9.3. Триодные тиристоры

Триодный тиристор или тринистор – это тиристор, имеющий три внешних вывода.

Из рассмотренного принципа работы динистора следует, что для перевода динистора в открытое состояние необходимо накопить избыточный заряд в базах. В динисторе это осуществляется путем увеличения уровня инжекции через эмиттерные переходы при увеличении анодного напряжения на динисторе до величины .

Такой же эффект (увеличение уровня инжекции) может быть достигнут, если к одной из баз подключить через невыпрямлющий омический контакт специальный управляющий электрод и подать на него напряжение такой полярности, чтобы прилегающий к этой базе эмиттерный переход был включен в прямом направлении. Варианты подключения и их условно графические обозначения на схемах приведены на рис. 9.11.

с управлением по аноду	с управлением по катоду
Рис. 9.11

Рассмотрим вариант с управлением по аноду. При подаче управляющего напряжения инжекция изp-эмиттера увеличивается, растет токp-n-p«транзистора» (рис. 9.6), увеличивается, в результате чего тиристор открывается при меньшем значении анодного напряжения.

В отличие от динистора тринистор имеет семейство вольтамперных характеристик и дополнительную характеристику, называемую пусковой характеристикой (рис. 9.12).
	Рис. 9.12

Для тринистора в дополнение к рассмотренным ранее параметрам появляется еще один параметр – ток отпирания , при протекании которого тринистор находится в открытом состоянии при любом напряжении.

Процессы включения и выключения тринистора могут выполняться так же, как и динистора. Но в дополнение к этим методам наличие управляющего электрода позволяет осуществлять включение изменением тока управления , а выключение – путем подачи тока управленияобратного направления. Кроме того, управляющий контакт может быть выполнен с дополнительнымpn- переходом. При определенной полярности управляющего напряжения через этот переход будет происходить инжекция неосновных носителей заряда и их накопление в базе, что приведет к переключению тринистора.

Большинство тринисторов технологически выполнятся с жесткой вольтамперной характеристикой.

Глава 10 полевые транзисторы

10.1. Классификация и основные особенности полевых транзисторов

Главная особенность полевых приборов, в отличие от биполярных, состоит в том, что их цепь управления изолирована от выходной цепи диэлектриком или обратносмещенным pn-переходом. Фактически цепь управления полевого прибора представляет собой конденсаторС(рис. 10.1), заряд на обкладках которого изменяется под действием управляющего поля (напряжения).

	Полупроводниковая обкладка П этого конденсатора входит в выходную цепь прибора: изменение заряда обкладки приводит к изменению сопротивления канала и соответственно выходной мощности.
Рис. 10.1

Таким образом, и биполярные, и полевые приборы управляются зарядом, но передача управляющего заряда осуществляется по-разному: током через сопротивление в биполярных приборах и напряжением через емкость в полевых приборах. Управление непосредственно электрическим полем определяет основные особенности эксплуатации полевых полупроводниковых приборов.

В технической литературе полевой тип полупроводниковых приборов определяется тремя терминами:

- на основе принципа управления такие приборы обычно называют полевыми приборами;

- вследствие того, что перенос тока в них обеспечивается одним типом носителей заряда, в отличие от биполярных, распространено другое название – униполярные приборы;

- выходные параметры таких приборов в основном определяются свойствами канала, в связи с чем иногда можно встретить термин – «канальные приборы».

В качестве выпрямляющего электрического перехода, с помощью которого производится управление потоком основных носителей заряда в полевом транзисторе может быть pn-переход, гетеропереход или выпрямляющий переход Шоттки. Наиболее распространены полевые транзисторы с управляющимpn-переходом в кристаллах кремния.

Полевой транзистор с управляющим pn-переходом имеет два омических перехода в области полупроводника, по которой проходит управляемый или регулируемый поток основных носителей заряда и управляющийpn-переход, смещенный в обратном направлении (рис. 10.2).
	Рис. 10.2

При изменении обратного напряжения на управляющем pn-переходе изменяется его толщина, а следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый поток основных носителей заряда. Область в полупроводнике, в которой регулируется поток основных носителей заряда, называется проводящимканалом. Электрод полевого транзистора, через который в проводящий канал входят носители заряда, называетсяистоком (И). Электрод полевого транзистора, через который из проводящего канала выходят носители заряда, называетсястоком (С). Электрод полевого транзистора, на который подают управляющий сигнал, называетсязатвором (З).

