1. Полупроводниковые диоды, принцип действия, характеристики полупроводниковый диод
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Схема Дарлингтона: Если соединить транзисторы, как показано на рисунке, то полученная схема будет работать как один транзистор, причем его коэффициент будет равен произведению коэффициентов составляющих транзисторов. Этот прием полезен для схем, работающих с большими токами (например, для стабилизаторов напряжения или выходных каскадов усилителей мощности) или для входных каскадов усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс. Составной транзистор Дарлингтона.   Повышение скорости выключения в составном транзисторе Дарлингтона:  В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде (так как потенциал эмиттера транзистора должен превышать потенциал эмиттера транзистора на величину падения напряжения на диоде). Кроме того, соединенные таким образом транзисторы ведут себя как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор не может быстро выключить транзистор . С учетом этого свойства обычно между базой и эмиттером транзистора включают резистор. Резистор R предотвращает смещение транзистора в область проводимости за счет токов утечки транзисторов. Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки (измеряемые в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов) создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде, и вместе с тем, чтобы через него протекал ток, малый по сравнению с базовым током транзистора. Обычно сопротивление R составляет несколько сотен ом в мощном транзисторе Дарлингтона и несколько тысяч ом в малосигнальном транзисторе Дарлингтона. 10. Полевые транзисторы. Изменение сечения канала проводимости от напряжения между затвором и истоком. ВАХ: Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия «перпендикулярного» току электрического поля, создаваемого напряжением на затворе. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных). По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n- перехода и с изолированным затвором (МДП - или МОП - транзисторы): встроенным каналом и индуцированным каналом. В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на: полевые транзисторы с каналом р- типа и n- типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n- типа - электронной. Изменение сечения канала проводимости от напряжения между затвором и истоком: Управляющее напряжение прикладывается между затвором и ис- током. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость кана- ла, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток. Ес- ли амплитуда изменения управляющего сигнала достаточно велика, сопротив- ление канала может изменяться в очень больших пределах. В этом случае поле- вой транзистор можно использовать в качестве электронного ключа. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом описывается тремя статическими характеристиками: выходными (стоковые)характеристикамиIс=f(Uси) приUзи=const; сток-затворнымихарактеристиками (характеристики передачи)Iс=f(Uзи) приUси=const; входными (затворные)характеристикамиIз=f(Uзи) приUси=const; При подаче на затвор обратного напряжения и при увеличении этого напряжения по абсолютному значению уменьшается начальное поперечное сечение канала. Это приводит к изменению наклона начальных участков стоковых характеристик, что соответствует большим начальным статическим сопротивлениям канала. Геометрическое место точек, соответствующих условному перекрытию канала и наступлению режима насыщения. В крутой области стоковых характеристик транзистор можно использовать как электрически управляемое сопротивление. Пологий участок характеристик является рабочим при применении транзистора в усилительных устройствах. При увеличении обратного напряжения на p-n переходе уменьшается сечение канала, что приводит к уменьшению тока стока. При = через канал протекает обратный ток стока малой величины, и это может быть использовано для ориентировочного определения напряжения отсечки. Характеристика передачи может быть получена экспериментально или с помощью перестройки стоковых характеристик. Входная (затворная) характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом представляет собой обратную ветвь вольтамперной характеристики p-n перехода. Изменение напряжения влияет на распределение поля в канале, что вызывает изменения тока затвора. Наибольшего своего значения, которое называется током утечки, ток затвора достигает при условии короткого замыкания выводов истока и стока, однако оно очень мало и им часто пренебрегают. ВАХ: Ток стока ПТ зависит как от значения, так и от полярности напряжений сток - исток и затвор - исток. При постоянном