Васильев Л.А. - Конспект лекций
.pdf
31
SIT (транзисторы со статической индукцией).
Особенности: вертикальная многоканальная (тысячи каналов) структура, очень короткие каналы.
|
З |
И |
|
Iс |
|
|
|
|
Uзи = 0 |
|
|
||
n+ |
p+ |
p+ |
p+ |
|
|
|
n+ |
n+ |
n+ |
Uзи1 |
Uзи2 |
Uзи3 |
|
|
|
|
|
|||
|
n- |
|
|
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
|
Uси |
|
|
С |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Свойства: Ucи↑ → Uк↓, Ic↑ – на стоковых ВАХ нет пологого участка.
BSIT – биполярные SIT: U0 = 0, нормально закрытые транзисторы.
Использование:
–усилители мощности звуковых частот HiFi;
–мощный ключ импульсных и преобразовательных устройств.
4.8IGBT – биполярные транзисторы с изолированным затвором
эмиттер |
затвор |
|
+ К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T1 |
|
n |
n |
Rб1 |
|
К |
p |
p |
|
T2 |
|
|
VT |
|
З |
|
n |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
З |
|
Rб2 |
Э |
p+ |
|
|||
|
|
|
||
|
коллектор |
Э |
|
|
32
Особенности: дополнительный p+-n+- переход (ЭП Т1).
Свойства: дополнительная инжекция дырок в n-слой → Rкэ отк↓↓ → Uкэ отк↓↓ – основное преимущество IGBT.
Выходные ВАХ:
Iк |
Uз4 |
|
|
||
|
Uз3 |
|
|
Uз2 |
|
|
Uз1 |
|
0 |
Uз = 0 |
|
Uкэ |
||
|
Применение: мощные силовые ключи с малыми потерями в импульсных и преобразовательных устройствах для коммутации токов до 1800 А при напряжениях до 4500 В (время переключения 0,2…0,4 мкс).
33
Лекция 5 ТИРИСТОРЫ
5.1Основные типы
Тиристор – полупроводниковый прибор с многослойной структурой чередующейся электропроводности (четыре слоя и более), имеющий два устойчивых состояния – открытое и закрытое.
Применение: управляемый электронный ключ.
Основные типы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
динисторы (диодные тиристоры) |
|
|
|
|
; |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
тринисторы (триодные тиристоры): |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
тиристор |
|
тиристор |
запираемый |
|
|||||||||||||||||||||||||
с катодным |
с анодным |
|
тиристор |
|
|||||||||||||||||||||||||
управлением |
управлением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
симистор |
фототиристор |
оптотиристор |
5.2Устройство и принцип действия
|
|
АП |
ЦП |
КП |
|
|
|
|
А |
К + |
Iа |
|
|
|
|
Iа |
|
p1 |
n1 |
p2 |
n |
2 |
_ |
|||
К |
||||||||
|
А |
|
|
|
|
|
||
|
УЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УЭ |
I у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переходы: АП – анодный; ЦП – центральный; КП – катодный.
На АП и КП –прямое напряжение, на ЦП – обратное напряжение.
|
|
|
|
|
|
|
|
34 |
Двухтранзисторная модель: |
|
|
|
|
||||
+ |
Э |
Б |
К |
T1 |
|
|
УЭ |
|
p1 |
n1 |
p2 |
+ |
|
I |
у |
||
|
|
|||||||
А |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
_ |
А |
T1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
n1 |
p2 |
n2 |
Ia |
T2 |
||
|
T2 |
|
|
К |
|
|
||
|
К |
Б |
Э |
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
К |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УЭ |
|
|
|
Ia |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В приборе → внутренняя положительная обратная связь.
Uа < Uвкл – тиристор закрыт, Rзс очень велико;
Uа = Uвкл → лавинообразный процесс включения, Rос очень мало.
Iу↑ → Uвкл↓ ,
Iу ≥ Iспр тиристор открывается при любом Uа > 0.
Открытый тиристор закроется при Iа < Iуд ≈ 0.
5.3ВАХ тиристора
Iа |
|
|
1 |
– участок |
Iн |
|
|
закрытого состояния |
|
|
|
2 |
– участок |
|
|
|
|
||
3 |
|
|
регенеративного |
|
|
|
открывания |
||
Iуд |
2 |
|
3 |
– участок закрытого |
Iу1 |
состояния |
|||
Iспр |
Iу2 |
Uа |
|
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
Uвкл |
|
|
35
5.4Включение и отключение тиристоров
Способы отпирания:
для динистора: Uа ≥ Uвкл ;
для тиристора: импульсом Iу ≥ Iспр .
Способы запирания: Iа < Iуд ≈ 0
1)естественная коммутация в цепях переменного тока;
2)искусственная коммутация в цепях постоянного тока (– кратковременное закорачивание тиристора;
–приложение Uобр с помощью специального узла принудительной коммутации);
3)Iу обратной полярности (в запираемых тиристорах).
