Как подобрать аналог транзистора

В этой статье разберем тему подбора аналогов биполярных и полевых транзисторов. На какие параметры транзистора следует обратить внимание, чтобы по ним подобрать подходящую замену?

Для чего это нужно? Бывает так, что ремонтируя какой-нибудь прибор, скажем, импульсный блок питания, пользователь оказывается вынужден обратиться в ближайший магазин электронных компонентов, но в ассортименте не находится именно такого транзистора, который вышел из строя в схеме прибора. Тогда и приходится выбирать из того, что есть в наличии, то есть подбирать аналог.

А бывает еще и так, что сгоревший транзистор на плате был из тех, которые уже сняты с производства, и тогда как нельзя кстати приходится доступный в сети даташит, где параметры можно посмотреть, и по ним подобрать подходящий аналог из ныне доступных. Так или иначе, нужно знать, по каким параметрам выбирать, об этом и пойдет речь далее.

Биполярные транзисторы

Для начала поговорим о биполярных транзисторах. Главными характеристиками здесь выступают:

• максимальное напряжение коллектор-эмиттер,

• максимальный ток коллектора,

• максимальная рассеиваемая корпусом транзистора мощность,

• граничная частота,

• коэффициент передачи по току.

Первым делом оценивают схему в целом. На какой частоте работает прибор? Насколько быстрым должен быть транзистор? Лучше всего, если рабочая частота прибора будет в 10 и много более раз ниже граничной частоты транзистора. Например fгр равна 30 МГц, а рабочая частота прибора, где транзистор будет работать, составляет 50 кГц.

Если же заставить транзистор работать на частоте близкой к граничной, то коэффициент передачи по току станет стремиться к единице, и для управления потребуется много энергии. Поэтому пусть граничная частота подбираемого аналога будет больше или равна граничной частоте транзистора, который нужно заменить.

Следующим шагам обращают внимание на мощность, которую сможет транзистор рассеять. Здесь же смотрят на максимальный ток коллектора и на предельное значение напряжения коллектор-эмиттер. Максимальный ток коллектора должен быть выше максимального тока в управляемой транзистором цепи. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер у выбираемого транзистора должно быть выше предельного напряжения в управляемой цепи.

Если параметры подбираются исходя из даташита на заменяемый компонент, то подбираемый аналог по предельному напряжению и предельному току должен соответствовать или превосходить заменяемый транзистор. Например, если сгорел транзистор, предельное напряжение коллектор-эмиттер которого было 80 вольт, а максимальный ток составлял 10 ампер, то в этом случае аналог с максимальными параметрами по току и напряжению 15 ампер и 230 вольт — подойдет в качестве замены.

Далее оценивают коэффициент передачи по току h21. Данный параметр указывает на то, во сколько раз ток коллектора превосходит ток базы в процессе управления транзистором. Приоритет лучше отдавать транзисторам со значением этого параметра большим или равным h21 исходного компонента, хотя бы приблизительно.

Нельзя ставить вместо транзистора с h21 = 30, транзистор с h21 = 3, управляющая цепь просто не справится или сгорит, а прибор не сможет нормально работать, лучше, если аналог будет иметь h21 на уровне 30 или больше, например 50. Чем выше коэффициент усиления по току, тем проще транзистором управлять, тем выше КПД управления, ток базы меньше, ток коллектора — больше.

Транзистор без лишних затрат входит в насыщение. Если же прибор, куда подбирается транзистор, отличается повышенным требованием к коэффициенту передачи по току, то пользователю следует подобрать аналог с более близким к оригиналу h21, либо придется внести изменения в цепь управления базой.

Наконец, смотрят на напряжение насыщения, напряжение коллектор-эмиттер открытого транзистора. Чем оно меньше, тем меньше мощности будет рассеиваться на корпусе компонента в виде тепла. И важно отметить, сколько реально в схеме придется транзистору рассеивать тепла, максимальное значение рассеиваемой корпусом мощности приводится в документации (в даташите).

Умножьте ток коллекторной цепи на напряжение, которое будет падать на переходе коллектор-эмиттер в процессе работы схемы, и сравните с максимально допустимой для корпуса транзистора тепловой мощностью. Если реально выделяемая мощность окажется больше предела, транзистор быстро сгорит.