смещении на затворе увеличение напряжения на стоке от нуля вызывает резкое возрастание тока стока, которое продолжается до наступления насыщения тока стока. Затем ток устанавливается и остаётся относительно постоянным. Эта зависимость показана на рис. 3, а для типичного полевого прибора с p-n-переходом. Для сравнения на рис. 3, б приведены коллекторные характеристики биполярного транзистора. Характеристики транзисторов обоих видов похожи друг на друга, за исключением того, что у биполярного транзистора перегиб характеристик происходит при значительно более низких напряжениях на коллекторе. На выходной характеристике ПТ можно выделить две характерные области (рис. 4). При малых напряжениях сток - исток (область АВ) сопротивление канала имеет омический характер, и ток может протекать в обоих направлениях. В этом состоит отличие полевых транзисторов от электронных ламп, в которых поток электронов всегда имеет одно направление - от катода к аноду. Рабочая область АВ выходной характеристики ПТ используется в том случае, когда полевой транзистор применяется в схеме в качестве переменного сопротивления, управляемого напряжением (аттенюаторы, регуляторы АРУ).  Рис. 3. Выходные характеристики транзисторов, а - ПТ с p-n-переходом; б - биполярного транзистора. В области насыщения тока (область ВС на рис. 4) часть канала обеднена носителями заряда из-за влияния электрического поля между затвором и каналом, благодаря чему сопротивление канала становится значительным. Дальнейшее увеличение напряжения между стоком и истоком в этой области вызывает относительно небольшое изменение тока стока, который практически будет зависеть только от напряжения на затворе [1].  Рис. 4. Выходная характеристика ПТ при Uз.и=0 Характерной особенностью полевых транзисторов является то, что напряжение, соответствующее точке B характеристики (точка перегиба характеристики на рис. 4, после которой идёт область насыщения), при напряжении на затворе, равном нулю, численно равно напряжению отсечки и называется напряжением насыщения. Входные характеристики полевого транзистора существенно отличаются от характеристик биполярного транзистора. Входные характеристики последнего подобны характеристикам открытого полупроводникового диода, в то время как у полевого транзистора они подобны характеристикам запертого диода (смещённого в обратном направлении). Поэтому ток затвора очень мал. Он равен нескольким наноамперам (для ПТ с управляющим p-n-переходом) при температуре 25°С и экспоненциально зависит от температуры.  Рис. 5. Проходные характеристики ПТ при различной температуре. Проходная характеристика, показывающая зависимость тока стока от напряжения на затворе, изображена на рис. 5. С достаточной для практических расчётов точностью проходная характеристика полевого транзистора определяется выражением (1), т. е. носит квадратичный характер. Эта особенность проходной характеристики используется в преобразователях частоты для уменьшения перекрёстной модуляции и помех от гармоник гетеродина. 11. Полевые транзисторы. Изменение сечения канала проводимости от напряжения между стоком и истоком. ВАХ: Изменение сечения канала проводимости от напряжения между стоком и истоком: Проводимость канала определяется его сечением. При увеличении обратного напряжения U, обедненные слои р-п-переходов расширяются, уменьшая сечение канала, проводящего ток между истоком и стоком. В результате уменьшается ток стока / с. При определенном напряжении, называемом напряжением отсечки, сечение канала уменьшается практически до нуля и возрастание тока прекращается. При этом сток и исток оказываются изолированными друг от друга. Проводимость канала меняется при изменении напряжения затвора, так как его электрическое поле уменьшает или увеличивает количество электронов в n - области полупроводника, подтягивая их из тела пластины. Проводимость канала изменяется с помощью цепи управления либо за счет изменения концентрации носителей заряда канала, либо за счет изменения его геометрических размеров. ВАХ: см. вопрос 10. 12. Полевые транзисторы. Характерные параметры определяемые по ВАХ: ВАХ описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. А также функция выражающая (описывающая) эту зависимость. А также - график этой функции. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности  ), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию (описывающуюся законом Ома) и не представляет особого интереса.Характерные примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, тиристор, стабилитрон. Для трёхполюсных элементов (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента. Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства реальная зависимость напряжения от времени может пробегать по траекториям, весьма далёким от «идеальной» ВАХ. Чаще всего это связано с ёмкостью или другими инерционными свойствами элемента. 13. Полевые транзисторы. Режимы объединения и обогащения канала: Режим объединения: Режим работы, при котором увеличение абсолютного значения напряжения на затворе приводит к уменьшению тока стока, называется режимом обеднения. На управляющий р-п переход можно подавать только обратное напряжение, и поэтому полевые транзисторы с управляющим р-п переходом работают в режиме обеднения канала носителями заряда. В отличие от этого ток стока полевых транзисторов с р-п - переходом или полевых транзисторов с изолированным затвором, работающих в режиме обеднения, существует при нулевом смещении на затворе. Поскольку выходная характеристика этих транзисторов имеет участок насыщения тока стока, появляется возможность использовать эти приборы для стабилизации тока. При этом не требуется дополнительных стабилизированных источников питания, так как затвор полевого транзистора соединяется с истоком и, таким образом, стабилизация тока осуществляется одним полупроводниковым элементом. Режим обогащения: Полевые транзисторы с управляющим р-л-переходом работают только в режиме обеднения; полевые транзисторы МДП-типа с индуцированным каналом-только в режиме обогащения; полевые транзисторы МДП-типа со встроенным каналом-как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. При наличии соответствующего начального смещения на затворе полевые транзисторы могут работать во всех режимах. В полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно. 14. Полевые транзисторы с p-n переходом, принцип действия, стокозатворные характеристики: Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом – это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного в обратном направлении. Принцип действия: Он представляет собой монокристалл полупроводника n-типа проводимости; по его торцам методом напыления сформированы электроды, а посередине, с двух сторон, созданы две области противоположного типа проводимости и тоже с электрическими выводами от этих областей. Тогда на границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет р-n-переход. электрические выводы от торцевых поверхностей полупроводника называют истоком (И) и стоком (С), а вывод от боковой поверхности противоположного типа проводимости назовем затвором (З). Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом:  Подключим внешние источники U(ЗИ)и U(СИ) так, чтобы источник U(ЗИ) – источник входного сигнала смещал р-n-переход в обратном направлении, а в цепь источника U(СИ)введем сопротивление нагрузки R(Н). Под действием напряжения этого источника между торцевыми поверхностями полупроводника потечет ток основных носителей заряда. Образуется так называемый токопроводящий канал. Площадь поперечного сечения этого канала, а, следовательно, и его сопротивление зависит от ширины p-n-перехода. Изменяя величину напряжения источника U(ЗИ), меняем обратное напряжение на p-n-переходе, а, значит, и его ширину. При увеличении этого напряжения ширина p-n-перехода возрастает, а поперечное сечение канала между истоком и стоком уменьшается. Можно подобрать такую величину напряжения на затворе, при котором p-n-переход полностью перекроет канал, и ток в цепи нагрузки прекратится. Это напряжение называют напряжением отсечки. Таким образом, в цепи мощного источника U(СИ) протекает ток стока I(С), величина которого зависит от величины управляющего сигнала – напряжения источника U(ЗИ) и повторяет все изменения этого сигнала. Падение напряжения на сопротивлении нагрузки при протекании тока I(С) является выходным сигналом, мощность которого значительно больше мощности, затраченной во входной цепи. Принципиальным отличием полевого транзистора от биполярного является то, что источник входного сигнала подключен к p-n-переходу в обратном, запирающем направлении и, следовательно, входное сопротивление здесь очень большое, а потребляемый от источника входного сигнала ток очень маленький. В биполярном транзисторе управление осуществляется входным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением. Следует отметить, что поскольку потенциал от истока к стоку возрастает, то соответственно возрастает и обратное напряжение на p-n-переходе, а, следовательно, и его ширина. Стокозатворные характеристики:  Стокозатворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока Iс от напряжения Uзи при фиксированном напряжении Uси: Ic = f(Uси) при Uси = const . 