Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Полупроводниковые приборы. Лабораторный практикум
.pdf
цию электронов через эмиттерный переход П3 и коллекторный
ток VT2 будет возрастать.
Ток I
– базовый ток транзистораVT1 I
K2
, он вызывает ин-
Б1
жекцию дырок через эмиттерный переход П1, в результате чего
коллекторный ток VT1также будет возрастать.
Ток IK1 в сумме с током Iу создают ток IБ2, то есть ток I
K1
увеличивает ток управления и потому является током внутренней ПОС. При наличии ПОС управляющий сигнал становится:
IБ2 = Iу + I
При βP β
1 в полученном выражении можно пренебречь
n
= Iу + βpI
K1
= Iу + βPβnIу. = Iу(1 +βPβn).
K2
единицей. Это означает, что при этом условии базовые токи будут быстро нарастать и оба транзистора окажутся в насыщении
даже после отключения управляющего тока. При этом коллекторный переход П2 будет смещен в прямом направлении, как
и в обычном транзисторе в режиме насыщения. Вольтамперная
характеристика тринистора (см. рис. 4.5) аналогична ВАХ динистора. Отличие лишь в том, что при увеличении величины
управляющего тока напряжение включения тиристора уменьшается и ВАХ тринистора стремится по форме к ВАХ обычного
выпрямительного диода.
На рисунке 4.6 приведены условные графические обозначения тиристоров.
Рис. 4.5. Вольтамперная характеристика тринистора
51
Основные параметры тиристоров:
напряжение включения U
ток включения I
вкл
;
вкл
;
ток удержания Iуд;
максимально допустимый ток в открытом состоянии I
– остаточное напряжение U
. Кроме перечисленных, важ-
ост
ными параметрами тиристоров являются время включения t
max
вкл
–
длительность перехода из закрытого состояния в открытое и время выключения t
длительность обратного перехода из откры-
выкл
того состояния в закрытое.
;
Рис. 4.6. Условные графические обозначения тиристоров:
а – динистор; б – тринистор с управлением по катоду;
в – тринистор с управлением по аноду; г – запираемый тиристор; д – симистор
IV. Порядок выполнения работы
Подключите стенд к сети 220 В/50 Гц.
Установите ручки потенциометров на лицевой панели стенда в крайнее левое положение.
Включите клавишу «СЕТЬ». О готовности стенда к работе
свидетельствует свечение светодиодов на лицевой панели стенда и появление информации на ЖКД.
1. Исследование обратной ветви ВАХ тиристора
1.1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключите к изме-
рительной схеме исследуемый тиристор.
1.2. Установите напряжение на управляющем электроде
Е
= 0. Включите опорное напряжение Е
1
1.3. Изменяя напряжение Е
, снимите зависимость от него
3
= – 12 В.
оп
обратного тока диода I3 = f (E3). Результаты измерений занесите
52
в таблицу 4.1. При проведении измерений напряжение на управ-
Е
3
, В
I3, кА
Е
3
, В
I3, мА
Е
3
, В
I3, мА
ляющем электроде поддерживайте постоянным.
Таблица 4.1
2. Исследование прямой ветви ВАХ тиристора
2.1. Включите опорное напряжение Еоп =+ 12 В. Изменяя
напряжение Е
, установите ток управляющего электрода I1 = 0.
1
2.2. Снимите зависимость тока анода тиристора I3 от прямо-
го напряжения Е
: I3 = f (E3). Результаты измерений занесите
3
в таблицу 4.2.
Таблица 4.2
при I1 = 0 (Е1 = 0)
2.3. Изменяя напряжение Е1 , установите ток управляющего
электрода I1 = 0,5 мА. Снимите зависимость тока анода тиристора I3 от прямого напряжения Е3: I3 = f (E3) при Е1= const. Результаты измерений занесите в таблицу 4.3.
Таблица 4.3
при I1 = 0,5 мА (Е1 = )
2.4. Установите ток управляющего электрода I1 = 1,0 мА.
