Тиристоры

Тиристор - это полупроводниковый прибор с тремя и более p-n-переходами, на ВАХ которого имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Тиристор представляет собой электронный ключ, который может находиться в двух состояниях: открытом и закрытом. По количеству выводов различают диодный тиристор, обладающий двумя выводами (анод и катод), триодный тиристор, имеющий три вывода - анод, катод и управляющий электрод, тетродный тиристор, имеющий четыре вывода и т. д. Обычно тиристоры изготавливают из кремния.

  Рассмотрим работу диодного тиристора. На рис 3.50 приведена модель такого тиристора. Объемы полупроводников, прилегающие к выводам катода (К) и анода (А) называются соответственно первым (Э1) и вторым (Э2) эмиттерами , к первому эмиттеру прилегает первая база (Б1) , ко второму - вторая база (Б2). В тиристоре различают первый (ЭП1) и второй (ЭП2) эмиттерные переходы, средний переход называется коллекторным (КП). На рис. 3.50,б показано распределение потенциала при подаче на анод положительного напряжения u_А. При такой полярности внешнего напряжения коллекторный переход оказывается под обратным напряжением, а эмиттерные переходы ЭП1 и ЭП2 - под прямым. Ток через КП , а следовательно, и ток тиристора i равен (см. рис. 3.50,а):

i = i_КП= ₁ i+ ₂ i+ i_К0 , откуда:

. (3.81)

Учитывая, что ток i_К0 зависит от обратного напряжения на коллекторном переходе, а коэффициенты  - от тока i , формула (3.81) представляет собой уравнение ВАХ тиристора в неявной форме (Рис.3.51). При положительном напряжении на аноде (участок ОА) через тиристор протекает очень маленький ток i  i_К0 ( i_К0 - тепловой ток КП, равный нескольким десяткам микроампер). Это объясняется тем, что почти все внешнее напряжение падает на закрытом КП ( u_КП  u_А), прямые токи ЭП1 и ЭП2 очень малы и лишь незначительно превышают их тепловые токи. Кроме того, при таких токах эмиттеров коэффициенты передачи  ₁ и  ₂ очень малы (обычно не более 0,1 ... 0,2). С повышением напряжения на аноде увеличивается ток i (за счет i_К0( u_А)), увеличиваются коэффициенты  (i) и увеличивается инжекция носителей заряда. Электроны, инжектируемые Э1 через коллекторный переход попадают в базу Б2, которая, как видно из рис. 3.50,б, является своеобразной “ловушкой” для них. В базе Б2 возрастает неравновесный отрицательный заряд, снижающий ее потенциал, что, в свою очередь, увеличивает инжекцию дырок из Э2. Эти дырки, попадая через КП в базу Б1 увеличивают в ней неравновесный положительный заряд (как видно из рис. 3.50,б, Б1 является “ловушкой” для дырок) и, следовательно, инжекцию электронов из Э1. Таким образом, в тиристоре возникает положительная обратная связь, которая приводит к увеличению анодного тока i. Следует отметить, что определенную роль в увеличении тока i может играть механизм ударной ионизации и лавинного размножения носителей заряда в закрытом коллекторном переходе.

Пока суммарный коэффициент (  ₁+  ₂)<1 , тиристор находится в закрытом состоянии (участок ОА рис.3.51). По мере приближения напряжения к некоторой величине u_ВКЛ значение (  ₁+  ₂)   и начинается переключение тиристора.

Дальнейшее зависит от условий измерений:

1. Если напряжение u_А подается от генератора напряжения (в схеме рис.50 R=0) анодный ток i будет неограниченно возрастать [1-(  ₁+  ₂)  0] и прибор выйдет из строя.

2. Если в эксперименте используется генератор тока R  (физически это очень трудно реализовать, так как потребуется R  единиц МОм и ЭДС источника несколько киловольт), то можно получить характеристику на участке АВ с отрицательным дифференциальным сопротивлением. На этом участке малому увеличению тока будет соответствовать сильное уменьшение напряжения на тиристоре. Такая сильная зависимость обусловлена рассмотренной ранее положительной обратной связью, которая при [1 - (  ₁+  ₂)  0] очень глубокая. Физически уменьшение напряжения происходит за счет компенсации зарядов ионов доноров и акцепторов в коллекторном переходе электронами и дырками, накапливающимися в базах тиристора вблизи перехода. Толщина коллекторного перехода уменьшается (переход “заплывает”) и потенциальный барьер в нем, определяющий напряжение на тиристоре, уменьшается. При достижении точки B все три перехода тиристора оказываются смещенными в прямом направлении, и тиристор открывается (напряжение u_А  1 В). Вид ВАХ на участке ВС (открытого тиристора) в основном определяется объемными сопротивлениями тиристорной структуры.

