Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные и микропроцессорные устройства. Учебное пособие
.pdf
Третий элемент – цифра (буква для оптопар), определяющая один
из основных характеризующих прибор признаков (параметр, назначение, принцип действия).
Например: для подкласса «Д» (диоды): 1 – выпрямительные с током до 0,3 А; 2 – выпрямительные с током от 0,3 до 10 А; 3 – прочие
диоды (магнито- или термодиоды); с 4 по 9 – импульсные диоды. Для
подкласса оптопар «О»: Р – для резисторных
тиристорных; Т – для транзисторных оптопар.
Четвертый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа прибора.
Пятый элемент – буква, условно определяет классификацию по параметрам приборов, изготовленных по единой технологии.
Дополнительные элементы обозначения
Буква «С» после второго элемента – для наборов в одном корпусе
нескольких однотипных
одноименными выводами.
Цифра через дефис после пятого элемента показывает для бескорпусных приборов тип выводов (1,2 – гибкие; 3,4 – жесткие; 5,6 – с контактными площадками).
Буква «Р» после последнего элемента – для диодов с парным подбором; буква «Г» – с подбором в четверки; буква «К» – с подбором в
шестерки.
Пример. АД112А – галлиевый выпрямительный диод с током до
0,3 А номером разработки 12 и классификационным параметром А.
3ОТ102А – оптрон на основе арсенида галлия с транзистором в ка-
честве фотоприемника, номер разработки 102 и классификационный
параметр А.
приборов, не соединенных или соединенных
; Д – для диодных; У – для
4. ТРАНЗИСТОРЫ
Биполярный транзистор
Представляет собой электропреобразовательный прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности.
В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей
заряда двух типов: электронов и дырок, отсюда и их название – биполярные транзисторы.
21
Существует два типа биполярных транзисторов: n–p–n-типа и
p–n–p-типа (рис. 7). Выводы транзистора: К – коллектор, Б – база, Э –
эмиттер. Функция эмиттерного перехода – инжектирование носителей
заряда в базу. Функция коллекторного перехода – сбор носителей заряда, прошедших через базовый слой.
Рис. 7. Биполярные транзисторы
Для того чтобы n–p–n-транзистор работал, необходимо на коллектор подавать более высокий потенциал, чем на эмиттер. Тогда при подаче на базу положительного потенциала относительно эмиттера транзистор будет открываться, а при подаче на базу отрицательного потенциала относительно эмиттера транзистор будет закрыт.
Для того чтобы
p–n–p-транзистор работал, необходимо на коллек-
тор подавать более низкий потенциал, чем на эмиттер. Тогда при подаче на базу положительного потенциала относительно эмиттера транзистор будет закрыт, а при подаче на базу отрицательного потенциала
относительно эмиттера транзистор будет открываться.
Поскольку транзистор – трехвыводной прибор, то возможны различные варианты его включения:
по схеме с общей базой (рис. 8) и по
схеме с общим эмиттером (рис. 9).
В схеме с общей базой ток коллектора (выход) связан с током
эмиттера (вход) коэффициентом передачи тока: = I
/ Iэ.
к
В схеме с ОЭ коэффициент передачи тока определяется как
= I
/ Iб = / (1 – ).
к
Поскольку
0,9…0,99, то 9…99, т. е. транзистор по схеме с
ОЭ дает усиление по току в отличие от схемы с ОБ, что и определяет
более широкое практическое применение этой схемы.
22
Рис. 8. Схема с общей
базой
Рис. 9. Схема с общим
эмиттером
Существует несколько характеристик транзистора, главная из которых – выходная характеристика (рис. 10) – это зависимость тока
коллектора от напряжения коллектор–эмиттер при различных значениях входного сигнала – тока базы.
Рис. 10. Выходные характеристики
На рис. 10 видно, что зависимость имеет три характерных участка.
Первый – участок резкого нарастания тока коллектора при небольших
приращениях напряжения коллектор–эмиттер при неизменном токе
базы. Второй – участок практически неизменного тока коллектора при
изменении напряжения коллектор–эмиттер в достаточно большом диапазоне при неизменном токе базы. Третий – участок электрического
пробоя, когда возрастающий
ток коллектора приводит к тепловому
пробою. Область характеристик, лежащих ниже характеристики при
токе базы, равном нулю, называется областью отсечки. В этой области
ток коллектора определяется обратным (тепловым) током утечки по
цепи база–коллектор.
Другая характеристика транзистора – входная характеристика, которая показывает зависимость тока базы от напряжения база–эмиттер
при различных
значениях напряжения коллектор–эмиттер. Отметим,
что характеристика нелинейна в области малых значений напряжения
и практически линейна в остальном диапазоне.
23
Сравнительный анализ схем с ОБ и ОЭ. Во-первых, коллекторные
характеристики в схеме с ОЭ больше подвержены температурным
смещениям. Во-вторых, если характеристики в схеме с ОБ в небольшой области изменения входного сигнала можно считать эквидистантными (т. е. равным приращениям входного сигнала (тока эмиттера)
соответствуют примерно равные приращения выходного
сигнала (тока
коллектора), то в схеме с ОЭ более резко выражена неэквидистантность характеристик. В-третьих, в схеме с ОЭ пробой коллекторного
перехода наступает при коллекторном напряжении в 1,5–2 раза меньшем, чем в схеме с ОБ. Это сравнение приводится без доказательств,
чтобы избежать рассмотрения физических процессов в полупроводнике.
