Рк = 5 А ∙ 60 В = 300 Вт. А для транзистора П214 допускается всего лишь Рк.доп= 10 Вт. Поэтому, если установить предельно допустимый ток 5 А, то напряжение на коллекторе не должно быть больше, чем 2 В (Рк = 5 А ∙ 2 В = 10 Вт), а если установить предельно допустимое напряжение 60 В, то ток не должен превышать 0,17 А, то есть 170 мА (Рк = 60 В ∙ 0,17 А = 10 Вт).
На вольт-амперной характеристике коллекторной цепи (Р-88) есть дугообразная линия, граница допустимой мощности. Эта линия появилась как результат простых арифметических операций: определялись такие пары тока Iк и напряжения Uк, при которых Pк = Iк∙Uк не превышает допустимую мощность Рк_доп. Точно такая же граница допустимых токов и напряжений может быть построена для любого реального транзистора.
Допустимые параметры для мощных транзисторов приводятся в расчете на то, что они работают с внешними радиаторами (К-15), которые отводят тепло, предотвращают повышение температуры полупроводниковых материалов. При работе без радиаторов предельные параметры мощных транзисторов снижаются, как правило, в десять — двадцать раз. Если, скажем, с радиатором транзистор может создать «мощную копию» сигнала в 10 Вт, то без радиатора он едва вытерпит режим, при котором выходная мощность один ватт, а то и полватта.
О важнейшем усилительном параметре транзистора, коэффициенте усиления по току В, мы уже говорили (Т-144). Стоит лишь добавить, что измерение В может производиться в разных схемах и режимах. Если входить в тонкости, то насчитывается несколько разных значений этого коэффициента. Мы же ограничимся одним значением В — так называемым статическим коэффициентом усиления, который получают, измерив на прямолинейном участке вольт-амперной характеристики постоянный ток Iб и соответствующий ему постоянный ток Iк. На К-16 есть схема простейшей приставки к авометру для измерения коэффициента усиления В.
Параметр «предельная частота», или, иначе, «граничная частота» fгр, тоже не требует особых пояснений. Разные типы транзисторов по-разному работают на разных частотах. Причем граница существует только со стороны высоких частот — если транзистор работает на частоте fгр, то он прекрасно работает и на более низких частотах. Граничной обычно считают ту частоту, на которой усилительные способности транзистора ухудшаются примерно на 30 процентов. Правда, при дальнейшем увеличении частоты коэффициент усиления быстро падает, и вскоре транзистор вообще перестает усиливать.
И несколько слов о еще одном важном параметре — неуправляемом коллекторном токе Iко. Во всяком полупроводниковом материале, кроме тех свободных зарядов, которые появились с введением донора или акцептора, есть еще и собственные свободные заряды. Их сравнительно немного, но они есть. Причем если примесь создает в полупроводнике только один тип проводимости — только р или только n, то собственных дырок и электронов в любом проводнике поровну. В зоне n собственные свободные электроны смешиваются с примесными, а вот собственные дырки так и живут особняком, создают в зоне n небольшую дырочную проводимость. Точно так же в зоне р собственные дырки полупроводника теряются в общей массе примесных положительных зарядов, а собственные свободные электроны создают небольшую проводимость n-типа.
Пользы от этих собственных свободных зарядов, собственных носителей электрического заряда, нет никакой, а вреда они приносят немало. Они, например, создают ток, когда рn-переход закрыт, именно из-за них полупроводниковый диод пропускает ток не только в прямом, но и в обратном направлении (Т-133). Неосновных носителей немного, обратный ток через рn-переход невелик, но все-таки он есть и нередко доставляет массу хлопот.
Особенно неприятен обратный ток коллекторного рn-перехода, как его называют, неуправляемый коллекторный ток Iко (Р-88).
Р-88
Коллекторный переход должен пропускать к коллектору только те заряды, которые впрыскивает в него база. И когда транзистор закрыт, когда на базе нет напряжения или тем более когда на ней появляется «плюс» и накрепко закрывает эмиттерный переход, никакого коллекторного тока быть не должно. А он есть — собственные носители самого коллектора и базы создают этот никому не подчиняющийся, неуправляемый коллекторный ток Iко. И никакими командами с базы сделать коллекторный ток меньше, чем Iко, невозможно.
Самое неприятное даже не то, что этот ток есть, а то, что он сильно зависит от температуры. Действительно, появление собственных носителей, собственных свободных зарядов, связано только с тепловыми движениями атомов в кристаллической решетке полупроводника (Т-128). И чем выше температура, тем энергичнее эти движения, тем больше становится собственных носителей. Поэтому-то и меняется с температурой ток Iк. Изменяясь с температурой, неуправляемый ток сильно влияет на режим всего усилителя (Т-162), и поэтому, выбирая транзистор, стараются, чтобы ток Iко был у него как можно меньше. А там, где влияние тока Iко все же может быть ощутимым, принимают меры, чтобы этот ток как можно меньше влиял на режим усилителя.
