Электроника Ч2

41

Значение коэффициентов передачи токов эмиттерных переходов α1 и α3 увеличивается с увеличением прямого напряжения. При достижении α1 + α3 =1 ток Iэ устремится в бесконечность. Происходит переключение динистора из закрытого состояния в открытое.

После включения динистора его ток ограничивается только сопротивлением внешней цепи. Падение напряжения на открытом приборе меньше 2 В, что примерно равно падению напряжения на обычном диоде.

Выключить динистор можно размыканием цепи питания, шунтированием прибора, снижением тока до значения Iвыкл или подачей обратного напряжения.

Косновным параметрам динисторов относится:

–допустимое обратное напряжение;

–напряжение включения Uвкл ;

–максимально допустимый прямой ток;

–минимальный прямой ток через прибор в открытом состоянии;

–максимально допустимая мощность и др.

2.ТИРИСТОРЫ

Переводить динистор в открытое состояние повышением прямого напряжения неудобно, а иногда и недопустимо. От этого недостатка свободны тиристоры. Они имеют третий вывод (в дальнейшем – управляющий электрод), подключенный к одной из баз. За счет тока базы (в дальнейшем – тока управления) соответствующий коэффициент передачи тока эмиттера α1 или α3 увеличивается, и происходит включение тиристора при меньшем напряжении Uа.

В зависимости от расположения управляющего электрода (УЭ) тиристоры делятся на тиристоры с катодным управлением и тиристоры с анодным

42

управлением (рис.20.2, а и 20.2, б). ВАХ тиристора (рис. 20.2, в) пред-

ставляет семейство кривых, снятых при различном токе управления.

Запишем баланс токов тиристора с учетом того, что через переход П3 проходит сумма токов основного и управляющего (рис. 20.2 а):

Из (20.5) очевидно, что ток эмиттера зависит от значений α1 и α3 и от управляющего тока Iу. Для закрытого состояния α1 + α3 < 1. Условие пере-

ключения тиристора в открытое состояние можно получить дифференцированием (20.5) по напряжению. После преобразований получим

С ростом тока Iу увеличивается α3. Поэтому переключение тиристора происходит при меньшем значении Uа, а ВАХ располагаются внутри пред-

43

шествующих, вплоть до полного исчезновения участка с отрицательным сопротивлением.

Схема включения тиристора и график нарастания его тока приведены на рис. 20.3. Весь процесс включения разделяют на три характерных интервала: интервал задержки tз, интервал нарастания tн и интервал установления

tуст.

τ у

Интервал задержки расположен от момента подачи управляющего импульса до момента увеличения тока тиристора до значения 0,1·Iуст. При достаточно большом токе управления время задержки достигает долей микросекунды. На интервале нарастания ток тиристора изменяется от 0,1·Iуст до 0,9·Iуст. В сумме интервалы задержки и нарастания могут составлять несколько микросекунд. По окончании интервала нарастания тиристор практически включен, однако его ток продолжает увеличиваться до Iуст

еще некоторое время. Это время составляет интервал установления и может иметь значение 10÷500 мкс.

График изменения падения напряжения на тиристоре при его включении аналогичен графику тока, но имеет противоположные знаки прираще-

44

ний. Мгновенная мощность потерь, возникающих при включении тиристора, определяется известным выражением:

Рмакс = 0,5Е 0,5I уст .

Для уменьшения мощности потерь стремятся снижать скорость нарас- тания анодного тока. Этого можно достигнуть, включив последовательно с тиристором индуктивность.

После включения тиристора УЭ теряет управляющие свойства. По- этому способы выключения тиристора такие же, как и для динистора.

Основные параметры тиристоров аналогичны параметрам динисторов, но их перечень расширяется за счет параметров цепи управления. К ним от- носятся

–допустимый ток управления Iу доп;

–допустимое управляющее напряжение отпирания Uу доп;

–допустимое сопротивление цепи управления Rу доп;

–допустимая скорость нарастания тока тиристора.

