Лекция (855794), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Символическое изображение IGBT транзистораи его выходная вольт-амперная характеристика показаны на рис. 1.2,ж.Это наиболее перспективный тип ключевых управляемых приборов. Онипредставляют собой комбинацию полевого транзистора по входу ибиполярного транзистора по выходу, что позволяет получитьэлектрический ключ на достаточно большие токи при затрате малыхмощностей по цепи управления.Тенденция развития элементной базы направлена на унификациюэлектронных ключей, уменьшения их установленной мощности, снижениюпотерь и уменьшению мощности управления.1.4. Полупроводниковые диодыДиодомназываетсяприбор,обладающийпроводимостью (вентильными свойствами).односторонней6По функциональному назначению диоды делятся на: низкочастотные(выпрямительные),высокочастотные,импульсные,стабилитроны(опорные диоды), светодиоды, фотодиоды и целый ряд других диодов.Для созданияполупроводникового прибора, обладающеговентильными свойствами используют p-n переход (потенциальныйбарьер), образованный при контакте примесных полупроводников сразличными типами проводимости (дырочной р и электронной n).Потенциальный барьер может быть образован при контакте собственного(не примесного i- полупроводника) с примесным полупроводником p или nтипа, или при контакте металла с полупроводником.IАIА=0IАIААКАК-++-00UАUА-UА-IА-IАб)а)Рис.1.3На рис.1.3,а показаны символическое изображение идеальногодиода и его вольт-амперная характеристика.

При приложении к диодуположительного напряжения (плюсом к аноду А относительно катода К)идеальный диод ведет себя как замкнутый ключ, через который протекаетток, величина которого ограничивается параметрами внешних элементов(величиной напряжения источника питания и сопротивлениями). При этомпадение напряжения на диоде (замкнутом ключе) равно нулю.При приложении к диоду обратного напряжения (плюсом к катодуотносительно анода) диод ведет себя как разомкнутый ключ, т.е.

ток диодав обратную сторону отсутствует.1.5. Выпрямительные диодыВыпрямительные диоды представляют из себя p-n переход, образуемыйна границе между двумя слоями примесных германиевых или кремниевых7полупроводников. Внешний вывод от n области полупроводника являетсякатодом диода, а вывод от p области является его анодом. Вольт-амперная(ВАХ) характеристика реального диода показана на рис.1.3,б. Отличиереальной ВАХ от идеальной заключается в следующем:1. В проводящем состоянии существует некоторое падениенапряжения между анодом и катодом диода.2. При обратной полярности приложенного к диоду напряжениясуществует небольшой обратный ток, обусловленный неосновныминосителями p и n областей, называемый тепловым током.

Незначительныйрост обратного тока объясняется наличием токов утечки между слоямиполупроводников.3. При некотором превышении величины обратного напряжениянаблюдается резкое увеличение обратного тока, называемое явлениемпробоя.ВАХ имеет явно нелинейный характер, что затрудняет расчетэлектрических схем в составе которых имеются диоды.

Поэтому прирасчете схем диоды заменяют их эквивалентными схемами замещения.Первая аппроксимация: если напряжение питания в схеме значительнопревышает прямое падение напряжения на диоде и прямой токзначительно превышает обратный ток диода, то диод можно считатьидеальным, т.е. в открытом состоянии сопротивление диода можно считатьравным нулю, а в закрытом состоянии электрическую цепь, содержащуюдиод, можно считать разорванной.Вторая аппроксимация: Величина потенциального барьера прикомнатной температуре для германиевых и кремниевых приборовсоответственно равны: 0(Ge)=Е0=0,3 B, 0(Si)= Е0=0,7 B.IАIАIА-UА0АКUА+-=АК+ Е0-IАЕ0а)б)Рис.1.4Пренебрегая некоторой зависимостью падения напряжения на диоде оттока диода, ВАХ диода можно представить на проводящем участке как8вертикальную линию, отстоящую от оси ординат на величину Е0(рис.1.4,а).Эквивалентная схема замещения проводящего диода показана нарис.1.4,б.

Из схемы замещения следует, что при положительном анодномнапряжении через диод начинает протекать ток когда анодное напряжениепревысит некоторое пороговое напряжение Е0, зависящего от материала изкоторого сделан диод.При отрицательном анодном напряжении можно считать, что ключразомкнут и обратный ток диода равен нулю.Третья аппроксимация.

При более точных расчетах, особенно прииспользовании низковольтных источников питания в сильноточных цепях,необходимо учитывать изменение напряжения на диоде при изменении егоанодного тока.IАIАIАIАА0-UАЕ0+UА UАК-=rдифАК+ Е0-IАб)а)Рис.1.5Эта зависимость учитывается введением в эквивалентную схемузамещения (рис.1.5,б) внутреннего дифференциального сопротивлениядиода rдиф= UА/IА. ВАХ диода аппроксимируется двумя прямымилиниями: касательной к возрастающему участку ВАХ и горизонтальнымотрезком от нуля до точки пересечения с касательной (рис.1.5,а).Котангенс угла наклона касательной и определяет величину внутреннегодинамического сопротивления диода.Чтобы прибор не выходил из строя в процессе эксплуатации, всправочниках приводятся допустимые параметры для каждого типаполупроводниковых приборов.