Т-151. Основные типы транзисторов: высокочастотные и низкочастотные, германиевые и кремниевые, р-n-р и n-р-n транзисторы малой, средней и большой мощности. Заглянув в справочник по полупроводниковым приборам, можно увидеть там такое огромное множество наименований диодов и транзисторов, что даже страшно становится. К счастью, многие типы полупроводниковых приборов очень похожи, они имеют близкие характеристики и параметры, во многих случаях возможна совершенно безболезненная замена одних приборов другими. Да и вообще диоды и транзисторы можно разбить на несколько групп, внутри которых уже не так-то сложно разобраться, какой прибор от какого и чем отличается. В свое время мы разделили все диоды на плоскостные и точечные. А среди плоскостных диодов можно выделить сравнительно сильноточные приборы, допускающие прямые токи в несколько ампер, и группу приборов, допускающих прямой ток порядка 200–300 мА. В этой второй группе диоды различаются в основном только допустимым обратным напряжением, и можно совершенно спокойно заменять один тип диодов другим, если следить за тем, чтобы напряжение, действующее в схеме, не превысило допустимую для данного диода величину.
Нужно сказать, что многообразие типов полупроводниковых приборов иногда получается как бы само собой, как результат выбранного технологического процесса. Действительно, зачем было бы делать семь типов диодов Д7А — Д7Ж, рассчитанные на напряжение 50, 100, 150, 200, 300, 350 и 400 вольт (С-14). Можно было, казалось бы, ограничиться одним типом Д7Ж, выдерживающим 400 В, и использовать его во всех схемах с более низким напряжением. Однако же технология производства этого типа диодов такова, что в каждой партии получаются диоды, которые могут выдержать сравнительно большое напряжение, и такие, что терпят напряжение поменьше. Все эти диоды делят на группы и устанавливают цену на них с таким расчетом, чтобы было невыгодно применять высоковольтный прибор там, где можно обойтись более низковольтным.
Вот так же нередко появляются разные типы транзисторов в пределах одной группы или одного основного типа приборов. И бывает даже, сами эти основные типы различаются не очень сильно, не больше, наверное, чем разные модели «Жигулей». В качестве примера можно назвать старые транзисторы П13-П16, очень похожие на них более поздние приборы П39-П42, старые П201 и последующие П213-215, а, также разные, но в то же время во многом похожие транзисторы П401, П402, П403, П414, П415, П416, П420, П421, П422, П423, ГТ308, ГТ309, ГТ310, ГТ422; они в основном различаются допустимой мощностью Рк.доп, что для многих схем несущественно.
Все транзисторы можно разбить на несколько основных групп, которые уже сильно отличаются и по своим возможностям, и по использованию в схемах.
Один из признаков деления — сам материал, из которого сделан транзистор. Кремниевые приборы работают при более высоких температурах, у кремниевых транзисторов при прочих равных условиях удается получить меньшие значения неуправляемого тока Iко. Другой признак деления — граничная частота, он делит все транзисторы на две большие группы — низкочастотные и высокочастотные. К первым относят транзисторы с граничной частотой в десятки, в лучшем случае сотни килогерц. А высокочастотные приборы добрались уже до частот в сотни и тысячи мегагерц.
Очень сильно отличаются транзисторы, рассчитанные на получение различной выходной мощности. Их можно условно разбить на две группы — маломощные, у которых Рк.доп около 100–150 мВт, и транзисторы средней и большой мощности — у них Рк.доп несколько ватт или несколько десятков ватт. Эти приборы различаются и по электрическим параметрам, и чисто внешне, они никогда не заменяют друг друга. Здесь, наверное, уместно такое сравнение: маломощные транзисторы и мощные похожи не больше, чем юркие «Запорожцы» на многотонные МАЗы.
И наконец, все транзисторы — низкочастотные и высокочастотные, маломощные и мощные, германиевые и кремниевые — можно четко разделить на две группы: транзисторы со структурой р-n-р и транзисторы со структурой n-р-n. В принципе тип проводимости, структура транзистора мало влияют на его свойства и возможности; высокочастотный мощный кремниевый р-n-р транзистор работает примерно так же, как и высокочастотный мощный кремниевый транзистор n-р-n. Так, может быть, стоит ограничиться транзисторами одного какого-нибудь типа проводимости и другие вообще не выпускать? Оказывается — не стоит. Вот один из аргументов — применение транзисторов разной проводимости открывает удивительные возможности построения электронных схем (К-8, К-13, К-17 и другие схемы), делает их проще, надежнее.