8. Схеми включення транзистора та їх властивості. Режими роботи.

Як елемент електричного кола БТ використовують звичайно таким чином, що:

• один з його електродів є вхідним;

• другий електрод є вихідним;

• третій електрод є загальним відносно входу і виходу.

В коло вхідного електрода вмикають джерело вхідного сигналу, а в коло вихідного – опір навантаження.

В залежності від того, який електрод є загальним, розрізняють три схеми вмикання транзисторів із:

• загальною базою (ЗБ);

• загальним емітером (ЗЕ);

• загальним колектором (ЗК).

• Оскільки транзистор, що має три зовнішніх виводи, являє собою чотириполюсник, то при включенні його в конкретну схему можна виділити три різновиди його вхідних і вихідних ланцюгів, тобто схем включення: із загальною базою (ОБ), із загальним емітером (ОЭ) і з загальним колектором (ОК) (рисунок 3.5)

• 

• Рисунок 1 - Схеми включення біполярного транзистора:

• а) - із загальною базою; б) - із загальним емітером; в) - із загальним колектором

Режими роботи.

Кожний перехід БТ можна включити або в прямому, або в зворотному напрямку. В залежності від цього розрізняють наступні режими роботи транзистора.

1. Активний режим – на емітерний перехід подана пряма напруга, а на колекторний – зворотна.

2. Насичення (подвійної інжекції) – обидва переходи знаходяться під прямою напругою.

3. Режим відсічки – до обох переходів підводять зворотні наруги.

4. Інверсійний режим (інверсне включення) – до колекторного переходу подана пряма напруга, а до емітерного – зворотна.

Основним режимом роботи БТ в аналогових пристроях є активний режим (нормальне включення). Режими насичення і відсічки звичайно застосовуються у цифрових пристроях.

9. Тиристори, принцип дії, статичні характеристики і параметри.

Площина модель тиристора показана на мал.1. Вона представляє собою чотиришарову р₁-n₁-р₂-n₂ структуру. Крайні шари р₁, n₂ з металевими контактами А та К (анод і катод) є емітерними. Внутрішні шари називаються базами. Коли тиристор має тільки два зовнішніх виводи, то його звуть діодний тиристор або диністор, коли три виводи, то такий тиристор називають тріодний тиристор або тринистор.

Якщо між анодом і катодом підключена зовнішня постійна напруга (плюс до р₁, мінус n₂ – пряма напруга), то переходи 1 та 3 зміщуються у прямому напрямі, а перехід 2 – у зворотному і на ньому падає практично вся напруга зовнішнього джерела. Структуру диністора можна уявити складеною з двох транзисторів р₁-n₁-р₂ і n₁-р₂-n₂, у яких області n₁ та р₂ умовно поділені. Перехід 1 є емітерним переходом першого T., через який дірки інжектують з області р₁ в область n₁, яка виконує роль бази для цього T. Частина з них, уникнувши рекомбінації, досягає зворотно зміщеного колекторного переходу 2 і перекидається його полем у колектор р₂ першого T., який у той же час є базою другого T. Цей струм визначається виразом

,

де − зворотний дірковий струм колекторного переходу; − коефіцієнт передачі струму емітера першого транзистора.

А

К

R_н

1

2

3

Мал. 2

Поява дірок у базі р₂ другого транзистора (n₁-р₂-n₂) приводить до утворення нескомпенсованого заряду. Цей заряд, зменшуючи висоту потенціального бар’єра емітерного переходу 3 другого T., викликає зустрічну інжекцію електронів з емітерної області n₂ другого транзистора в область р₂, яка є базою для другого T. і колектором для першого. Інжектовані електрони, продифундувавши через базу р₂, досягають переходу 2 і переводяться його полем у колектор n₁ другого транзистора, який є одночасно базою першого T. (р₁-n₁-р₂). Значення електронного струму дорівнює , де − зворотний електронний струм колекторного переходу; − коефіцієнт передачі струму емітера другого T.

Враховуючи, що дірки та електрони рухаються назустріч один одному, сумарний струм розглядуваної структури

де − зворотний струм тиристора.

Різке збільшення концентрації електронів у базі n₁ та дірок у базі р₂ призводить до швидкого (сумірного з тривалістю лавиноподібного процесу) зниження напруги на зворотно-зміщеному переході 2, а отже, до зменшення напруги на тиристорі.

Описані процеси визначають ВАХ диністора, показану на мал.2, на прямій вітці якої можна виділити дві стійкі зони: область ІІІ з малими значеннями струму при великих значеннях напруги U_а і область вмикання І з великими значеннями струму при малих значеннях напруг U_а. Точки А та В відповідають умові і називаються відповідно точками вмикання і утримування диністора, а відповідні їм струми називають струмом вмикання та струмом утримування . Між точками А та В лежить зона ІІ, в якій диністор володіє негативним диференціальним опором.

Якщо напруга на диністорі досягне напруги вмикання , то робоча точка стрибком переходить зі стану А в . При зменшенні напруги робоча точка із В стрибком переходить у . Робочою ділянкою ВАХ є ділянка . При цьому спад напруги між анодом і катодом диністора невеликий, оскільки всі переходи зміщені в прямому напрямі. ля вимикання Д. необхідно зменшити прямий струм до значення, що не перевищує значення струму утримування (точка В), або подати на Д. напругу зворотної полярності. Після зміни полярності зовнішньої напруги переходи 1 і 3 зміщуються у зворотному напрямі, а перехід 2 залишається прямо зміщеним. ВАХ така сама, як і у звичайного діода для зворотного вмикання (ІV – область зворотного зміщення та V – область пробою структури).

Таким чином, керування струмом диністора можливо або за рахунок зміни значення і напряму напруги зовнішнього джерела, прикладеної між анодом і катодом пристрою при незмінному опорі і навантаження (R_н = соnst), або зміною опору навантаження при незмінній напрузі зовнішнього джерела (Е_а = соnst).

Основними параметрами тиристора є:

1. Номінальний прямий струм .

2. Номінальний прямий спад напруги на тиристорі при протіканні номінального струму.

3. Допустима зворотна напруга , яку можна тривалий час прикладати до тиристора під час його експлуатації.

4. Напруга вмикання , що являє собою найменшу пряму напругу, яка перемикає тиристор із закритого у відкритий стан при розімкнутому колі керування.

5. Струм утримування − мінімальний прямий струм, який, протікаючи через тиристор при розімкненому колі керування, не вимикає його.

6. Час вмикання .

7. Час вимикання .

8. Критична швидкість наростання струму у відкритому стані .

9. Критична швидкість наростання прямої напруги .