Особенности применения симисторов

Универсальность и простота симисторов делают их перспективными для обширного класса устройств, связанных с подключением и регулированием переменного тока. Симметричный тиристор в качестве бесконтактного ключа в цепях переменного тока позволяет коммутировать значительную мощность при малых потерях мощности на управление (рис. 16.7, а), при этом отсутствуют «дребезг» и подгорание контактов, искрение и перенапряжения, характерные для контактных элементов.

а)

б)

Рис. 16.7. Применение симистора в качестве бесконтактного ключа переменного тока (а),

принцип фазового управления (б).

При фазовом управлении симистор отпирается импульсом управления и подключает напряжение питающей сети к нагрузке на определенную (регулируемую) часть периода (рис. 16.7, б), что позволяет экономично регулировать среднее значение мощности, подводимой к нагрузке (например, при питании электрических ламп, нагревательных приборов, электродвигателей и т. п.). Регулировка мощности осуществляется путем изменения фазового угла , при котором происходит отпирание ключа — симистора.

В момент замыкания или размыкания ключа при фазовом регулировании из-за резкого изменения тока возникают перенапряжения и, как следствие, радиопомехи, коммутационные помехи и т. п. Желательно поэтому отпирать и запирать ключ в момент, когда напряжение питающей сети проходит через нуль — так называемая синхронная коммутация или коммутация при нулевом напряжении (особенно часто используется при питании электронагревателей), при этом мощность в нагрузке регулируется путем изменения отношения длительности замкнутого состояния ключа (симистор открыт), когда к нагрузке прикладывается целое число периодов питающей сети, к длительности его разомкнутого состояния (симистор закрыт) (рис. 16.8).

Рис. 16.8. Применение симистора в схеме с синхронной коммутацией

Коммутационные помехи в этом случае резко уменьшаются.

65. Динамические свойства и эквивалентные схемы замещения полевых транзисторов

Перенос носителей от истока к стоку происходит под действием сильного электрического поля. А так как канал имеет малую протяжённость, то время пролёта от истока к стоку составляет с, то есть пренебрежимо мало. В то же время при скачке управляющего напряжения толщина канала мгновенно измениться не может, так как она определяется изменением ширины области объёмного заряда p-n перехода канал-подложка. А это изменение всегда сопровождается уходом или подходом основных носителей, которые компенсируют заряд ионов примеси, что отождествляется с перезарядом барьерной ёмкости p-n перехода. Так как этот ток бесконечно большим быть не может, то на перезаряд ёмкости, а, следовательно, и на изменение толщины канала прибора требуется некоторое время. Поэтому при идеальном импульсе ток стока будет изменяться плавно.

Рис.19.1. Динамические характеристики МДП – транзистора.

Эта задержка нарастания тока учитывается представлением крутизны S в операторной или комплексной форме.

где S₀ – низкочастотное значение крутизны, , - граничные частоты, - постоянная времени изменения крутизны. , где R_k – распределённое сопротивление канала, С_З – распределённая ёмкость затвора.

, где а – толщина канала, - удельное сопротивление канала.

, тогда

На быстродействие транзистора влияют паразитные межэлектродные ёмкости его структуры. Их влияние учитывается в эквивалентной схеме замещения транзистора для высоких частот.

Рис.19.2. Эквивалентная схема замещения МДП – транзистора для высоких частот.

- отражает усилительные свойства транзистора и его инерционность – комплексная величина. - дифференциальное сопротивление транзистора со стороны стока. Обычно определяется в области насыщения тока , может быть порядка сотен кОм или нескольких МОм.Источник тока может быть и не комплексным , но тогда должна быть подключена цепь, показанная пунктиром, R_k – сопротивление канала, С_зк – ёмкость затвор-канал.

и - паразитные ёмкости, обусловленные в случае МОП – транзистора перекрытием областью затвора областей стока и истока. Такое перекрытие необходимо для исключения влияния неточности при изготовлении (формировании) областей стока и истока.

Рис.19.3. Паразитные ёмкости в структуре МДП – транзистора.

, и (межэлектродная) обычно небольшие - единицы и даже доли пФ. Из этих ёмкостей наибольшее влияние на частотные свойства оказывает . Связано это с тем, что в усилительном каскаде на полевом транзисторе ёмкость включена между входом и выходом каскада. Так как и находятся в противофазе, то ёмкость перезаряжается напряжением , а ёмкость напряжением . Поэтому ток перезаряда ёмкости в раз больше, чем ток перезаряда , то есть влияние ёмкости на частотные свойства в раз сильнее, чем влияние .

Рис.19.4. Механизм влияние паразитных ёмкостей МДП – транзистора на усиление на ВЧ.

Механизм влияния и на усиление на высоких частотах проявляется в том, что ток их перезаряда создаёт на сопротивлении генератора падение напряжения, которое уменьшает управляющее напряжение транзистора по сравнению с . Иногда в эквивалентной схеме учитывают и , которые обусловлены сопротивлением областей полупроводника стока и истока, а также сопротивлением контактов. В зависимости от конструкции – от нескольких Ом до десятков Ом. - на работу транзистора влияет мало – складывается с сопротивлением нагрузки R_Н. Сопротивление - вносит отрицательную обратную связь по току и уменьшает эффективное значение крутизны – ухудшает усилительные свойства транзистора.

Рис.19.5. Эквивалентная схема замещения на НЧ и СЧ.

64. МДП-транзисторы

Это униполярные полевые транзисторы, имеющие структуру металл-диэлектрик-полупроводник. Часто в качестве диэлектрика используют SiO₂. В этом случае название МОП (металл-оксид-полупроводник) – частный случай и частное название.

Рис.18.1. Структура МДП транзистора в планарном исполнении.

Так как в МДП–транзисторах затвор от канал отделён слоем диэлектрика, то МДП–транзисторы также называют униполярными транзисторами с изолированным затвором. Существуют две разновидности. МДП–транзисторы со встроенным каналом, токопроводящий канал между истоком и стоком создаётся сразу при изготовлении транзистора. В МДП–транзисторах с индуцированным каналом канал сразу не создаётся. Он возникает при приложении к затвору напряжения определённой полярности и величины. В обоих разновидностях существуют транзисторы с каналами p и n – типа. Возможны 4 типа МДП–транзисторов.

Рис.18.2. Условные графические обозначения различных типов МДП–транзисторов.

Принцип действия МДПТ, их свойства и характеристики определяются явлениями, протекающими в структуре металл-диэлектрик-полупроводник.