3.СИМИСТОРЫ

Симистор – это симметричный тиристор. Структура симистора содер- жит пять слоев полупроводников с чередующимся типом проводимости (рис. 20.4, а). На рис. 20.4, б приведено условное обозначение симистора, а на рис. 20.4, в его ВАХ.

Как следует из ВАХ, симистор включается в любом направлении при подаче на УЭ положительного импульса управления. Это позволяет приме- нять симисторы для управления в цепях переменного тока. Требования к им- пульсу управления такие же, как и для тиристора. Основные параметры си-

45

мистора аналогичны параметрам тиристора. Симистор можно заменить двумя встречно включенными тиристорами с общим электродом управления.

К УЭ

Рис. 20.4. Структура а), условное обозначение б) и ВАХ симистора в)

4.СТАТИЧЕСКИЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ТРАНЗИСТОР

Статический индукционный транзистор (СИТ) представляет собой по- левой транзистор с управляемым p – n переходом, который может работать как при обратном смещении затвора (режим полевого транзистора), так и при прямом смещении затвора (режим биполярного транзистора).

В таком приборе при нулевом напряжении на затворе цепь сток – ис- ток находится в проводящем состоянии. В закрытое состояние цепь перево- дится отрицательным напряжением Uзи. Достоинством СИТ является малое сопротивление проводящего канала сток – исток при прямом смещении. Для снижения потерь на сопротивлении Rзи транзистор вводят в режим насыще- ния. Этот прием приводит к накоплению избыточного заряда неосновных носителей. На этапе выключения возникает задержка (от 20 нс до 50 мкс), обусловленная рассасыванием избыточного заряда.

46

Разновидностью СИТ являются биполярные СИТ (БСИТ). Технологи- ческими приемами напряжение отсечки БСИТ сведено к нулю. Благодаря этому транзисторы закрыты при отсутствии управляющего сигнала, а поте- ри на Rзи существенно уменьшаются.

Схемное изображение и условное обозначение СИТ и БСИТ такие же, как и у полевых транзисторов с управляющим p – n переходом. Отличают их по номеру разработки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

20.1.Приведите условное схемное обозначение динистора, воспроизведите его

структуру.

20.2.Изобразите ВАХ динистора. Почему отпирание динистора возможно только при Uа = Uвкл и протекает лавинообразно?

20.3.Почему включение динистора без ограничительного сопротивления считается опасным и недопустимым?

20.4.Как можно выключить динистор?

20.5.Приведите условное схемное обозначение тиристора. Чем и почему оно отличается от обозначения динистора?

20.6.Какую роль в работе тиристора играет зависимость коэффициента передачи

α3 от тока Iу?

20.7. Отличаются ли процессы включения тиристора и динистора? Если отличаются, то чем?

29.8. Приведите график включения тиристора и проведите его анализ.

20.9.Как можно уменьшить мощность потерь, возникающую при включении ти-

ристора?

20.10.Можно ли выключить тиристор уменьшением величины управляющего то-

ка Iу?

20.11. Приведите условное схемное обозначение симистора. В чем состоит отличие и единство структур тиристора и симистора?

47

20.12. Чем отличаются биполярные статические индукционные транзисторы от

СИТ?

ТЕМА 6. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

ЛЕКЦИЯ 21. РЕЗИСТИВНЫЕ УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

1.КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ

Усилителями называются устройства, в которых сравнительно мало- мощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощно- сти из источника питания в нагрузку. Все многообразие усилителей разде- ляют по ряду признаков.

1.По типу применяемого активного элемента выделяют

–усилители на электронных лампах;

–усилители на транзисторах;

–магнитные усилители;

–параметрические усилители;

–молекулярные усилители.

Усилители на электронных лампах в последние годы применяются ог- раниченно из – за больших габаритов, большой потребляемой мощности, малого срока службы. Магнитные усилители чаще используются в устрой- ствах автоматики, параметрические и молекулярные – в технике СВЧ. Наи- более широкое применение в промышленной электронике нашли транзи- сторные усилители и усилители на ИМС.

