Примерыобозначений: 2Т399А— кремниевыйбиполярныйтран-

зистордляустройствобщетехнического назначения, маломощный,

СВЧ, номерразработки99, группаА; ГТ905Б— германиевыйтран-

зисторширокогоприменения, большоймощности, СВЧ, номерраз-

работки 05, группа Б.

3.9. Составные транзисторы

Реальное значение h21Э

определяется типом и технологией изго-

товления транзистора и обычно не превышает нескольких сотен.

Увеличение h'21

выше этого значения в ряде случаев позволяет су-

щественно упростить схемотехнику проектируемых устройств.

Решить проблему увеличения h'21

можно чисто схематическим

путёмзасчёткаскадноговключениянесколькихтранзисторов. При-

менительно к транзисторам одного типа проводимости такие схе-

мы впервые предложены Дарлингтоном и поэтому часто называ-

ются схемами Дарлингтона или составными транзисторами.

Составной транзистор — это комбинация из двух отдельных

транзисторов VT' и VT''. Эмиттерный ток одного транзистора яв-

ляется базовым током другого, коллекторный ток — суммой кол-

лекторных токов отдельных транзисторов (рис. 3.38). Коэффици-

ент усиления по току составного транзистора

h

= I

К

/ I

Б

=

(I′

+ I′′ )/ I′

= I′

/ I

′ + I′′

/ I′ .

3.23

21Э. сост

К

К

Б

К

Б

К

Б

Учитывая, что

I′

/ I′

= h′

, I

′′

/ I

′′

= h′′

,

3.24

К

Б

21Э

К

Б

21Э

I′

= I′

/ (1+h′

) =

I

′′ /

(1

+ h′

),

3.25

Б

Э

21Э

Б

21Э

будем иметь:

h

=h′

+h′′

+h′

h′

≈h′

h′ .

21Э.сост

21Э

21Э

21Э 21Э

21Э 21Э

3.26

Таким образом, в составном транзис-

торе суммарный коэффициент передачи

токаравенпроизведению коэффициентов

передачи тока отдельных транзисторов.

Рассмотренная схема (рис. 3.38) не

Рис. 3.38. Составнойтран-

единственновозможная. Составныетран-

зистор (схема Дарлинг-

зисторы строятся и на приборах различ-

тона)

ного типа проводимости. Такие структу-

66

зистора нагрузки возможен

процесс усиления по напря-

жению и мощности входно-

го сигнала.

В схеме (рис. 3.41) измене-

ния тока базы вызывают не

толькоизменениятокавцепи

коллектора, но и изменения

напряжения на коллекторе,

так как ток и напряжение на

коллекторесвязанымеждусо-

Рис. 3.41. Схема включения нагрузки

бой уравнением

UК = ЕК − IКRК.

3.27

Это уравнение носит название уравнения нагрузочного режима

работы транзистора, так как режим работы транзистора с нагруз-

койввыходнойцепинагрузочный. Характеристики, определяющие

связь между токами и напряжениями транзистора при наличии со-

противления нагрузки, называются нагрузочными.

Нагрузочныехарактеристикистроятвсемействестатическихха-

рактеристик при заданных значениях напряжения источника пита-

ния коллекторной цепи ЕК и сопротивления нагрузки RК.

Для построения нагрузоч-

ной характеристики (рис.3.42)

используют уравнение нагру-

зочного режима — уравнение

прямой, так как при перемен-

ном значении IК стоит посто-

янныйкоэффициент, численно

равныйRК. Поэтомудостаточ-

но найти отрезки, отсекаемые

прямой на осях координатной

системы (IК, UК).

При IК = 0, UК = ЕК и при

UК = 0, IК = EК/ RК. Отложив

на соответствующих осях на-

пряжение, равное ЕК, и ток,

Рис. 3.42. Нагрузочнаяпрямаявсемей-

равный EК/ RК, через получен-

ствестатическихвыходныххарактери-

ные точки проводят прямую,

стик транзистора

называемуюнагрузочнойпрямой.

68

Силовая электроника непрерывно развивается и силовые при-

боры непрерывно совершенствуются. Разработаны и выпускаются

приборы на токи до 1000 А и рабочее напряжение свыше 6 кВ. Бы-

стродействие силовых приборов таково, чтоонимогутработатьна

частотахдо1 МГц. Значительносниженамощностьуправленияси-

ловыми ключами.

Тиристоры делятся на две группы: диодные тиристоры (дини-

сторы) и триодные тиристоры (тринисторы). Для коммутации це-

пей переменного тока разработаны специальные симметричные

тиристоры-симисторы.

Динисторы

Динистор — это двухэлектродный прибор диодного типа, име-

ющий три p-n перехода. Крайняя область p называется анодом.

Другая крайняя область n — катодом. Структура динистора при-

ведена на рис. 3.43. Схему замещения динистора можно предста-

вить в виде двух триодных структур, соединённых между собой.