Снимите зависимость тока анода тиристора I3 от прямого напряжения Е
: I3 = f (E3) при Е1= const. Результаты измерений за-
3
несите в таблицу 4.4.
53
Таблица 4.4
Е
3
, В
I3, мА
Е
3
, В
I3, мА
при I1 = 1,0 мА (Е1 = )
2.5. Включите опорное напряжение Еоп =+1 В и установите
максимальное значение напряжения Е3. Переведите тиристор во
включенное состояние, для чего, изменяя напряжение Е
, увели-
1
чить до максимального значения ток управляющего электрода
I1, а затем снизить его до нуля. Уменьшая напряжение Е
3 ,
снять
зависимость от него тока анода тиристора I3. Отметить точку резкого уменьшения тока, которая соответствует току выключения
тиристора I
. Результаты измерений занесите в таблицу 4.5.
выкл
Таблица 4.5
Работа считается выполненной после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем.
По окончании работы клавишей «СЕТЬ» отключите питание стенда.
V. Обработка результатов измерений
1. По данным таблиц 4.1…4.4 постройте на одном графике
семейство статических ВАХ тиристора.
2. По результатам исследования п. 2.5 (данным таблицы 4.5)
определить ток выключения тиристора I
выкл
.
3. Приведите основные параметры исследуемого тиристора
КУ101.
4. Сделайте выводы по работе.
54
VI. Контрольные вопросы
1. Дайте определение тиристора и назовите основные при-
знаки классификации тиристоров.
2. Нарисуйте структуру динистора, укажите полярность
включения источника питания и объясните процессы, происходящие в тиристоре на различных участках ВАХ.
3. Каково смещение коллекторного перехода тиристора по-
сле перехода в открытое состояние?
4. В чем преимущества тринисторов перед динисторами?
5. Нарисуйте схему включения тринистора, укажите поляр-
ность источников питания.
6. Какова роль управляющего электрода в тиристоре? Как
будет выглядеть управляющая характеристика U
= f (Iу)
вкл
и почему?
7. Какими способами можно перевести тиристор из закры-
того состояния в активное?
8. Какими способами можно перевести тиристор из откры-
того состояния в закрытое?
9. Перечислите основные параметры и характеристики ти-
ристоров.
10. Чем объясняется инерционность тиристоров?
55
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОГО ТЕТРОДА
I. Цель работы
1. Изучить устройство, принцип действия, систему обозна-
чений, параметры и характеристики полевых транзисторов.
2. Экспериментально исследовать статические вольтампер-
ные характеристики полевого тетрода и рассчитать по полученным характеристикам его основные параметры.
II. Подготовка к работе
1. Прочитать по теме материал, изложенный на лекциях
и в рекомендованной для самостоятельной работы литературе.
2. По настоящему руководству изучить описание лабора-
торной работы.
3. Оформить заготовку отчета по лабораторной работе. Изо-
бразить схему цепи для проведения исследований, заготовить
таблицы.
4. Ответить на контрольные вопросы.
III. Теоретический материал для подготовки
и выполнения лабораторной работы
Полевым транзистором называется полупроводниковый
усилительный прибор, при переносе тока в котором участвуют
носители только одного типа (электроны или дырки). Такие
транзисторы иногда называются униполярными.
Управление потоком носителей, проходящим через соответствующую область полевого транзистора (канал), осуществляется путем изменения электрического поля, создаваемого в этой
области с помощью специального электрода – затвора. В отличие от биполярного транзистора, ток в цепи управления полево-
56
го не протекает, то есть полевой транзистор подобно электронной лампе, является прибором с потенциальным управлением.
Затвор может быть отдален от области канала либо посредством обратно смещенного p-n перехода, или слоем диэлектрика, в роли которого чаще всего используются окислы полупроводниковых материалов. Транзисторы первого вида называются
полевыми транзисторами с управляющим p-n переходом, а транзисторы второго вида – МДП или МОП транзисторами. Выводы
от крайних областей канала имеют наименования – сток и исток.
