BD139 to tranzystor NPN w obudowie TO-126 (SOT-32); wg noty katalogowej, patrząc od strony oznaczenia, z nóżkami skierowanymi w dół, wyprowadzenia od lewej to: 1 — emiter, 2 — kolektor, 3 — baza. Nadaje się do wzmacniaczy i sterowania obciążeniami, ale dopuszczalny prąd zależy również od mocy strat, chłodzenia i obszaru bezpiecznej pracy SOA.
Ten niedrogi tranzystor NPN dobrze sprawdza się zarówno w układach analogowych, jak i w roli przełącznika. Warunkiem jest prawidłowe spolaryzowanie bazy oraz zachowanie dopuszczalnych wartości prądu, napięcia i mocy strat.
W artykule omawiamy wyprowadzenia BD139, jego najważniejsze parametry, zasady bezpiecznej pracy i przykładowe zastosowania.
Zaczniemy od budowy i sposobu sterowania tranzystorem.
Co to jest BD139?
Tranzystor BD139
Źródło:
Wikimedia Commons
BD139 jest bipolarnym tranzystorem NPN przeznaczonym między innymi do wzmacniaczy i sterowników audio, często pracującym w parze komplementarnej. Prąd między kolektorem a emiterem zależy od prądu bazy; po spolaryzowaniu złącza baza–emiter w kierunku przewodzenia tranzystor zaczyna przewodzić.
Wg noty katalogowej wzmocnienie prądowe hFE całej rodziny BD139 mieści się w zakresie 40–250, zależnie od grupy. Graniczny ciągły prąd kolektora IC wynosi wg noty katalogowej 1,5 A; nie oznacza to możliwości pracy z takim prądem przy dowolnym napięciu kolektor–emiter.
W pracy przełączającej tranzystor powinien wejść w nasycenie, dlatego prąd bazy trzeba dobrać do prądu obciążenia. Podane wg noty katalogowej VEBO = 5 V jest granicą napięcia wstecznego złącza emiter–baza, a nie dopuszczalnym napięciem sterującym bazą w kierunku przewodzenia.
Tranzystor BD139 firmy Philips
Źródło:
Wikimedia Commons
Wyprowadzenia BD139 — kolejność E–C–B
Poniższa kolejność wyprowadzeń jest podana wg noty katalogowej dla obudowy TO-126 (SOT-32), oglądanej od przodu: oznaczenie zwrócone do Ciebie, nóżki w dół. Przy odwróceniu tranzystora widok jest lustrzany. Porównując wyprowadzenia różnych tranzystorów, zawsze sprawdzaj kierunek widoku na rysunku producenta.
| Wyprowadzenie | Nazwa | Funkcja |
|---|---|---|
| Pin 1 | Emiter | Wyprowadzenie, przez które prąd opuszcza tranzystor; w typowym układzie NPN często łączy się je z masą. |
| Pin 2 | Kolektor | Główna ścieżka prądu obciążenia, zwykle połączona z odbiornikiem. |
| Pin 3 | Baza | Wyprowadzenie sterujące prądem kolektora, używane do włączania i wyłączania tranzystora lub ustawiania punktu pracy. |
Uwaga przy montażu radiatora: wg noty katalogowej metalowa część tranzystora jest połączona z kolektorem (pin 2). Jeśli radiator nie jest na potencjale kolektora, zastosuj podkładkę izolacyjną i tulejkę izolującą śrubę; bez izolacji montaż może spowodować zwarcie.