3. Реально используется источник напряжения с сопротивлением R намного меньшим, чем отрицательное дифференциальное сопротивление тиристора на участке AB. При этом переключение из закрытого состояния в открытое произойдет скачком (работает положительная ОС при недостаточном ограничении тока) вдоль нагрузочной линии A - B' (пунктир на рис. 3.51). Аналогично вдоль нагрузочной линии произойдет и выключение тиристора (пунктир В - А' ) при уменьшении напряжения. Точке В соответствует ток i_УД - удерживающий ток тиристора, то есть минимальный ток, необходимый для поддержания открытого состояния тиристора.

При подаче отрицательного напряжения на анод тиристора коллекторный переход оказывается смещенным впрямом направлении, а эмиттерные переходы ЭП1 и ЭП2 - в обратном. Ток через тиристор мал. С ростом отрицательного напряжения может произойти пробой эмиттерных переходов , однако, этот режим является нерабочим. Триодный тиристор отличается от диодного тем, что одна из баз имеет внешний вывод, который называют управляющим электродом (рис. 3.52).

При подаче в цепь управляющего электрода тока i_У ток через эмиттерный переход ЭП1 увеличивается, следовательно условие перехода тиристора из закрытого состояния в открытое (  ₁+  ₂)  1, будет достигаться при меньшем напряжения включения u_ВКЛ (рис.3.52б). Таким образом, изменяя ток управляющего электрода i_У можно изменять величину напряжения включения u_ВКЛ. Некоторые маломощные тиристоры можно и выключить, подавая отрицательный ток в цепь управляющего электрода. В настоящее время, наряду с рассмотренными диодным и триодным тиристорами, выпускаются тиристоры, у которых вольтамперная характеристика одинакова в  и III квадрантах (рис. 3.53,а). Такие тиристоры выполняются на основе пятислойных структур и называются семисторами (рис.3.53,б).

  Тиристоры находят широкое применение в радиосвязи, радиолокации, устройствах автоматики как управляющие ключи. Основным достоинством тиристоров, по сравнению с биполярными транзисторами, является возможность переключения короткими импульсами тока управляющего электрода ( меньшее потребление энергии в цепи управления). К недостаткам тиристоров следует отнести значительно большие времена переключения (единицы миллисекунд - сотни микросекунд).

Параметры малого сигнала используют при расчетах усилительных каскадов, амплитуды сигналов в выходных цепях которых существенно меньше напряжения источников питания, а также при расчете стабилизаторов напряжения и транзисторных фильтров. [1]

Параметры малого сигнала зависят от схемы включения транзистора, поэтому их определяют отдельно для каждой схемы включения. [2]

К параметрам малого сигнала относятся параметры линейного четырехполюсника: Л - параметры ( преимущественно для низких частот) и ( / - параметры ( преимущественно для высоких частот), параметры схемы замещения транзистора, а также предельные и граничные частоты и коэффициент шумов. [3]

Назовите основные системы параметров малого сигнала, употребляемые для транзистора. [4]

Следует отметить, что параметры малого сигнала близки к параметрам четырехполюсника биполярных транзисторов как по физической сущности, так и по методам измерения. [5]

МДП-транзистор в усилительном режиме - схема включения с общим истоком.| Положения рабочей точки МДП-транзистора в усилительном режиме на выходных ВАХ.

Количественно усилительный режим характеризуют параметрами малого сигнала, которые описывают выходную и проходную ВАХ МДП-транзистора вблизи точки статического состояния этого режима - около точки покоя. [6]

Основными эксплуатационными характеристиками транзисторов являются параметры малого сигнала, которые измеряются в линейных режимах и используются при расчетах схем усилителей на транзисторах. [7]

Параметры транзистора как линейного четырехполюсника ( параметры малого сигнала) устанавливают связь между переменными напряжениями и токами на входе и выходе транзистора, представленного линейным четырехполюсником. Наиболее широко используется система - параметров. [8]

Параметры транзистора как линейного четырехполюсника ( параметры малого сигнала) устанавливают связь между переменными напряжениями и тока. Наиболее широко используется система / i-параметров. [9]

Кроме классификационных параметров различают параметры постоянного тока, физические параметры,параметры малого сигнала, параметры большого сигнала и предельные параметры. [10]

Как видно из таблиц, формул и эквивалентных схем, любой из 34 параметров малого сигнала может быть выражен достаточно просто и точно через 6 обведенных рамкой основных параметров. Из них наиболее важен параметр h2 a, с помощью которого могут быть просто определены 10 других / г - и у-параметров, и параметр, который характеризует усилительные свойства транзисторов в больший стве случаев применения и в большей мере качество транзистора при его изготовлении. Измеряется параметр в схеме с общим эмиттером, где эти измерения наиболее точны, а схема имеет наибольшее распространение. [11]