Упрощенная структура полевых транзисторов с p-n переходом и каналами различных типов проводимости, а также их условные обозначения на электрических схемах приведены на рисунке 5.1.
Рис. 5.1. Структура и условные обозначения полевых транзисторов
с p-n переходом
При работе такого транзистора переход затвор-канал смещается в обратном направлении, в связи с чем в слоях полупроводника появляются зоны, обедненные свободными носителями.
С ростом обратного напряжения размеры обедненных слоев будут увеличиваться. Наиболее заметно этот эффект проявляется
в полупроводнике, образующем канал, что связано с малой концентрацией примесей, вводимых в материал из которого он изготавливается. При увеличении запирающего напряжения UЗИ
сечение канала и, соответственно, его проводимость будут
уменьшаться по сравнению с ситуацией, когда UЗИ = 0. При не-
57
котором напряжении UЗИ , называемом напряжением отсечки
U
, канал перекроется полностью и его проводимость исчез-
ОТС
нет. Данные ситуации отображены на рисунке 5.2 для полевого
транзистора с n-каналом.
Рис. 5.2. Структура канала полевого транзистора
при управлении по цепи затвора
В полевом транзисторе ток стока сложным образом зависит
как от управляющего напряжения, так и от разности потенциалов, приложенных между выводами исток – сток. В ситуации,
когда для транзистора с n каналом UЗИ = 0, а на сток подано положительное относительно истока напряжение, через канал потечет некоторый ток стока Iс. При этом потенциал канала транзистора меняется от нуля в области истока до +Uси у электрода
стока. Такое распределение разности потенциалов приводит
к тому, что сечение проводящего канала вблизи стока будет
меньше, чем у истока (см. рис. 5.3.).
Рис. 5.3. Изменение профиля канала полевого транзистора
при изменении напряжения сток – исток
58
С ростом напряжения U
, ток стока с одной стороны будет
си
увеличиваться, но с другой стороны его рост будет замедляться
за счет уменьшения сечения канала. При некотором напряжении
сток – исток, называемом напряжением насыщения U
си н
, произойдет практически полное перекрытие канала, но несмотря на
это ток стока по нему будет протекать. Дальнейший рост напряжения Uси вызовет пропорциональное увеличение длины
проводящей зоны канала и, соответственно, его сопротивления.
При этом величина тока стока, равная: I = U
будет оста-
си /Rк
ваться практически неизменной вплоть до пробоя перехода затвор-сток.
Полевой транзистор, как и биполярный, может включаться
различным образом, в частности с общим истоком, общим стоком и общим затвором.
Для схемы с общим истоком графики зависимостей (выход-
ные характеристики) тока стока Ic от напряжения Uси при различных напряжениях затвора Uзи приведены на рисунке 5.4. На
каждом из них можно выделить два участка: первый (омический)
при Uси ≤ U
и второй (участок насыщения) при U
си н
си
> U
си н
. На
первом участке с ростом напряжения Uси происходит изменение
сечения канала, транзистор ведет себя как резистор, ток возрастает почти линейно, доходя до определенного уровня, переходит
в область насыщения. На втором участке меняется длина проводящей зоны канала и Iс ≈ 0. При подаче на затвор относительно
истока некоторого запирающего напряжения Uзи происходит
дополнительное уменьшение сечения канала и, соответственно,
снижение тока стока при тех же напряжениях Uси. В режим насыщения транзистор также будет переходить при меньшей величине разности потенциалов Uси (см. рис. 5.4).
На рисунке 5.5 изображена стоко-затворная характеристика,
т.е. зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении сток-исток. Напряжение отсечки U
явля-
отс
ется некоторой константой конкретного транзистора.
59
Рис. 5.4. Выходные характеристики полевого транзистора
с управляющим p-n переходом
Рис. 5.5. Стоко-затворная характеристика полевого транзистора
с управляющим p-n переходом
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]