Rozmieszczenie wyprowadzeń BD139
Źródło:
Wikimedia Commons
Parametry graniczne BD139
Obudowa elementu elektronicznego
Wartości poniżej podano typowo / wg noty katalogowej ST i innych producentów. Dokładne parametry zależą od producenta i wersji — przed projektowaniem sprawdź kartę katalogową konkretnego elementu. Wartości graniczne nie są zalecanym punktem pracy i nie muszą być dopuszczalne jednocześnie.
| Parametr | Wartość wg noty katalogowej | Warunek lub znaczenie |
|---|---|---|
| Obudowa | TO-126 (SOT-32) | Sprawdź rysunek producenta |
| VCBO / VCEO | 80 V / 80 V | Graniczne napięcia kolektor–baza / kolektor–emiter |
| VEBO | 5 V | Napięcie wsteczne emiter–baza |
| IC / ICM / IB | 1,5 A / 3 A / 0,5 A | Prąd kolektora ciągły / impulsowy / prąd bazy |
| Ptot | 12,5 W | Temperatura obudowy Tc = 25 °C |
| Tj max | 150 °C | Graniczna temperatura złącza |
| Rth(j-c) / Rth(j-a) | ≈ 10 °C/W / ≈ 100 °C/W | Typowo wg ST: złącze–obudowa / złącze–otoczenie bez radiatora |
| VCE(sat) | ≤ 0,5 V | Maksimum przy IC = 500 mA, IB = 50 mA |
| VBE(on) | ≤ 1 V | Maksimum przy VCE = 2 V, IC = 500 mA |
Grupy wzmocnienia hFE
Wg noty katalogowej poniższe zakresy dotyczą IC = 150 mA i VCE = 2 V. Oznaczenie grupy pomaga dobrać element do wzmacniacza, ale hFE nie jest gwarancją nasycenia przy takim samym stosunku prądu kolektora do prądu bazy.
| Wersja | Zakres hFE wg noty katalogowej |
|---|---|
| BD139 — cała rodzina | 40–250 |
| BD139-6 | 40–100 |
| BD139-10 | 63–160 |
| BD139-16 | 100–250 |
Rodzina BD139 i dobór zamiennika
Do tej samej rodziny NPN należą BD135, BD137 i BD139. Wg noty katalogowej ich graniczne napięcia VCEO wynoszą odpowiednio 45 V, 60 V i 80 V, więc element o niższym napięciu granicznym nie jest uniwersalnym zamiennikiem BD139.
Komplementarne tranzystory PNP to odpowiednio BD136, BD138 i BD140. Mają przeciwną polaryzację i nie zastępują bezpośrednio NPN w niezmienionym układzie. Przy doborze zamiennika porównaj wyprowadzenia, napięcia graniczne, grupę hFE, warunki chłodzenia i SOA.
Zastosowania BD139
BD139 stosuje się między innymi:
w układach sterowanych sygnałem logicznym przez odpowiednio dobrany rezystor bazy,
w stopniach przełączających,
do sterowania obciążeniami w granicach SOA i katalogowego IC — wg noty katalogowej maksymalnie 1,5 A prądu ciągłego,
w stopniach wzmacniających,
w edukacyjnych projektach elektronicznych i konstrukcjach DIY, w tym z Arduino oraz w układach analogowych,
w sterownikach obciążeń.
Jak zapewnić bezpieczną pracę BD139?
Przekroczenie dopuszczalnego obciążenia może szybko uszkodzić BD139, dlatego podczas projektowania trzeba uwzględnić jego graniczne parametry elektryczne i cieplne.
Wg noty katalogowej granice VCEO i ciągłego IC wynoszą odpowiednio 80 V i 1,5 A. Nie wystarczy sprawdzić każdej z nich osobno: punkt pracy musi mieścić się także w SOA, z zapasem na nagrzewanie i przepięcia.
Rezystor bazy ogranicza prąd sterujący, a chłodzenie musi utrzymać temperaturę złącza poniżej granicy Tj max = 150 °C wg noty katalogowej. Przekroczenie dopuszczalnej temperatury może uszkodzić element nawet przy prądzie niższym od katalogowego maksimum.