15. Полевые транзисторы с p-n переходом, принцип действия, стоковые характеристики: Принцип действия: см. вопрос 14. Стоковые характеристики:  Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n- переходом и каналом n- типа. Они отражают зависимость тока стока от напряжения Uси при фиксированном напряжении Uзи: Ic = f(Uси) при Uзи = const. 16. Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом, принцип действия, стокозатвроные характеристики: Принцип действия: В полевых транзисторах с изолированным затвором последний отделен от полупроводника диэлектриком. Структура такого транзистора показана на рисунке.  Здесь, кроме электродов исток, сток и затвор, имеется еще один электрод (так называемый «подложка»), напряжение на котором также может менять свойства транзистора. Если напряжение на затворе относительно истока отрицательно, то имеет место явление обеднения канала (уменьшение числа носителей заряда): в данном случае электроны выталкиваются из канала в p - область, что приводит к уменьшению тока через канал; при положительном же напряжении затвор-исток наоборот имеет место обогащение канала электронами, пришедших в канал из областей p и n+, что приводит к увеличению тока через канал. Таким образом этот полевой транзистор может работать и при положительных и при отрицательных значениях напряжения затвор-исток. При этом ток через затвор не протекает, так затвор изолирован от канала. На принципиальных схемах полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом в соответствии с типом проводимости канала обозначается в виде, показанном на рисунке.  Стокозатворные характеристики: Управляющие (стокозатворные) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора и представляют собой зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянстве напряжения стока:
17. Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом, принцип действия, стоковые характеристики: Принцип действия: см. вопрос 16. Стоковые характеристики: Семейство этих характеристик представляет собой зависимость тока стока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:
 18. Полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом, принцип действия, стокозатвроные характеристики: Принцип действия: Структура такого вида полевого МДП - или МОП - транзистора показана на рисунке.  При нулевом напряжении UЗИ = 0 канал между истоком и стоком отсутствует. Встречно направленные p–n – переходы препятствуют движению электронов от истока к стоку: канал отсутствует. При UЗИ > 0 возникающее под затвором электрическое поле будет отталкивать положительные заряды (дырки, являющиеся основными носителями в p–полупроводнике) в глубь полупроводника. При некотором пороговом значении напряжения между стоком и истоком под затвором накапливается достаточный слой электронов. Создается (индуцируется) проводящий канал, толщина которого может составлять 1...2 нанометра и она далее практически не меняется. Удельная проводимость канального слоя зависит от концентрации электронов в нем. Изменяя UЗИ , можно менять величину тока стока. На принципиальных схемах полевой транзистор с индуцированным каналом в соответствии с типом проводимости канала обозначается в виде, показанном на рис.4.10.  Стокозатворные характеристики:  19. Полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом, принцип действия, стоковые характеристики: Принцип действия: см. вопрос 18. Стоковые характеристики:  20. Полевые транзисторы. Особенности управления: Сегодня большинство высокочастотных схем силовой электроники построено на основе полевых транзисторов с изолированным затвором. Полевые транзисторы стали одними из самых распространенных элементов электроники и входят в состав изделий - от микропроцессоров до силовых интегральных схем. Рассмотрим отдельные варианты схем, в которых используются силовые полевые транзисторы. Прямое управление от контроллера. В импульсных источниках питания для управления транзистором служит драйвер, входящий в элемент ШИМ-контроллера. Одна из немногих проблем - ограниченный выходной ток драйвера, что учитывает ограничения на управление мощными транзисторами с высокой скоростью, а так же лишняя рассеиваемая мощность в драйвере. Эта проблема может быть решена с помощью внешнего затворного резистора, величиной шунтирующего конденсатора, и тщательным проектированием разводки элементов цепи. Одна из популярных и эффективных схем управления полевым транзистором - двухтактный каскад из биполярных транзисторов. Данная схема - схема двухтактного драйвера, значительно облегчает работу контроллера, принимая на себя большие броски тока и рассеивание мощности. Помимо необходимости расположения драйвера в близости от силового ключа, на нем необходимо использовать свой шунтирующий конденсатор. Особенность этого драйвера заключается во