Деление динистора на составляющие транзисторы и схема заме-

щения приведены на рис. 3.44. При таком соединении коллектор-

ный ток первого транзистора является током базы второго, а кол-

лекторный ток второго транзистора — током базы первого. Бла-

годаря этому внутреннему соединению внутри прибора есть

положительная обратная связь. Внешние p-n переходы работают

Рис. 3.43. Структура дини-

стора (а) и его схематиче-

Рис. 3.44. Делениединисторанадвеструк-

ское изображение (б)

туры (а) и схема замещения (б)

70

Рис. 3.45. Вольт-амперная характеристика динистора (а) и схема его

включения (б)

напрямомтоке(эмиттерные переходы), авнутренний переходимеет

обратное включение (коллекторный переход). Внутренний p-n пере-

ход имеет большую величину сопротивления и поэтому при малых

значениях внешнего напряжения ток, протекающий через прибор,

близокнулю. Привнешнемнапряжении, равномнапряжениюэлект-

рическогопробоявнутреннегоp-n перехода, сопротивлениеэтогопе-

рехода резко уменьшается, происходит скачкообразное увеличение

токачерезприбор, т.е. включениединистора. (Сростомнапряжения

при U = Uвкл один из транзисторов будет переходить в режим насы-

щения. Коллекторный ток этого транзистора, протекая в цепи базы

второго транзистора, откроет его, а последний, в свою очередь, уве-

личиттокбазыпервого. Врезультатеколлекторныетокитранзисто-

ровбудутлавинообразно нарастать, покаобатранзисторанеперей-

дут в режим насыщения). Падение напряжения на открытом динис-

торе меньше 2 В, что примерно равно падению напряжения на

обычном диоде. Вольт амперная характеристика динистора приве-

дена на рис. 3.45, а, а схема импульсного включения на рис. 3.45, б.

Выключитьдинисторможно, понизивтоквнёмдозначениятока

удержания(Iуд). Различныеспособывыключениядинистораприве-

дены на рис. 3.46. В схеме а прерывается ток в цепи динистора. В

схеме б напряжение на динисторе делается равным нулю. В схеме в

ток динистора понижается до Iуд включением добавочного резис-

тора Rд. В схеме г при замыкании ключа К на анод динистора по-

даётсянапряжениепротивоположнойполярностиприпомощикон-

71

Вольт-амперная характеристика тринистора (рис. 3.48) отлича-

ется от характеристики динистора тем, что напряжение включения

регулируетсяизменениемтокавцепиуправляющегоэлектрода. При

увеличении тока управления снижается напряжение включения.

Таким образом, тиристор эквивалентен динистору с управляемым

напряжением включения.

Рис. 3.48. Вольт-амперные характеристики тринистора

ПослевключенияУЭтеряетуправляющиесвойства, следователь-

но, с его помощью выключить тиристор нельзя. Основные схемы

выключения тринисторов такие же, как и для динистора.

Симистор (симметричный тиристор)

Симистор отличается от обычного тиристора наличием двусто-

ронней проводимости. Пятислойная структура симистора n-p-n-p-n

(рис. 3.49) образует четы-

ре электронно-дырочных

переходаП1, П2, П3 иП4.

Крайние p-n переходы

шунтированы металли-

ческимиконтактами(шун-

тами Ш1 и Ш2) электро-

довМиН; управляющий

электрод У подключен к

верхней области типа p.

Изрис. 3.49 видно, чтоот-

Рис. 3.49. Структура симистора

73

для поддержания прибора в

открытом состоянии. Ток

управления Iу — наимень-

шийтоквцепиуправляюще-

го электрода прибора, при

котором он переходит из

закрытого состояния в от-

крытое. Ток утечки IК0 —

токчерезприборвзапертом

состоянии призаданномна-

пряжении. Максимальное

допустимое прямое напря-

жениеUпрmax — максималь-

ное напряжение, которое

можно длительно прикла-

Рис. 3.50. Вольт-ампернаяхарактеристи-

дывать к прибору. Макси-

ка симистора

мально допустимое обрат-

ное напряжение Uобрmax— максимальное значение обратного на-

пряжения, которое можно длительно прикладывать к прибору.

Динамическое сопротивление воткрытомсостоянииRдин — сопро-

тивление, рассчитанноепонаклонукпрямой, касательнойквольт-

амперной характеристике в открытом состоянии прибора.

Коммутация тиристоров

Различаютестественнуюиискусственнуюкоммутацию. Естествен-

наякоммутацияприменяется припеременномтокеивреверсивных

преобразователях. Приискусственнойкоммутациивключениетирис-

торовосуществляетсявспомогательнымисточникомэнергиипостоян-

ного(импульсного) токаилиспомощьюпредварительнозаряженных

конденсаторов. Есликоммутацияпроисходитмеждудвумярабочими

тиристорами, еёназываютпрямойилиодноступенчатой. Еслижеком-

мутацияпроисходитмеждурабочимивспомогательнымтиристорами,

тотакаякоммутацияназываетсядвухступенчатой. Искусственнуюком-

мутациюприменяютвпреобразователях, несвязанныхссетьюпере-

менного тока и работающих на автономную нагрузку. На рис. 3.51

представленыразличныевариантыкоммутациитиристоров. Поспосо-

буподачикоммутирующегонапряженияпреобразователиразличаютс

параллельнойипоследовательнойкоммутацией.

75