Chłodzenie, moc strat i obszar SOA
Dopuszczalną moc obliczamy ze wzoru P = (Tj max − T) / Rth. Dla rezystancji złącze–otoczenie T oznacza temperaturę otoczenia, a dla złącze–obudowa — temperaturę obudowy. Korzystając z parametrów wg noty katalogowej z tabeli, otrzymujemy następujące granice cieplne:
- Bez radiatora, przy otoczeniu 25 °C: P = (150 °C − 25 °C) / (100 °C/W) = 1,25 W.
- Z radiatorem utrzymującym obudowę na Tc = 75 °C: P = (150 °C − 75 °C) / (10 °C/W) = 7,5 W.
- Przy Tc = 25 °C: P = (150 °C − 25 °C) / (10 °C/W) = 12,5 W. To teoretyczny wariant idealnego chłodzenia; utrzymanie obudowy w temperaturze otoczenia przy takiej mocy jest w praktyce nieosiągalne.
Linia stałej mocy P = VCE · IC daje IC(max) = P / VCE. Poniższe wartości są obliczone, z ograniczeniem do ciągłego IC = 1,5 A wg noty katalogowej. Nie są pełną tabelą bezpiecznych punktów pracy: osiągnięcie granicznej temperatury nie pozostawia zapasu, a SOA może ograniczać prąd mocniej.
| VCE | 1,25 W — bez radiatora | 7,5 W — Tc = 75 °C | 12,5 W — Tc = 25 °C, idealnie |
|---|---|---|---|
| 5 V | 250 mA | 1,5 A (ogranicza IC max) | 1,5 A (ogranicza IC max) |
| 12 V | 104 mA | 625 mA | 1,04 A |
| 24 V | 52 mA | 312 mA | 521 mA |
SOA ograniczają maksymalny prąd, hiperbola stałej mocy, drugie przebicie oraz napięcie VCEO. Drugie przebicie przy wysokim VCE i prądzie może uszkodzić tranzystor mimo spełnienia samego warunku mocy. Krótkie impulsy pozwalają na chwilowo większą moc, ale dopuszczalne warunki trzeba odczytać z krzywych SOA konkretnej noty.
Sterowanie przekaźnikiem — dobór rezystora i diody
W przykładzie tranzystor pracuje jako przełącznik: emiter łączy się z masą, kolektor z cewką, a drugi koniec cewki z +12 V. Masa logiki i zasilania cewki musi być wspólna. Dla cewki 12 V o rezystancji 400 Ω obliczony prąd wynosi IC = 12 V / 400 Ω = 30 mA.
Przyjmujemy IB = IC / 10 = 3 mA oraz VBE ≈ 0,7 V jako założenie obliczeniowe. Dla logiki 5 V: RB = (5 V − 0,7 V) / 0,003 A ≈ 1,43 kΩ. Wybór 1,5 kΩ z szeregu E12 daje IB ≈ 2,87 mA i stosunek IC/IB ≈ 10,5. Sprawdź, czy wyjście logiki może dostarczyć wymagany prąd.
Przy założeniu VCE(sat) ≤ 0,5 V straty wynoszą P ≤ 0,5 V × 0,03 A = 15 mW, więc w tym przykładzie radiator jest zbędny. Wg noty katalogowej maksimum 0,5 V określono przy IC = 500 mA i IB = 50 mA; użycie go tutaj jest założeniem obliczeniowym, nie wynikiem pomiaru ani osobną gwarancją katalogową dla cewki.
Diodę zwrotną, np. 1N4007, podłącz równolegle do cewki, katodą do +12 V, anodą do kolektora. Przy budowie lub wyborze modułu przekaźnika sprawdź obecność tego zabezpieczenia. To opis działania, nie nasz wynik pomiaru: po wyłączeniu tranzystora cewka podtrzymuje przepływ prądu. Bez diody napięcie kolektora gwałtownie rośnie i może przekroczyć VCEO = 80 V wg noty katalogowej, powodując przebicie. Dioda zapewnia drogę zaniku prądu cewki.