Рис. 11. Схема замещения
Схема замещения транзистора в физических параметрах изображе-
на на рис. 11. Основные элементы схемы замещения:
1) дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода
r
= dUэ / dIэ при Uкб = const;
э
2) объемное сопротивление базы r
3) источник тока I
, который учитывает приращение базового то-
б
. Обычно rб > rэ;
б
ка, проходящего в коллектор;
4) дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:
r
= dUкэ / dIк при Iб = const;
к
5) емкость коллекторного перехода С
(играет роль в области высо-
к
ких частот, причем бо´ льшую, чем емкость эмиттерного перехода С
поэтому емкость эмиттерного перехода в схеме с ОЭ обычно не учитывают);
24
,
э
6) коэффициент передачи тока: = dIк / dIб при Uкэ = const. Этот
параметр зависит от частоты. О частотных свойствах судят по так
называемой граничной частоте, при которой модуль коэффициента
передачи тока уменьшается в
раз. Следует отметить, что частот-
2
ные свойства транзистора в схеме с ОЭ хуже, чем в схеме с ОБ:
f
= f / (1 + ).
h-параметры транзистора
Существуют различные системы уравнений, описывающие транзистор, представленный в виде четырехполюсника (рис. 12). Различие
заключается в параметрах, принимаемых в качестве независимых переменных, и в качестве зависимых. В результате существуют z-, y-, h-
и другие параметры транзистора.
Рис. 12. Четырехполюсник
При нахождении h-параметров транзистора в качестве независимых переменных принимают ΔI
жают через h-параметры. Для схемы с ОЭ:
и ΔU2, а приращения ΔU1 и ΔI2 выра-
1
U
= h11Iб + h12U
бэ
= h21Iб + h22U
I
к
кэ
кэ
;
.
Исходя из системы уравнений получаем физический смысл h-параметров транзистора:
h
= Uбэ / Iб при Uкэ = const – входное сопротивление биполярно-
11
го транзистора;
h
= Uбэ / Uкэ при Iб = const – коэффициент внутренней обратной
12
связи по напряжению. Его значение составляет примерно (0,2…2)·10
и в большинстве расчетов им пренебрегают;
h
= Iк / Iб при Uкэ = const – коэффициент передачи тока;
21
= Iк / Uкэ при Iб = const – выходная проводимость транзистора
h
22
при неизменном токе базы.
25
–3
По h-параметрам транзистора можно нарисовать схему замещения
для транзистора n–p–n-типа, принимая h
= 0 (рис. 13).
12
Рис. 13. Схема замещения
Полевые транзисторы
Полевым транзистором (ПТ) называют электропреобразовательный
прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и
который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.
Каналом называют центральную область транзистора. Исток –
электрод, из которого в канал входят основные носители заряда.
Сток – электрод, через который основные
Затвор – электрод, служащий для регулирования поперечного сечения
канала. Поскольку ток определяется носителями только одного знака,
ранее их называли униполярными транзисторами.
Существует несколько разновидностей полевых транзисторов. Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом – ПТ, у которого затвор электрически отделен от канала закрытым p–n-переходом. Полевой транзистор
с изолированным затвором – ПТ, затвор которого элек-
трически отделен от канала слоем диэлектрика.
носители уходят из канала.
Рис. 14. Полевые транзисторы
На рис. 14 показаны условно-графические обозначения различных
типов ПТ, здесь:
1 – полевой транзистор с p–n-переходом с каналом n-типа;
26
2 – полевой транзистор МДП-типа (МОП-типа) со встроенным ка-
налом n-типа;
3 – МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа;
4 – полевой транзистор с p–n-переходом с каналом p-типа;
5 – МДП-транзистор со встроенным каналом p-типа;
6 – МДП-транзистор с индуцированным каналом p-типа.
Различия в конструкции практически не влияют на
форму основ-
ных характеристик транзисторов, а определяют величину подаваемых
напряжений, необходимых для работы. Основной характеристикой ПТ
является выходная характеристика – зависимость тока стока от напряжения сток–исток (рис. 15) при различных значениях входного сигнала – напряжения затвор-исток. Из рис. 15 видно, что характеристика
практически аналогична выходной характеристике биполярного транзистора.
Рис. 15. Выходные характеристики
Основной особенностью ПТ является высокое входное сопротивление (для транзисторов с p–n-переходом оно составляет 10
а для МОП-транзисторов – 10
12
…1014 Ом). В связи с этим ПТ управ-
8
…109 Ом;
ляются не током (как биполярные транзисторы), а напряжением, т. е.
входным сигналом является напряжение затвор–исток.
Упрощенная схема замещения ПТ для области низких частот, т. е.
