14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В закрытом состоянии к тиристору может бытьприложено большое напряжение, а ток при этом будет мал.Открытое состояние тиристора соответствует низковольтному участкупрямой ветви вольт-амперной характеристики.Uак < 0 ("-" на аноде)При обратном напряжении на тиристоре, т. е. при отрицательномпотенциале на аноде, переходы П1 и П3 смещены в обратномнаправлении, а переход П2 - в прямом. В этом случае нет условий дляпереключения тиристора, а обратное напряжение может бытьограничено либо лавинным пробоем переходов П1, П3, либо эффектомсмыкания переходов в результате их расширения.Рис.5.46.
Двухтранзисторная модель тиристораИз рассмотрения эквивалентной схемы видно, что ток тиристора Iявляется током первого эмиттера Iэ1 или током второго эмиттера Iэ2Iэ1 = Iэ2 = I.Иначе, ток I можно рассматривать как сумму двух коллекторныхтоков, равных соответственноIк1 =Iк2 =12Iэ1,Iэ2.129130Кроме того, в состав тока I входит еще начальный ток коллекторногопереходаУсловное графическое обозначение динистора имеет следующий видI = Iк1 + Iк2 + Iкбо.Таким образом, можно написатьI=(1+2)Триодный тиристор (тринистор)I + IкбоЕсли от одной из областей (n1 или p2) сделан вывод, то получаетсяуправляемый тиристор, называемый триодным или тринистором(рис.5.48).илиII КБО,1 1 2 (5.4)где, 1 + 2 - это суммарный коэффициент передачи тока тиристорнойструктуры.При малых токах 1 и 2 значительно меньше единицы (рис.5.47), аследовательно и сумма их также меньше единицы.Рис.5.48.
Структура триодного тиристораРис.5.47. Зависимости коэффициентов передачи тока транзисторов оттока эмиттераТаким образом, из (5.4) следует, что переключение тиристора иззакрытого состояния в открытое должно произойти при условииравенства единицы суммарного коэффициента передачи тока1+2= 1.Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, можнорегулировать значение напряжения включения. Чем большеуправляющий ток Iу, тем меньше напряжение включения Uвкл.Эти основные свойства триодного тиристора наглядно отражаются еговольт-амперными характеристиками (рис.5.49).131132Обычные триодные тиристоры не запираются с помощьюуправляющей цепи, и для запирания необходимо уменьшить ток втиристоре до значения ниже тока удержания Iуд.
Однако разработаны иприменяются так называемые запираемые триодные тиристоры,которые запираются при подаче через управляющий электрод короткогоимпульса обратного напряжения на эмиттерный переход (рис.5.51).Рис.5.49. Вольт-амперные характеристики триодного тиристораЧем больше Iу, тем сильнее инжекция носителей заряда из области n2в область р2 и тем меньше требуется напряжение на тиристоре Uак, длятого чтобы начался процесс отпирания прибора.
Наиболее высокое Uвклполучается при отсутствии тока управления. И наоборот, придостаточно высоком Iу характеристика триодного тиристоравырождается в характеристику прямой ветви обычного диода.Классификация тринисторов с ихобозначениями приведена на рис.5.50.условнымиграфическимиРис.5.51. Отличительные особенности незапираемых и запираемыхтринисторовСимметричный тиристор (симистор)Диодные и триодные тиристоры пропускают рабочий ток только водном направлении, что ограничивает возможность их применения длярегулирования переменного тока. Встречно-параллельное включениедвух тиристоров решает указанную задачу, но более надежными,эффективнымиималогабаритнымиявляютсяспециальнопредназначенные для этой цели двусторонние полупроводниковыетиристоры, имеющие структуру n-p-n-p-n (или p-n-p-n-p), которыеназываются симисторами (рис.5.52).
Они отпираются при любойполярности напряжения и проводят ток в обоих направлениях.Рис.5.50. Классификация тринисторов133134Вольт-амперная характеристика такого тиристора получаетсяодинаковой при разных полярностях приложенного напряжения(рис.5.54)Рис.5.52. Классификация и условные графические обозначениясимисторовПри одной полярности напряжения ("+" на область p1 , "-" на областьn2) работает правая половина прибора (рис.5.53). При обратнойполярности ("+" на область p2, "-" на область n3) ток идет в обратномнаправлении через левую половину прибора.Рис.5.54.
Вольт-амперная характеристика симметричного диодноготиристораДинамика работы тиристораИз рис.5.55 видно, что в точке А создаются необходимые условия дляотпирания тиристора и он переходит из закрытого состояния в открытое(А-В). Напряжение на нем резко падает, а ток начинает протекать.Если ток протекающий через тиристор станет меньше тока удержанияIуд то тиристор закрывается (C-D).Рис.5.53. Структура симметричного тиристораРис.5.55. Динамика работы тиристора135136Эффект dU/dtПри быстром нарастании основного напряжения на тиристоре Uакчерез него будет проходить емкостной ток, обусловленный наличиембарьерных емкостей p-n-переходов (рис.5.56).а)б)Рис.5.56.