Przy większym obciążeniu ponownie sprawdź moc strat i wymagane sterowanie. Warunek IC = 500 mA, IB = 50 mA wg noty katalogowej pokazuje, że przy małym prądzie bazy nie wolno zakładać takiego samego napięcia nasycenia na podstawie samego hFE.
Przykładowe układy z BD139
Poniżej przedstawiono trzy typowe zastosowania BD139: stopień wzmacniający, klucz tranzystorowy oraz sterownik wentylatora współpracujący z Arduino.
BD139 jako wzmacniacz
Schemat obwodu wzmacniacza BD139
Źródło:
Wikimedia Commons
BD139 może pracować w stopniu wzmacniacza audio. Pasmo przenoszenia i zniekształcenia zależą od całego układu oraz jego punktu pracy.
Moc wyjściową trzeba ustalić dla konkretnego schematu, zasilania i obciążenia; nie wynika ona bezpośrednio z katalogowej mocy strat tranzystora.
Wzmacniacz ma dwa stopnie z tranzystorami 2N3904 i BD139, pełniącymi odmienne funkcje w torze sygnałowym.
Sygnał wejściowy trafia przez kondensator sprzęgający do stopnia w konfiguracji wspólnego emitera. Kondensator odcina składową stałą i przepuszcza składową zmienną.
Tranzystor Q1 wzmacnia sygnał wejściowy i przekazuje go do Q2, który zapewnia dalsze wzmocnienie oraz steruje wyjściem.
BD139 jako przełącznik diody LED
Schemat obwodu przełącznika BD139
Źródło:
Wikimedia Commons
To prosty układ, w którym BD139 pracuje jako przełącznik. Dwa rezystory ograniczają prąd diody LED i prąd bazy tranzystora.
Po zamknięciu przełącznika prąd płynie przez rezystor bazy, wprowadzając BD139 w stan przewodzenia. Prąd kolektora zasila wtedy diodę LED, która zaczyna świecić.
Przy odpowiednim prądzie bazy BD139 pracuje w nasyceniu. Granica VCEO = 80 V wg noty katalogowej dotyczy kolektora i emitera, nie napięcia baza–emiter. Po zaniku prądu bazy tranzystor się wyłącza.
Sterowanie wentylatorem z Arduino
Schemat układu BD139 współpracującego z Arduino
Źródło:
Wikimedia Commons
W tym projekcie BD139 pełni funkcję stopnia wykonawczego w regulatorze prędkości wentylatora sterowanym przez Arduino.
Wyjście PWM płytki Arduino steruje bazą tranzystora, a BD139 załącza prąd wentylatora zgodnie z wypełnieniem impulsów. Dzięki temu mikrokontroler reguluje prędkość silnika bez bezpośredniego obciążania swojego wyjścia.
Podsumowanie
Tranzystor BD139
Źródło:
Wikimedia Commons
BD139 to dobrze znany tranzystor NPN stosowany w wielu układach elektronicznych. Niska cena i stosunkowo duży dopuszczalny prąd kolektora sprawiają, że chętnie wykorzystuje się go również w nauce elektroniki.
Element spotyka się zarówno w urządzeniach komercyjnych, jak i w projektach edukacyjnych. Wg noty katalogowej graniczny ciągły prąd kolektora wynosi 1,5 A; sterowanie diodami LED, przekaźnikami i niewielkimi silnikami wymaga uwzględnienia SOA, mocy strat oraz chłodzenia.
LED
Wg noty katalogowej VCEO wynosi 80 V, a moc strat 12,5 W dotyczy obudowy utrzymywanej na Tc = 25 °C. Wg tej samej noty VCE(sat) ≤ 0,5 V obowiązuje przy IC = 500 mA i IB = 50 mA. Dokładne wartości i warunki zależą od producenta i wersji — sprawdź kartę katalogową przed doborem elementu.
Przed użyciem tranzystora warto sprawdzić układ wyprowadzeń konkretnej obudowy, dobrać rezystor bazy i upewnić się, że temperatura złącza pozostanie w bezpiecznym zakresie.