без учета межэлектродных емкостей, изображена на рис. 16, на котором:
= dUси / dIс при Uзи = const – внутреннее сопротивление ПТ;
r
i
S = dI
/ dUзи при Uси = const – крутизна стоко-затворной характери-
с
стики.
27
Рис. 16. Схема замещения
Условные обозначения транзисторов
В соответствии с ОСТ 11 336.919–81 принята следующая система
условных обозначений транзисторов (кроме силовых).
Первый элемент – исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор: «Г» или «1» – германий; «К»
или «2» – кремний; «А» или «3» – галлий; «И» или «4» – индий.
Второй элемент – буква, определяющая подкласс приборов: «Т» –
биполярные транзисторы; «П» – полевые транзисторы.
Третий элемент – цифра, определяющая
ности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.
Четвертый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки транзистора.
Пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию
транзисторов по параметрам.
Для бескорпусных приборов дополнительно через дефис вводится
цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения
(1,2 – гибкие выводы; 3,4 – жесткие выводы; 5,6 – с контактными площадками
).
Система условных обозначений силовых транзисторов отличается
от описанной системы.
Первый элемент (может отсутствовать) – исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор: «1» – германий; «2» – кремний; «3» – арсенид галлия; «4» – карбид кремния.
Второй элемент – буквы «ТК», «ТКД», «ТКП», обозначающие вид
прибора (дискретный биполярный, составной биполярный и полевой
транзистор соответственно).
Третий элемент – цифра, обозначающая
ботки транзистора.
Четвертый элемент – цифра, определяющая размер корпуса для
каждого конструктивного исполнения.
функциональные возмож-
порядковый номер разра-
28
Пятый элемент – цифра, характеризующая конструктивное исполнение корпуса (1 – штыревое с гибкими выводами, 2 – штыревое с
жесткими выводами, 3 – таблеточное, 4 – под запрессовку, 5 – фланцевое, 6…9 – другое).
Шестой элемент – отделенное дефисом число, соответствующее
максимально допустимому постоянному току коллектора (стока) в амперах.
Седьмой элемент – отделенное дефисом число, определяющее
условное обозначение класса транзистора по максимально допустимому
постоянному напряжению коллектор–эмиттер при отключенной
базе (или по напряжению сток–исток).
5. ТИРИСТОРЫ
Полупроводниковый прибор с тремя (или более) p–n-переходами,
ВАХ которого имеет участок с отрицательным дифференциальным
сопротивлением и который используется для переключений.
Наибольшее распространение получили триодные однооперационные тиристоры, которые и имеют в виду, когда употребляют термин
«тиристор». В триодных тиристорах управление осуществляется по
цепи третьего – управляющего электрода.
Рис. 17. ВАХ тиристора
Условно-графическое изображение тиристора показано на рис. 17.
Тиристор имеет три электрода: анод (А), катод (К) и управляющий
электрод (УЭ). ВАХ тиристора показана на рис. 17. Здесь сплошной
линией показана ВАХ при отсутствии управляющих импульсов (УИ),
а штриховой линией показана ВАХ при номинальных параметрах
УИ. Следует отметить, что и при отсутствии УИ тиристор
29
может
открыться при приложении большого прямого напряжения, но в
обычных схемах включения этого избегают путем подбора параметров тиристоров.
Условие открывания тиристора: потенциал анода больше потенциала катода и на УЭ подан УИ. Условие закрытия тиристора: потенциал
анода меньше потенциала катода. Таким образом, видно, что тиристор
является полууправляемым элементом: мы можем управлять
моментом
открывания, но не можем управлять (без специальных схем) моментом
закрытия.
Рассмотрим краткий обзор других типов тиристоров.
Динисторы – диодные тиристоры. Переход динистора из закрытого
состояния в открытое связан с тем, что напряжение между анодом и
катодом достигает некоторой величины, являющейся параметром прибора.
Двухоперационные (запираемые) тиристоры – отпирание тиристо-
ра осуществляется
положительным импульсом на управляющий элек-
трод. Запирание – отрицательным импульсом на УЭ.
В фототиристоре управление осуществляется световым импульсом. Обычно светодиод и фототиристор изготавливаются в одном корпусе и образуют оптопару – оптронный тиристор.
Симисторы (симметричные тиристоры) являются эквивалентом
встречно-параллельного соединения двух тиристоров и позволяют
проводить ток в обоих направлениях. Для открытия
симистора в том и
в другом направлении необходимо каждый раз формировать УИ.
Основные параметры тиристоров:
– допустимое значение среднего прямого тока (или максимальный
постоянный прямой ток) I
пр.ср
(I
пр max
);
– максимально допустимое напряжение, которое определяется как
наименьшее из прямого и обратного напряжения (U
max
).
Условные обозначения тиристоров
Буквенно-цифровой код силовых тиристоров состоит из следующих элементов:
первый элемент – буква или буквы, обозначающие вид прибора:
Т – тиристор; ТЛ – лавинный тиристор; ТС – симистор; ТО – оптотиристор; ТЗ – запираемый тиристор; ТБК – комбинированно-выключаемый тиристор; ТД – тиристор-диод (эквивалент встречно-параллельного соединения тиристора и диода);
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]