простой биполярный транзистор

Самым ответственным функциональным узлом силовой электроники являются полупроводниковые ключи, использование которых позволяет существенно упростить архитектуру схемы преобразователей и оптимизировать их функциональность и экономичность. В наши дни в роли управляемых ключей применяются силовые биполярные транзисторы, полевые транзисторы MOSFET, тиристоры и биполярные транзисторы с изолированным затвором. Однако биполярные полупроводниковые приборы оказались наиболее перспективным вариантом вследствие простоты и минимальной себестоимости, при этом устройства обеспечивают приемлемые параметры: 

• низкое падение напряжения;
• высокая граница блокировки (до 2000 V);
• моментальное срабатывание.

Наличие таких достоинств обусловило широчайшее применение этих полупроводниковых приборов в составе энергетического оборудования 70-х годов. Но нужно учитывать, что биполярные транзисторы имеют и некоторые недостатки, в числе которых: высокий разброс значений коэффициента передачи тока в зависимости от особенностей схемотехники и температуры, склонность к кумуляции, особые требования к характеристикам управляющего напряжения, низкая плотность тока. Наличие этих минусов повлекло необходимость присутствия вспомогательных цепей управления и защиты, что неизбежно повышает стоимость устройства. 

В силу приведенных обстоятельств в начале 80-х годов было освоено производство полевых транзисторов с изолированным затвором. Однако биполярные транзисторы большой мощности, получившие ряд усовершенствований, продолжают активно использоваться и сегодня в некоторых отраслях преобразовательного оборудования, предъявляющих жёсткие требования к надёжности и цене готовой продукции. Здесь можно было бы назвать:

1. Схемы строчной развёртки.
2. Электронные блоки люминесцентных ламп.
3. Системы электронного зажигания.

Но это не может остановить процесса медленного вытеснения простых биполярных транзисторов за счёт использования более совершенных устройств.

Импульсные полупроводники

Неизменным атрибутом бытовой электроники, берущей от сети мощность более 110 Вт стали импульсные источники питания. Их можно найти в составе мониторов, телевизоров и компьютеров. Для построения схем таких источников используются отработанные инженерные подходы. Чтобы исключить сквозные токи, практикуют импульсы прямоугольной формы с временным интервалом, достаточным, чтобы произошло рассасывание носителей в базе, поскольку в противном случае приборы будут испорчены.

Обычно в импульсных источниках использовались высоковольтные полупроводники, не отличающиеся оптимальными техническими характеристиками. У них высоки утечки, сильно падает напряжение. Но вопрос решился с приходом на рынок специальных биполярных импульсных транзисторов иностранных брендов. Кроме того, такие устройства могут быть построены на любой из микросхем, предназначенных для импульсных схем.

Революционная технология

Если непрофессионал увидит на плате полупроводник, ему он покажется ничем не примечательной маленькой электронной деталькой с тремя выводами. Однако внутри этого неказистого корпуса сокрыт результат важнейшего физического открытия. Сегодня такие полупроводники стоят на платах 95% электрооборудования всех типов.

Именно эти полупроводниковые приборы позволили в десятки раз повысить экономичность электрических машин. А поскольку основными потребителями электроэнергии как раз они и являются, то планета вздохнула с облегчением. Новый вид биполярного транзистора привёл к революционным изменениям в сфере преобразователей электроэнергии. Поскольку 80% всего расхода электричества приходится на электрические машины, экономия оказалась колоссальной. Новый кремниевый биполярный транзистор обладает огромной надёжностью, уверенной устойчивостью по отношению к перегрузкам и замыканиям, минимальной утечкой и потерями, превосходными температурными характеристиками.

Полупроводники нового типа имеют столь заметные преимущества перед приборами предыдущего поколения, что системные инженеры тут же взяли их на вооружение, начав активно внедрять в состав самых разнообразных устройств. Цена новых компонентов стала намного ниже, а экономия электричества достигла 28%. Конечно, это привело к тому, что за каких-то 10 лет биполярные транзисторы вошли в состав подавляющего числа индустриальной аппаратуры и бытовой техники.

Параллельно с этим БТИЗ стали использоваться в таких новейших отраслях, как производство электрокаров, солнечная и ветряная энергетика. Можно с уверенностью сказать, что через 5 лет БТИЗ будут присутствовать в 98% всех известных электрических устройств. Они уже и сегодня стоят практически во всех системах управления электромоторами – от маломощных до тяговых моторов скоростных поездов и двигателей насосных станций мегаполисов.

Новые подходы к биполярным транзисторам npn pnp позволили добиться ранее недостижимой эффективности и экономичности, что дало старт развитию технологий, до этого считавшихся нерентабельными. Привлекательная цена открыла двери для инженерных решений в области электротранспорта, «зелёной энергетики». Биполярные транзисторы стали стоить на порядок меньше интегральных микросхем, осуществляющих точное управление электроэнергией. Их массово применяют в телевизорах, индукционных плитах, тюнерах, плеерах, компьютерах, устройствах индустриальной автоматизации. Только адаптеров для ноутбуков с участием полупроводников этого типа ежегодно выпускается миллиард единиц.

Развитие технологии

Инженеры-электронщики на достигнутом останавливаться, конечно, не планируют. Идёт планомерное развитие темы по следующим основным направлениям: специализация для конкретных случаев применения с целью оптимизации затрат; минимизация паразитных параметров; улучшение теплоотвода; упрощение smd-монтажа.