1 - Чем различаются модели диода для большого и малого сигналов?

При использовании активных элементов различают режимы малого и большого сигналов. В режиме малого сигнала, когда амплитуда колебаний достаточно мала, активные элементы можно считать линейными, а в режиме большого сигнала - нелинейными. В соответствии с этим различают модели малого и большого сигнала.

Рис.1

Модели малого сигнала обычно базируются на теории линейного четырехполюсника, представленного на рис.1. Различные формы уравнений линейного четырехполюсника приведены в табл.1. Такой четырехполюсник представляет собой активную цепь, имеющую четыре внешних вывода - полюса (два входных - 1-1' и два выходных - 2-2'), которыми она присоединяется к источникам или узлам остальной части цепи. Процессы в четырехполюснике исследуют по отношению к внешним полюсам путем установления соотношений между входными и выходными напряжениями и токами. При этом одну пару из указанных четырех переменных принимают за воздействие, а другую пару - за реакции. Коэффициенты, входящие в уравнения четцрехполюсника, называются параметрами активного элемента в линейном режиме.

Модели большого сигнала основываются на вольтамперных характеристиках нелинейного активного элемента. Для описания нелинейного элемента выбирают отдельные наиболее характерные точки вольтамперных характеристик и приписывают им особые обозначения, которые называют параметрами активного элемента в нелинейном режиме.

Вольтамперные характеристики активных элементов. Свойства активных элементов в линейном и нелинейном режимах наглядно проявляются на их вольтамперных характеристиках. Исследуя вольтамперные характеристики, можно выявить участки с положительными и отрицательными дифференциальными сопротивлениями, области насыщения или отсечки, определить предельно допустимые значения токов и напряжений, при которых возникает пробой элемента.

Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов отличаются большим разнообразием. Диод является двухполюсным элементом и откосится к числу неуправляемых приборов. На рис.2 приведены типичные вольтамперные характеристики различных типов диодов. На рис.2,а приведена вольтамперная характеристика кремниевого выпрямительного диода, на которой можно выделить прямую и обратную ветви. Прямая ветвь характеризуется прямым постоянным напряжением при заданном значении прямого тока , а обратная ветвь обратным постоянным напряжением при заданном значении обратного тока диода.

На рис.2,б приведена вольтамперная характеристика туннельного диода, на которой можно выделить участок, содержащий пик и впадину. Между пиком и впадиной имеется область отрицательного дифференциального сопротивления диода, где увеличению напряжения на диоде соответствует уменьшение его тока. Характерными значениями вольтамперной характеристики является ток и напряжение пика, ток и напряжение впадины.

Рис.2

На рис.2,в приведена вольтамперная характеристика стабилитрона, на котором можно выделить участок, соответствующий стабилизации напряжения при изменении тока через диод. Характерными значениями вольтамперной характеристики стабилитрона является напряжение и ток стабилизации.

Уравнения линейного четырехполюсника

Таблица 1.

Система параметров	Уравнения четырехполюсника
[У]
[Z]
[H]
[G]

На рис.2.г приведена вольтамперная характеристика динистора, на которой можно выделить участки, соответствующих закрытому и открытому состоянию динистора. Включение динистора происходит при напряжении отпирания, которому соответствует ток . После включения напряжение на динисторе резко уменьшается и достигает значения при токе открытого динистора . Обратная ветвь вольтамперной характеристики динистора характеризуется допустимым обратным напряжением при токе .

2. - Чем различаются модели биполярного транзистора для большого и малого сигналов?

На рис. 3 приведены типичные вольтамперные характеристики транзисторов. На рис.3,а изображены характеристики биполярного транзистора при различных значениях тока управления базы. На этих характеристиках можно выделить три области: область насыщения при малых напряжениях между коллектором и эмиттером, активную область и область отсечки (или пробоя) при больших напряжениях между коллектором и эмиттеров.

Рис.3

В области насыщения транзистор можно рассматривать как управляемый резистивный элемент с малым значением сопротивления. Эта область характеризуется напряжением и током насыщения при заданном значении тока базы. В активной области транзистор можно рассматривать как линейный четьгрехполюсник, причем наиболее часто для описания биполярного транзистора используют систему Н-параметров четырехполюсника.

В области отсечки или пробоя характерными значениями являются напряжение пробоя и ток . Напряжение пробоя зависит от тока базы и увеличивается при отрицательном значении тока базы. Длительное пребывание транзистора в области пробоя может привести к повреждению прибора из-за его перегрева.

На рис.3,6, приведены вольтамперные характеристики полевого транзистора при различных значениях напряжения на затворе. Отличительной особенностью полевого транзистора является то, что он управляется не током, а напряжением, подаваемым на управляющий электрод (затвор).

На вольтамперных характеристиках полевого транзистора также можно выделить три области: линейную, активную и пробоя. Описание этих областей можно выполнять так же, как для биполярного транзистора, однако в активной области используют систему У - параметров четырехполюсника, что обусловлено изменением управляющего сигнала. В линейной области, которая соответствует области насыщения биполярного транзистора, полевой транзистор можно рассматривать как управляемый резистивный элемент. В области пробоя ток стока полевого транзистора резко увеличивается при почти неизменном напряжении между стоком и истоком.

Характерными значениями вольтамперных характеристик полевого транзистора являются: ток стока насыщения при заданном значении напряжения затвора и истока, напряжение насыщения и напряжение пробоя.

2. - Чем различаются модели униполярного транзистора для большого и малого сигналов?

4- Каково предназначение тиристора? Каковы его основные свойства?

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Тиристоры широко применяются в устройствах автоматики и электроники в качестве мощных электронных ключей. Они могут выполнять функции:

• высоковольтных электронных ключей;

• управляемых выпрямителей;

• усилителей импульсов;

• регуляторов мощности в цепях переменного тока;

• регуляторов скорости вращения электродвигателей;

• инверторов (преобразователей постоянного тока в переменный) и др.

Важным достоинством тиристорных устройств является очень высокий КПД (более 90%), т.к. тиристор обладает малыми потерями. Падение напряжения на нем не превышает 1,5 В при любом прямом токе. Мощные силовые тиристоры выпускаются на токи до 2000 А и напряжение до 3000 В.

_________________________________________________________________________________

Тиристор - это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).

Тиристор имеет три вывода, один из которых - управляющий электрод, можно сказать, "спусковой крючок" - используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:

тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;

тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;

управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;

средний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.

Принцип отпирания с помощью управляющего электрода

Представление тиристора в виде двух транзисторов разного типа проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на рис. 1.4. Она наглядно объясняет явление отпирания тиристора.

Зададим ток IGT через управляющий электрод тиристора, смещенного в прямом направлении (напряжение VAK положительное).

Так как ток IGT становится базовым током транзистора n-p-n, то ток коллектора этого транзистора равен B1xIGT, где B1 - коэффициент усиления по току транзистора Т1.

Этот ток одновременно является базовым током транзистора р-n-р, что приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 составляет величину B1xB2xIGT и суммируется с током IGT, что поддерживает транзистор Т1 в открытом состоянии. Поэтому, если управляющий ток IGT достаточно велик, оба транзистора переходят в режим насыщения.

Цепь внутренней обратной связи сохраняет проводимость тиристора даже в случае исчезновения первоначального тока управляющего электрода IGT, при этом ток анода (1А ) остается достаточно высоким.