Так, биполярный транзистор 2N3055 можно смело заменить на КТ819ГМ и наоборот. Сравнив их документацию, можно прийти к выводу, что это почти полные аналоги, как по структуре (оба NPN), так и по типу корпуса и по основным параметрам, важным для равно эффективной работы в аналогичных режимах.

Полевые транзисторы

Теперь поговорим о полевых транзисторах. Полевые транзисторы широко применяются сегодня, в некоторых устройствах, например в инверторах они почти полностью вытеснили собой биполярные транзисторы. Полевые транзисторы управляются напряжением, электрическим полем заряда затвора, и поэтому управление получается менее затратным, нежели в биполярных транзисторах, где управление осуществляется током базы.

Полевые транзисторы намного быстрее переключаются в сравнении с биполярными, обладают повышенной термоустойчивочтью, и не имеют неосновных носителей заряда. Чтобы обеспечить коммутацию значительных токов, полевые транзисторы можно соединять параллельно в большом количестве без выравнивающих резисторов, достаточно подобрать подходящий драйвер.

Итак, что касается подбора аналогов полевых транзисторов, то здесь алгоритм тот же, что и при подборе биполярных аналогов, с той лишь разницей, что отпадает проблема с коэффициентом передачи по току и дополнительно появляется такой параметр как емкость затвора. Максимальное напряжение сток-исток, максимальный ток стока. Лучше выбрать с запасом, чтобы наверняка не сгорел.

У полевых транзисторов нет такого параметра как напряжение насыщения, зато есть параметр «сопротивление канала в открытом состоянии». Исходя из этого параметра можно определить, какая мощность будет рассеиваться на корпусе компонента. Сопротивление открытого канала может составлять от долей ома до единиц ом.

У высоковольтных полевых транзисторов сопротивление открытого канала, как правило, больше одного ома, и это нужно обязательно брать в расчет. Если удастся выбрать аналог с меньшим сопротивлением открытого канала, то и тепловых потерь будет меньше, и падение напряжения на переходе не будет в открытом состоянии критически высоким.

Крутизна характеристики S у полевых транзисторов – аналог коэффициента передачи по току биполярных транзисторов. Этот параметр показывает зависимость тока стока от напряжения затвора. Чем выше крутизна характеристики S, тем меньшее напряжение нужно подать на затвор для коммутации значительного тока стока.

Не нужно забывать при выборе аналога и про пороговое напряжение затвора, ведь если напряжение на затворе будет ниже порогового, то транзистор полностью не откроется, и коммутируемая цепь не получит достаточного питания, всю мощность придется рассеивать транзистору, и он просто перегреется. Напряжение управления затвором должно быть выше порогового. Аналог должен иметь пороговое напряжение затвора не выше чем оригинал.

Мощность рассеяния полевого транзистора аналогична мощности рассеяния биполярного транзистора, этот параметр указан в даташите, и зависит, как и в случае с биполярными транзисторами, от типа корпуса. Чем больше корпус компонента, тем большую тепловую мощность сможет он безопасно для себя рассеять.

Емкость затвора. Поскольку полевые транзисторы управляются напряжением затвора, а не током базы, как биполярные транзисторы, то здесь вводится такой параметр как емкость затвора и полный заряд затвора. При выборе аналога на замену оригиналу, обратите внимание на то, чтобы затвор у аналога не был тяжелее.

Емкость затвора лучше всего, если окажется чуть меньше, таким полевым транзистором проще управлять, фронты получатся круче. Однако если затворные резисторы в схеме управления вы перепаивать не намерены, то пусть емкость затвора будет максимально близкой к оригиналу.

Так, очень распространенные несколько лет назад, IRFP460 заменяют на 20N50, у которого затвор немного легче. Если обратиться к даташитам, то легко заметить почти полное сходство параметров этих полевых транзисторов.

Надеемся, что эта статья помогла вам разобраться в том, на какие характеристики нужно ориентироваться, чтобы подобрать подходящий аналог транзистора.

Андрей Повный