Мороз_Электротехника

14

Рис. 2.15. Структура биполярного транзистора

Центральный слой - называется базой (Б).

Наружный слой, являющийся источником зарядов -э м и т т ер (Э), принимающий заряды, - коллектор (К). Источник питания Э-Б Uвх включают в прямом направлении (переход Э-Б имеет малое сопротивление).На переход коллектор -база источник энергии Uвх включают в обратном направлении.

Под действием Еэ электроны из эмиттера преодолевают п-р- переход и попадают в область базы, где частично рекомбинируют с дырками( рекомбинациявосстановление и воссоединение электрона и дырки), образуя ток базы Iб Обычно концентрация дырок в базе низкая и не все электроны рекомбинируют, большинство электронов вследствие диффузии и поля Ек преодолевают коллекторный р-п-переход, и в цепи Б-К образуется Iк0

Когда IЭб =0, будет небольшой ток через коллект.переход Iко . Он обусловлен движением неосновных носителей заряда: электронов из базы в коллектор, дырок из коллектора в базу. Коллектор предназначен для экстракции (изъятия)

неосновных носителей заряда из базы. α- коэффициент переноса дырок

= 0,9-0,995(Iб-мал, Iк≈ Iэ, область п-тонкая, дырок мало и Iбмало).

14

15

Транзисторы p-п-р-типа, работают аналогично, отличаются противоположными направлениями Eэ, Eк,Iб, Iэ,Iк

Рис. 2.16. Схема транзистора с ОБ

Рассмотренная схема называется схемой с ОБ. Применяется редко, т.к. мал

(2.2)

Схема включения транзистора с общим эмиттером (0Э) - это основная схема.

Рис. 2.17. Схема транзистора с ОЭ

Эмиттер, является общим электродом для входной и выходной цепей,

Достоинства: малый ток Iб, большой β, коэффициент усиления по мощности достигает нескольких тысяч.

Схема с общим коллектором (0К) (эмиттерный повторитель, т.к. напряжение на выходе примерно равно входному по величине и фазе).

15

16

Используется для построения специальных каскадов, имеет большие Rвх и малое Rвых

Основные характеристики и параметры транзисторов с ОЭ:

-Iк(Uкэ) при Iб=constвыходные характеристики. Iб(U э) приUкэ=const – входная характеристика,

Рис. 2.19. Основные характеристики транзисторов

Iк(Uбэ) при Uкэ =constпередаточная характеристика

Рис. 2.20. Входная и передаточная характеристики

Параметры:1) Дифференциальное выходное сопротивление (на выходной

4) Статический коэффициент усиления μ=S*Rвых≈S*Rк

Для расчета и анализа цепей с биполярными транзисторами используются h - параметры. Считают Iб иUкэ независимыми переменными, a Uбэ и Iк -

зависимыми, т.е, Uбэ =F1(Iб,Vкэ ) (2.11)

h— параметры определяют по характеристикам:

16

Схема замещения (h12 =0)

Существуют ограничения:

Pк=Iк*Uкэ≤Pк.max для предотвращения перегрева коллектора;

Uкэ ≤ Uкэ.mах - во избежание пробоя коллекторного перехода

Iк ≤Iк.mах - во избежание перегрева эмиттерного. перехода. Для повышения

делают транзисторные сборки на Iк до 500 А.

Рис. 2.21. Схема замещения транзистора

Биполярные транзисторы широко применяются в усилителях, генераторах, логических и импульсных устройствах.

17

18

18

19

2.4.2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

МОП-транзистор униполярные, т.к. имеют заряды одного знака- МОП-транзистор. ПТ - это

п/п прибор с токопроводящим каналом, ток в котором управляется электрическимполем.

Канал - это область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого выходят заряды в канал - и с т о к; электрод, в который входят заряды из канала - сток.

Затвор служит для регулирования поперечного сечения канала и его электропроводности(в полевых транзисторах).

1) В ПТ п-типа основными носителями заряда в канале являются электроны. Затвор – это р-область. Между затвором и каналом образуются р-п-переходы . Когда между З и И приложено Uзи<0, запирающее р-п-переходы, оно вызывает вдоль канала равномерный слой, обедненный носителями заряда. Uси > вызывает неравномерность обедненного зарядами слоя, наименьшее сечение проводящего каналавблизи стока, сопротивление возрастает.

Uзи управляет сечением канала и его сопротивлением. Uси управляет током через канал.

19

20

в)

Рис. 2.24. Схемы управления ПТ

2)Используются и ПТ с изолированным затвором, у которых между З и К

есть слой диэлектрика SilО2 , а р-п-переход отсутствует. Их называют МОП - транзисторами (металл, окисел, полупроводник) или МДП транзисторы(металл, диэлектрик, полупроводник).