взаимной защите транзисторов от пробоя обратным током. Двухтактный биполярный драйвер не требует никаких защитных диодов. Двухтактный драйвер на полевых транзисторах. Все достоинства данного драйвера полностью совпадают с предыдущим, на биполярных транзисторах. Но все, же есть отдельные недостатки. Драйвер инвертирует входной сигнал, поэтому контроллер так же должен инвертировать сигнал, поэтому придется использовать дополнительный инвертор. Управление Р-канальным силовым транзистором, включенным по схеме с общим истоком, с помощью высоковольтного КМДП-вентиля. Вентили на взаимодополняющих (КМДП) транзисторах со структурой металл - диэлектрик - полупроводник являются базисными элементами современных микросхем. В приведенной схеме исток Р-канального транзистора подключен к положительному источнику питания, а управляющий вентиль имеет, к тому же, дополнительный отрицательный источник питания. При низком уровне напряжения на выходе вентиля, мощный силовой транзистор открыт, а при высоком - закрыт. 21. Силовые полупроводниковые приборы. Способ снижения потерь при коммутации: Силовые полупроводниковые приборы ввиду высокой чувствительности их параметров к состоянию поверхности полупроводника должны быть надежно загерметизированы, что устанавливается испытаниями на просачивание воздуха. Методы испытаний в зависимости от конструкции прибора и степени негерметичности могут быть различными. Силовые полупроводниковые приборы обладают низкой теплоемкостью, поэтому их перегрузочная способность невысокая. Это объясняется тем, что вследствие высокой стоимости кремния имеется тенденция к интенсивному использованию p - n - переходов путем повышения плотности тока при усиленном теплоотводе. Силовые полупроводниковые приборы ( при сборке их в панельные блоки) и релейно-контакторные аппараты с задним присоединением электрического монтажа устанавливаются на изоляционных плитах. По шаблонам в плитах сверлятся и фрезеруются установочные отверстия. Силовые полупроводниковые приборы по принципу действия подразделяются на три основные группы: силовые неуправляемые вентили - диоды, силовые транзисторы и силовые управляемые вентили - тиристоры. Применение силовых полупроводниковых приборов в различного рода преобразователях электрического тока позволило резко повысить надежность этих устройств. Поэтому очевидно, что вопросы проектирования схемы, условия эксплуатации и надежность отдельных узлов или приборов следует рассматривать комплексно с учетом их взаимного влияния. Циклостойкость силовых полупроводниковых приборов во многом зависит от качества контактных соединений полупроводникового элемента с токоподводящими контактами. Создание мощных силовых полупроводниковых приборов таблеточного типа выдвигает па передний план проблему обеспечения долговременного падежного контакта прибор - охладитель. Этот контакт обеспечивает специальное устройство, прижимающее охладители к прибору. Устройство представляет собой систему, состоящую из траверсы и болтов, передающих усилия охладителям. В данном разделе предлагается методика определения механических напряжений в охладителях от усилий, передаваемых стяжными болтами, и проверки прочности охладителей. К силовым полупроводниковым приборам относятся управляемые приборы, используемые в различных силовых устройствах: электроприводе, источниках питания, мощных преобразовательных установках и др. Для снижения потерь эти приборы в основном работают в ключевом режиме. Способ снижения потерь при коммутации: Ключи силовой электроники с обычными тиристорами, GTO или MCT (MOS-управляемые тиристоры) для гарантированной работы в безопасной области требуют наличие цепей для уменьшения потерь, т.е. без таких цепей не обойтись, если компоненты должны выполнять свои основные функции при коммутации. В отличие от этого, SOA-характеристики современных IGBT и MOSFET допускают работу без дополнительных цепей, и такие цепи могут служить только для уменьшения потерь при коммутации или для обеспечения симметрии при каскадировании. На рис.3.78 показан традиционный понижающий преобразователь с IGBT и простыми цепями для уменьшения потерь.  Рис. 3.78. Понижающий преобразователь с IGBT и простыми цепями для уменьшения потерь В начале IGBT закрыт (vce  vDC), и ток нагрузки проходит через обратную цепь. Процесс коммутации от обратного диода к IGBT (индуктивная коммутация) переходит при активном включении IGBT. Как только индуктивность цепи достигла определенного значения, коммутационное напряжение при нарастании тока коллектора будет почти полностью поглощаться (соответствует напряжению питания преобразователя), так что напряжение коллектор-эмиттер быстро упадет до очень низкого уровня. В то же время индуктивность цепи уменьшит скорость коммутации тока.