5.5Рабочий режим
|
|
Iа |
|
|
|
|
|
|
Iа |
VS |
E / Rн |
|
2 |
|
|
|
|
Iос |
|
|
|
|
|
|||
+ |
Iу |
|
|
|
|
|
|
|
E |
Rн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
_ |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
E Ua |
|
|
|
|
|
|
|
Ia |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
U |
|
U |
|
E |
U |
|
|
Rн |
а ос |
а зс |
|||||
|
|
|
|
|
|
а |
Линия нагрузки: [U = E, I = 0; U = 0, I = E / Rн]
1 – точка закрытого состояния;
2 – точка открытого состояния.
36
5.6Симисторы
Симистор (триак) – симметричный тиристор, управляемый при обеих полярностях анодного напряжения.
А
+(-)
n3 |
p1 |
|
|
n1 |
|
p2 |
n2 |
n4 |
В-
(+)
+УЭ
Ia |
Ua |
Принцип работы:
+А, -В ► при Iу ≥ Iспр открывается структура p1-n1-p2-n2 (правая часть); -А, +В ► при Iу ≥ Iспр открывается структура p2-n1-p1-n3 (левая часть).
VS |
uн |
|
Rу |
t |
|
Rн |
||
U |
||
K |
uу |
|
t |
||
|
Применение: реверсивные выпрямители, регуляторы переменного тока.
37
5.7Запираемые тиристоры
Для выключения тиристора: Iу вык противоположной полярности.
Коэффициент выключения Kвык |
|
Ia |
. |
|
|||
|
|
Iy вык |
|
Ток управления при запирании тиристора
GTO → Квык = 4…7.
Недостатки: большие Iу вык
Iyвык |
|
Ia |
. |
|
|||
|
|
Kвык 1 |
|
, Ру , Рком , tвык .
GCT → Квык ≤ 1 |
|
А + |
|
|
|
|
|
Свойства: малые tвкл |
и tвык , Рком |
p |
|
Iа до 3 кА, |
Ua до 4,5 кВ |
n |
|
|
|
|
|
|
|
p |
n |
|
|
|
|
|
|
УЭ + |
К _ |
IGCT (тиристор с интегрированным обратным диодом)
Особенности: цепи управления (драйвер) |
А (GCT) |
K (диод) |
и защиты (снаббер). |
|
|
|
p+ |
n+ |
|
n |
|
|
n- |
|
|
n+ p |
p |
|
K (GCT) УЭ |
А (диод) |
SITh (электростатический тиристор)
нормально открытый |
Анод |
тиристор (открыт при Ua > 0) |
|
выключение – подачей на затвор отрицательного Uзк
Затвор
38
Анод
VS
Затвор
Катод
Катод
MST (запираемый тиристор с полевым управлением)
включение – по затвору МДПТ с n-каналом, выключение – по затвору МДПТ с р-каналом
Анод
Анод
VS
Затвор
Катод
Затвор
Катод
Преимущества: цифровое управление (малая мощность управления)
39
5.8 Предельные эксплуатационные параметры
статические:
Iос ср max |
– максимально допустимый средний ток в открытом состоянии; |
Uзc max |
– максимально допустимое постоянное напряжение в |
|
закрытом состоянии; |
Uобр max – максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
Uу от |
– отпирающее напряжение управления; |
Iу от |
– отпирающий ток управления. |
динамические:
diос / dt – максимально допустимая скорость нарастания тока в
duзс / dt |
открытом состоянии; |
– максимально допустимая скорость нарастания напряжения |
|
fmax |
в закрытом состоянии; |
– максимально допустимая частота тока. |
Для обеспечения допустимой мощности тепловых потерь – охладители.
Пример обозначения: ТЛ200-10
тип Iос ср max Uобр max /100
(ТЛ – лавинный; ТБ – быстродействующий; ТЧ – частотный)
5.9Защита тиристоров
Защита от: |
снаббер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rш |
Cш |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
di / dt (эффект локализации
энергии);
L VS
du / dt (эффект самопроизвольного включения).
40
Лекция 6 ИНТЕГРАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
6.1Интегральная электроника
Компоненты интегральной электроники:
интегральные микросхемы (ИМС);
силовые интегральные модули
– неразъемное схемное соединение электронных элементов, представляющее собой узел, блок или целое устройство.
6.2Интегральные микросхемы
По конструкции:
полупроводниковые;
гибридные;
пленочные.
По функциям:
аналоговые;
цифровые.
По степени интеграции:
обычные (до 1000 элементов в кристалле);
большие (БИС) (до 10 тыс. элементов);
сверхбольшие (СБИС) (свыше 10 тыс.).
Преимущества ИМС:
малые габариты и масса, малое потребление, высокая технологичность.
Недостаток: малая мощность.