3)ПТ с затвором Шоттки. У них потенциал на затворе изменяет толщину перехода между металлом и полупроводником и изменяется R.

ПТ с изолированным затвором

г) с р-каналом д) с п- каналом Основные характеристики:

Ic(Ucи) при Uзи= const -выходные (стоковые) характеристики. Ic(Uзи) при Uси= const - переходная(строится по выходной)

выходная характеристика. (2.20)

Достоинства: высокая технологичность; меньшая стоимость, чем биполярных , высокое Rвх. Применяются в усилительных каскадах с высоким Rвх, ключевых и логических схемах.

20

21

Обозначение транзисторов состоит из 4 элементов:

1)буква или цифра, указывающая на полупроводниковый материал;

2)буква T для бинарных, П- для полевых;

3)Трехзначная группа цифр –это тип по классификации; 4)Буква разновидности транзистора.

КТ 315Акремниевый, биполярный транзистор малой мощности, высокой

частоты, разновидность А.

Полевые транзисторы просты в изготовлении, дешевле. Можно получить высокую плотность расположения в микросхеме (на порядок выше, чем в Б-тр-ах) имеет очень высокое Rвх =1011-1017 Ом. Мало зависят от температуры и радиации, могут работать при t близких к абсолютному нулю и в космосе. Однако имеют малый коэффициент усиления, работают при невысоких частотах (до нескольких мегагерц)

Если одновременно подать напряжение Uзи<0 и Uси>0, то сечение канала и соответственно его сопротивление будут определятся действием суммы этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет величины запирания, т.е. Uси+ |Uзи|= Uзап., канал сомкнется, его сопротивление резко возрастет, транзистор –закроется. Зависимости тока стока Iс от напряжения Ucи при Uзи const, определяют выходные или стоковые характеристики Ic=f(Ucи)

Рис. 2.26. Основные характеристики ПТ

На начальном участке, когда Ucи+|Uзи|< Uзап, ток Iс возрастает с повышением Uси; когда напряжение Ucи≥Uзап-Uзи рост тока прекращается(участок насыщения). Увеличение отрицательного значения Uзи(1- 2-3-4 В) уменьшает величину Uси и тока Ic.Более высокое напряжение Ucи приводит к пробою р-п-перехода и выходу из строя транзистора. По выходным характеристикам можно построить переходную или стоковую характеристику

Ic=f(Uзи) Ucи=const

21

22

2.5. Тиристоры Динистор 2 выхода, тринистор – 3 выхода.

Тиристором называют п/п прибор с тремя р-п-переходами. ВАХ имеет участок с отрицательным Rдиф. Тиристор используется для переключения. Он имеет 4-х слойную структуру с тремя переходами П1, П2, ПЗ (3 вывода). Напряжение источника подают так, чтобы П1, ПЗоткрыты, П2 – закрыт.

Условное обозначение:

22

23

Т.к.П1 и ПЗ открыты, то их сопротивления малы, а у закрытого П2 - велико. Все напряжение Uпp приложено к П2, ток Iпр - мал.

При некотором Uвкл.max происходит лавинообразное увеличение числа носителей заряда в П2, П2 - имеет малое сопротивление, растет Iпр, значит увеличится RIпр , а Uпр уменьшается (0,5 - I) В, происходит

переключение тиристора (он открывается).

Рис. 2.27. Схема тиристора

Iyток наименьшего удержания тиристора. Тиристор открыт до тех пор, пока ток через него превышает Iy.(КУ102Г –кремниевый трѐхэлектродный, разновидность Г).

Рис. 2.28. ВАХ тиристора

Uвкл можно снизить введением неосновных носителей заряда тока в слой, прилегающий к П2, с помощью управляющего электрода.

Во избежание пробоя необходимо, чтобы Uобр <Uобр.max. Кроме рассмотренных несимметричных тиристоров применяют

симметричные, у которых обратная ветвь ВАХ совпадает с прямой (симистор). Это достигается встречно параллельным включением 2-х четырехслойных структур.

Условное обозначение симметричного триодного тиристора Основным параметры тиристоров:

1)предельно допустимый анодный ток в открытом состоянии тиристора

Iпр.max;

2)предельно допустимое обратное напряжение Uобр.max;

3)предельно допустимое прямое напряжение в закрытом состоянии тиристора Uпр.max;

4)ток удержания (в открытом состоянии) Iy.

Применяются в управляемых выпрямителях и инверторах, коммутационной аппаратуре.

2.6. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ (ИМС)

Усложнение электронных устройств, в которых количество элементов достигает сотен тысяч, вызвало:

1) снижение надежности;

2)увеличение габаритов и массы;

3)рост потребляемой энергии;

4)повышение стоимости.

Создание новых изделий перспективно на основе элементной интеграции, т.е. объединения в одном миниатюрном элементе многих простейших элементов

23