Проводящий канал может иметь электропроводность как n- типа, так иp-типа. Соответственно различают полевые транзисторы сn- каналом иp-каналом.

В классе полевых транзисторов различают транзисторы со структурой «металл - диэлектрик - полупроводник» (МДП-транзисторы). В МДП-транзисторах управляющая цепь затвор – исток отделена от канала диэлектриком. Обычно в качестве диэлектрика используют оксид (диоксид кремния SiO₂) и говорят о МОП- транзисторах (металл – оксид - полупроводник).

Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом (рис. 10.3).

со встроенным каналом	с индуцированным каналом
Рис. 10.3

В МДП-транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника под затвором существует инверсный слой – канал, который и при нулевом напряжении на затворе соединяет исток со стоком. Уменьшение тока на выходе МДП-транзистора со встроенным каналом обеспечивается подачей на затвор напряжения с полярностью соответствующей знаку носителей в канале: дляp- канала, дляn- канала. Напряжение затвора указанной полярности вызывает обеднение канала носителями заряда, сопротивление каналаувеличивается, и выходной ток уменьшается. Если изменить полярность напряжения на затворе, то произойдет обогащение канала носителями заряда и соответственно увеличение выходного тока.

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал организуется между сильнолегированными областями стока и истока и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определенной полярности и определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называется пороговым напряжением . Таким образом, только при приложении к затвору порогового напряженияобразуется (индуцируется) канал. При этом полярность напряжения на затворе должна совпадать со знаком основных носителей в объеме полупроводника подложки.

Таким образом, МДП-транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обеднения канала носителями заряда, так и в режиме обогащения. МДП-транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения.

С точки зрения эксплуатации необходимо подчеркнуть, что МДП-транзистор с индуцированным каналом в отсутствие напряжения управления – это нормально закрытый прибор. МДП-транзистор со встроенным каналом – прибор нормально открытый, т.е. для поддержания закрытого состояния таких транзисторов необходимо запирающее смещение в цепи управления. Если цепь управления по какой-либо причине отключается, то нормально закрытый прибор запирается, а в нормально открытом приборе ток на выходе резко возрастает и прибор может выйти из строя.

Все изображенные структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный каналы имеют электропроводностьp-типа. Если аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностьюp-типа, то канал у них будет иметь электропроводностьn-типа.

Условно графические обозначения полевых транзисторов разных типов приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1
Наименование	Обозначение
Транзистор с управляющим pn-переходом и каналомn-типа
Транзистор с управляющим pn-переходом и каналомp-типа
МДП-транзистор со встроенным каналом p- типа
МДП-транзистор со встроенным каналом n- типа
МДП-транзистор с индуцированным каналом p- типа
МДП-транзистор с индуцированным каналом n- типа

В соответствии с ГОСТ полевые транзисторы обозначаются следующим буквенно-цифровым шифром (табл. 10.2):

Таблица 10.2
№ позиции	1	2	3	4	5	6
Содержание	Буква или цифра, обозначающая материал	Буква, обозначающая тип транзистора	Цифра, определяющая частоту и мощность транзистора	Число – порядковый номер разработки типа транзистора		Буква – группа
Обозначение	2 или К - кремний	П - полевой	см. табл. 10.3

Таблица 10.3
	Низкая частота (<3 МГц)	Средняя частота (3 – 30 МГц)	Высокая частота (>30 МГц)
Малая мощность (<0,3 Вт)	1	2	3
Средняя мощность (0,3 – 1,5 Вт)	4	5	6
Большая мощность (>1,5 Вт)	7	8	9

Пример: 2П308А – кремниевый полевой транзистор с управляющим pn-переходом и каналомn-типа, высокочастотный, малой мощности, модификации А.

От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением pn-перехода затвора. По этой же причине в связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электрических сигналов, как по мощности, так и по току и напряжению. В- третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора отделен от поверхности полупроводникового кристалла. В биполярных транзисторах процессы рекомбинации носителей вpn-переходе и в базе, а также генерационно - рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.