2. В зависимости от полосы усиливаемых частот различают

– усилители постоянного тока (УПТ);

48

–усилители низкой частоты (УНЧ);

–избирательные усилители.

УПТ усиливают постоянную составляющую сигналов и колебания до некоторой, обычно не очень высокой, верхней частоты (рис. 21.1, а).

УНЧ предназначены для усиления сигналов в диапазоне от fн до fв (рис

21.1, б)

Избирательные усилители обеспечивают усиление сигналов со спек- тром, достаточно узким относительно средней частоты f0. Для них справед-

Рис. 21.1. Графическая иллюстрация деления усилителей по полосе уcиливаемых частот УПТ а), УНЧ б) и избирательные усилители в)

3. По назначению усилители делятся на

–усилители тока;

–усилители напряжения;

–усилители мощности.

Усилители тока предназначены для усиления до заданного значения протекающего через нагрузку тока.

В усилителе напряжения режим работы выбирается так, чтобы напря- жение сигнала на его выходе было больше входного. При этом величина мощности сигнала на выходе усилителя не имеет существенного значения.

49

В усилителе мощности основной задачей является выделение задан- ной мощности сигнала на полезной нагрузке. При этом выходное напряже- ние может быть меньше, чем на входе.

4.По виду нагрузки активного усилительного элемента различают

– резистивные усилители;

– трансформаторные;

– резонансные.

5.В зависимости от способа включения усилительного элемента раз-

личают схемы:

–с общим эмиттером (истоком);

–с общей базой (затвором);

–с общим коллектором (стоком).

Для полной характеристики усилителя необходимо использование всех признаков. Например, резистивный усилитель низкой частоты на поле- вом транзисторе по схеме с общим истоком.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ РЕЗИСТИВНОГО УСИЛИТЕЛЯ ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Простейший усилительный каскад по схеме с общим эмиттером приве- ден на рис. 21.2, а. В качестве усилительного элемента в схеме используется биполярный транзистор n – p – n типа. Источник питания Ек связан с коллек- тором транзистора через сопротивление нагрузки Rк. Входной сигнал подает- ся на базу транзистора. Его параметры определяют напряжение Uбэ и ток iб. Выходной сигнал снимается с участка коллектор – эмиттер транзистора и оп- ределяется напряжением Uкэ. Для анализа принципа работы каскада построим его передаточную характеристику Uкэ = f (Uбэ ) (рис. 21.2, б).

50

С увеличением входного сигнала (Uбэ) растет ток базы Iб, а значит, и ток коллектора, причем,

I К = β Iб + Iкэо .

Ток коллектора создает падение напряжения на резисторе RK :

URк = Iк Rк ,

атакже на дифференциальном сопротивлении участка коллектор-эмиттер

транзистора - U кэ , причем, всегда

URк + Uкэ = Ек .

Рост тока коллектора означает уменьшение Rкэ, а значит, и Uкэ. При этом на постоянном сопротивлении резистора падение напряжения увеличи- вается. Так как дифференциальное сопротивление Rкэ вычислять сложно, па- дение напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора находят как разность

Uкэ = Ек − I к Rк .

Итак, с увеличением тока коллектора Iк увеличивается падение на- пряжения на резисторе Rк и уменьшается напряжение Uкэ, т.е. выходное на- пряжение каскада (рис. 21.2, б).

Когда ток коллектора достигает насыщения Iк = Iкн (т.е. максималь-

ного значения), напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора дос- тигает наименьшего значения. Это значение называют напряжением насы- щения - Uкэн, причем,

Uкэн = Eк − Iкн Rк .

Как правило, напряжение Uкэн пренебрежимо мало в сравнении с Ек, поэтому иногда им пренебрегают, полагая UкэН ≈ 0 . Дальнейшее увеличение

Uбэ не может вызвать изменений тока транзистора Iк и напряжения Uкэ.