3904 (ON Semiconductor), BC547 (ON Semiconductor), TIP31C (ON Semiconductor), 2N7000 (ON Semiconductor), IRLZ44N и IRF540N (Infineon, International Rectifier).