Для работы транзисторов в установках противокоррозионной защиты определяющими являются их параметры постоянного тока и параметры малого сигнала. [12]

Для работы транзисторов в установках противокоррозионной защиты определяющими являются их пара - метры постоянного тока и параметры малого сигнала. [13]

Как следует из таблиц и схем замещения, через эти шесть параметров может быть вычислен любой из 34параметров малого сигнала на низких частотах. Эги же параметры и положены в основу соответствующего раздела справочного листа на транзистор. [14]

Следует отметить, что параметры h22, fa, B, Fm, Гб Ск и емкости переходов, называемые параметрами малого сигнала, измеряют на переменном токе при значениях амплитуд, много меньших значений постоянных составляющих. Это объясняется тем, что при малых сигналах с достаточной точностью зависимость между токами и напряжениями можно считать линейной. [1]

Схемы с транзистором. а - общий эмиттер. б - общая база.| Параметры переключения транзистора.| Характеристики транзистора. а - общий эмиттер. б - общая база.

При использовании транзисторов в переключательных схемах наибольший интерес представляет не область проводимости, а области отсечки и насыщения, так как в переключательном режиме транзистор, переходя из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно, находится в области проводимости незначительный отрезок времени; поэтому основную роль в этом случае играют переключательные характеристики транзисторов, а не параметры малых сигналов. [2]

Включение транзистора по схеме с общей базой ( а и гибридная эквивалентная схема ( б.

В теории четырехполюсников параметры малого сигнала ( г, у, h) сопровождаются цифровыми индексами, после которых в случае транзисторов следует буквенный, указывающий схему включения транзистора. [3]

На рис. 25 - 4 показано изменение коэффициента усиления мощности в зависимости от рабочего режима для транзистора 2N1142 на частоте 108 Мгц. Для расчета коэффициента усиления мощности / Ср, приведенного на рис. 25 - 4, использовались измерения параметров малого сигнала и величина / Ср определялась в предположении, что обеспечена однонаправленность транзистора в каждой точке измерения. [4]

Практически оказывается достаточным всего лишь пяти семейств статических характеристик. Однако статические характеристики удобны только в том случае, когда необходимо оценить работу транзистора в широком диапазоне токов и напряжений. В ряде случаев значительно более удобными оказываются такназываемые параметры малого сигнала. [5]

При выборе типа полупроводникового прибора для каждой конкретной схемы необходимо руководствоваться соображениями дефицитности полупроводникового прибора, его стоимости и целевого назначения. При разработке схемы нужно использовать именно те полупроводниковые приборы, которые рассчитаны для данного класса схем. Для усилительных схем, например, следует использовать полупроводниковые приборы, для которых гарантируются параметры малого сигнала. В противном случае, стоимость схемы станет выше и взаимозаменяемость полупроводниковых приборов не будет обеспечена. Например, усилитель низкой частоты, построенный на транзисторе П16Б ( специальный импульсный прибор) работает не лучше, чем на транзисторе П13, а стоимость транзистора П16Б значительно выше. [6]

Ом соответствует комнатной температуре. Это собственное сопротивление эмиттера гэ выступает в качестве последовательного для эмиттерной цепи во всех транзисторных схемах. Оно ограничивает усиление усилителя с заземленным эмиттером, приводит к тому, что коэффициент усиления эмиттерного повторителя имеет значение чуть меньше единицы и не позволяет выходному сопротивлению эмиттерного повторителя стать равным нулю. Этот параметр относится к параметрам малого сигнала. Отметим, что крутизна для усилителя с заземленным эмиттером определяется следующим образом: gm 1 / гэ. [7]

Зависимость базового и коллекторного токов транзистора от напряжения между базой и эмиттером.| Типичная зависимость коэффициента усиления по току для транзистора ( hln от коллекторного тока.

Возьмем производную от UB3 по / к: гэ UT / IK 25 / 1К Ом, где ток / к измеряется в миллиамперах. Величина 25 / / к Ом соответствует комнатной температуре. Это собственное сопротивление эмиттера гэ выступает в качестве последовательного для эмиттерной цепи во всех транзисторных схемах. Оно ограничивает усиление усилителя с заземленным эмиттером, приводит к тому, что коэффициент усиления эмиттерного повторителя имеет значение чуть меньше единицы и не позволяет выходному сопротивлению эмиттерного повторителя стать равным нулю. Этот параметр относится к параметрам малого сигнала. Отметим, что крутизна для усилителя с заземленным эмиттером определяется следующим образом: дт - 1 / гэ. [8]