Для выпрямительных диодов основнымипараметрами являются следующие: Iпр ср max — максимально допустимое среднее значение прямого тока.Среднее значение прямого тока определяет тепловой режимполупроводникового прибора, т.к. на интервале проводимостидиода на нем выделяется мощность и он нагревается, а на интервале9запертого состояния диод остывает.

Поэтому среднее значение тока,протекающего через диод, будет определять температуру кристаллаприбора. Uобр max — максимально допустимое обратное напряжение –значение обратного напряжения, которое может выдержать втечение длительного времени без пробоя. Uпр ср — среднее значение падения напряжения на диоде призаданном среднем значении прямого тока. Iобр max — максимальное значение обратного тока диода. rдиф — дифференциальное сопротивление диода. Рср — среднее значение рассеиваемой мощности прибором за периодпри протекании прямого и обратного тока.Помимо основных параметров в справочниках приводятся и другиепараметры, такие как: допустимая температура полупроводниковогокристалла, допустимые перегрузки, значение внутренней емкости и т.д.1.6.

Кремниевые стабилитроныПолупроводниковыестабилитроныэтобиполярныедиоды,используемые для стабилизации напряжения или для получения опорногонапряжения. В режиме стабилизации используются участки ВАХ диода,где напряжение мало зависит от тока. Как правило это участок пробоядиода при приложении к нему обратного напряжения.Типы пробоя диода.Различают два основных типа пробоя:1.

Тепловой пробой.2. Электрический пробой.Рассмотрим механизм теплового пробоя. При увеличении обратногонапряжения увеличивается мощность, выделяемая в диоде P = Uобр  Iобр,что приводит к росту температуры кристалла. Повышение температурыполупроводника способствует образованию новых электронно–дырочныхпар, а значит, к увеличению дрейфовой составляющей тока неосновныхносителей. Это опять приводит к увеличению выделяемой мощности, азначит и температуры. Процесс генерации новых электронно-дырочных парразвивается лавинообразно, происходит тепловой пробой диода, прикотором увеличение обратного рока диода происходит при уменьшенииобратного напряжения (рис1.6,б). Прибор выходит из строя.При электрическом пробое увеличение обратного тока происходитпочти при постоянном обратном напряжении. В этом случае прибор невыходит из строя, если не превысить допустимую мощность, выделяемуюна стабилитроне. В противном случае наступит тепловой пробой.10IАа)Uст0-UАб)UА0UстКА+-Iст minIстIстКIст maxв)-IА+Uст0rдифА-Рис.1.6Вольт – амперная характеристика стабилитрона его условноеобозначение и эквивалентная схема замещения показаны на рис.23,а,б,в.В зависимости от концентрации примеси в кремнии напряжениепробоя (стабилизации) лежит в пределах 2  200 В.Рабочий участок стабилитрона находится на обратной ветви линейнойчасти ВАХ между токами Iст min и Iст max.Также как и для диодов, при анализе и расчете электронных схемиспользуют эквивалентную схему замещения стабилитрона.

Как следует изВАХ, рост тока стабилитрона начинается при превышении напряженияUст0 соответствующего току Iст min. Увеличение тока стабилитронасопровождается небольшим ростом напряжения. Это объясняетсяналичием внутреннего сопротивления прибора. В эквивалентной схемезамещения это учитывается введением дифференциального сопротивлениястабилитрона rдиф =  Uст / Iст,где  Uст — приращение напряжения на линейном участке ВАХстабилитрона, соответствующее изменению тока  Iст.

В большинствеслучаев пренебрегают изменением напряжения на рабочем участкестабилитрона, в этом случае rдиф = 0.Основные параметры стабилитронов: Напряжение стабилизации Uст при определенном токе Iстстабилитрона и при комнатной температуре окружающей среды.. Минимальный ток стабилизации Iст min – минимальный токлинейного участка ВАХ. Iст max – максимальный ток стабилизации,при котором мощность, рассеиваемая стабилитроном, не превышаетдопустимую. Дифференциальное сопротивление рабочего участка стабилитронаrдиф .11 Температурный коэффициент напряжения стабилизации ст–относительное изменение напряжения стабилизации Uст приизменении температуры окружающей среды на Т.

Температурныйкоэффициент бывает как положительный, так и отрицательный, т.е.напряжение стабилизации может расти с ростом температуры, аможет уменьшаться. Это зависит от типа прибора. Изменениенапряжения на стабилитроне в функции изменения температурырассчитывается по следующему соотношению:Uст=UстТст.1.7. Транзисторы биполярныеТранзисторы служат для регулирования величины тока в электрическойцепи или для их использования в качестве бесконтактного ключа дляподключения нагрузки к источнику питания, или ее отключения.В основе транзистора лежит монокристалл кремния или германия сдвумя p-n переходами, что определило название транзистора –биполярный.

Характеристики

Список файлов лекций