Влияние барьерной емкости перехода на работу тиристораРассмотрим влияние барьерной емкости перехода П2. Емкостной токчерез переход П2 определяется следующим образомI Cбар С бар dU акdt(5.5)Чем больше скорость изменения основного напряжения на тиристоре,тем больше значение емкостного тока через переход. Этот ток, проходячерез переходы П1 и П3, вызывает увеличение коэффициентов передачитока, что приводит к включению тиристора при основном напряжении,меньшем напряжения включения.Барьерные емкости переходов П1 и П3 являются причиной появленияемкостных токов через эти переходы при быстром изменениинапряжения на тиристоре.
Емкостные токи не связаны с инжекциейносителей заряда, поэтому с увеличением скорости изменениянапряжения включение тиристора должно происходить принапряжениях, больших напряжения включения, если учитывать толькобарьерные емкости этих переходов.Практически барьерная емкость перехода П2 сказывается сильнее, таккак она шунтирует большое активное сопротивление этого перехода,смещенного в обратном направлении при закрытом состояниитиристора. Барьерные емкости переходов П1, П3 сами оказываютсязашунтированными сопротивлениями этих переходов, смещенных призакрытом состоянии тиристора в прямом направлении.
Поэтомунапряжение включения тиристора с увеличением скорости нарастанияосновного напряжения уменьшается.Однако, эффект dU/dt часто оказывается не положительным, аотрицательнымсвойством,таккакможетприводитьксамопроизвольному включению тиристора, например при подключенииисточника питания (рис.5.57).137138Принцип действияПри подаче анодного напряжения Еа емкость С начинает заряжатьсячерез резистор Rа. Когда напряжение на емкости достигнет величиныUвкл - произойдет включение тиристора, его сопротивление резко упадети конденсатор быстро разрядится через малое сопротивлениеограничительного резистора Rогр.
После этого цикл повторяется(рис.5.59).Рис.5.57. Временные диаграммы, иллюстрирующие эффект dU/dtРелаксационный генератор пилообразных колебанийПример использования триодного тиристора в простейшей схемерелаксационного генератора пилообразных колебаний представлен нарис. 5.58.Рис.5.59. Временные диаграммы работы релаксационного генераторапилообразных колебанийУравнение линии нагрузки для выходной цепиUак = Ea - IaR,где R = Ra + Rогр (Ra >> Rогр).Условия возникновения колебанийРис.5.58. Принципиальная схема релаксационного генератора1.U вкд E a ;2.ЕаE U вкл R a.I выклI вкл1391405.4.
Полевые транзисторыК классу полевых (униполярных) относятся транзисторы, принципдействия которых основан на использовании носителей заряда толькоодного знака (или электронов или дырок). Управление током в этихтранзисторах осуществляется изменением проводимости канала, черезкоторый протекает ток под воздействием электрического поля.Классификация полевых транзисторов (по способу создания канала)представлена на рис.5.60.Рис.5.61. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходомРис.5.60. Классификация и условные графические обозначения полевыхтранзисторовПолевой транзистор с управляющим p-n-переходомСтруктура и принцип действия полевого транзистораПолевой транзистор с управляющим p-n-переходом имеет дваомических контакта к области полупроводника, по которому проходитуправляемый или регулируемый поток основных носителей заряда, и pn-переход, смещенный в обратном направлении (рис.5.61).При изменении обратного напряжения на управляющем p-n-переходеизменяется его толщина, а следовательно, толщина области, по которойпроходит управляемый поток основных носителей заряда.
Область вполупроводнике, в которой регулируется поток основных носителейзаряда, называют проводящим каналом. Электрод полевого транзистора,через который в проводящий канал входят носители заряда, называютистоком. Электрод полевого транзистора, через который из каналавыходят носители заряда называют стоком. Электрод полевоготранзистора, на который подают сигнал, называют затвором.Проводящий канал может иметь электропроводность как n-, так иp-типа.
Соответственно различают полевые транзисторы с n-каналом ир-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых наэлектроды полевых транзисторов с n- и р-каналом, противоположны.Управление током стока, т. е. током от внешнего относительномощного источника питания в цепи нагрузки, происходит приизменении обратного напряжения на p-n-переходе затвора.От биполярного транзистора полевой отличается, во-первых,принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходнымсигналом производится входным током, а в полевом транзисторе –141142входным напряжением. Во-вторых, полевые транзисторы имеютзначительно большие входные сопротивления, что связано с обратнымсмещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевыхтранзисторов.Стоковые характеристикиСтоковые характеристики полевого транзистора с управляющим p-nпереходом в схеме с общим истоком (рис.5.63) определяют зависимостьIc = f(Uси) при Uзи=const.Статические характеристикиСтокозатворные характеристикиУправляющеестокозатворныезависимостьдействиезатворанаглядно(управляющие)характеристики,иллюстрируютвыражающиеIc = f(Uзи) при Uси=const,представленные на рис.5.62.Рис.5.63.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