При рассмотрении обоих аспектов, можно значительно уменьшить потери при выключении IGBT. Характеристики тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер соответствуют мягкой коммутации, как показано в п. 0. В п. 3.8.3 мы продемонстрируем, что при помощи простой катушки в несколько мкГн будет значительно уменьшена рассеиваемая мощность IGBT и MOSFET очень эффективно. Дополнительно к уменьшению потерь IGBT при включении, потери при выключении обратных диодов также снизятся при индуктивной коммутации, поскольку уменьшенная скорость коммутации тока приведет к низкоуровым обратным выбросам тока. 22. Динистор. ВАХ. Схема включения: Динистор — это двухэлектродный прибор, разновидность тиристора и, как я уже говорил, не полностью управляемый ключ, который можно выключить, только снизив ток, проходящий через него. Состоит он из четырех чередующихся областей различного типа проводимости и имеет три np-перехода. Соберем гипотетическую схему, похожую на ту, что мы использовали для изучения диода, но добавим в нее переменный резистор, а диод заменим динистором:  Итак, сопротивление резистора максимально, прибор показывает «0». Начинаем уменьшать сопротивление резистора. Напряжение на динисторе растет, ток по-проежнему не наблюдается. При дальнейшем уменьшении сопротивления в определенный момент времени на динисторе окажется напряжение, которое в состоянии его открыть ( Uоткр). Динистор тут же открывается и величина тока будет зависеть лишь от сопротивления цепи и самого открытого динистора – «ключ» сработал. Как же закрыть ключ? Начинаем уменьшать напряжение – ток уменьшается, но только за счет увеличения сопротивления переменного резистора, состояние динистора остается прежним. В определенный момент времени ток через динистор уменьшается до определенной величины, которую принято называть током удержания (Iуд). Динистор мгновенно закроется, ток упадет до «0» — ключ закрылся. Таким образом динистор открывается, если напряжение на его электродах достигнет Uоткр и закрывается, если ток через него меньше Iуд. Для каждого типа динистора, само собой, эти величины различны, но принцип работы остается один и тот же. Что произойдет если динистор включить «наоборот»? Собираем еще одну схему, поменяв полярность включения батареи.  Сопротивление резистора максимально, тока нет. Увеличиваем напряжение – тока все равно нет и не будет до тех пор, пока напряжение на динисторе не превысит максимально допустимое. Как только привысит – динистор просто сгорит. Попробуем то, о чем мы с вами говорили, изобразить на координатной плоскости, на которой по оси Х отложим напряжение на динисторе, по Y — ток через него:  Таким образом, в одну сторону динистор ведет себя как обычный диод в обратном включении (просто заперт, закрыт), в другую лавинообразно открывается но лишь при определенном на нем напряжении или так же закрывается, как только ток через открытый прибор снизится ниже заданного паспортного значения. Таким образом, основные параметры динистора можно свести к нескольким значениям: - Напряжение открывания; - Минимальный ток удержания; - Максимально допустимый прямой ток; - Максимально допустимое обратное напряжение; - Падение напряжени на открытом динисторе. ВАХ:  Рис. 5.4. Вольт-амперная характеристика динистора Динистор характеризуется максимально допустимым значением прямого тока  (рис. 5.4), при котором на приборе будет небольшое напряжение  . Если уменьшать ток через прибор, то при некотором значении тока, называемом удерживающим током  , ток резко уменьшается, а напряжение резко повышается, т. е. динистор переходит обратно в закрытое состояние, соответствующее участку 1. Напряжение между анодом и катодом, при котором происходит переход тиристора в проводящее состояние, называют напряжением включения  .При подаче на анод отрицательного напряжения коллекторный переход  смещается в прямом направлении, а эмиттерные переходы в обратном направлении. В этом случае не возникает условий для открытия динистора и через него протекает небольшой обратный ток.Схема включения:  Переход 1 представляет собой эмиттерный переход первого транзистора, через который дырки инжектируют из области р1 в область n1, выполняющую роль базы для этого транзистора. Пройдя базу и коллекторный переход 2, инжектированные дырки появляются в коллекторе р2 первого транзистора, который в то же время служит базой второго транзистора. Этот ток определяется выражением Ip = Ip КО + α1Iн, где Iр КО — обратный дырочный ток коллекторного перехода; α1 — коэффициент передачи тока эмиттера первого транзистора. Появление дырок в базе р2 второго транзистора (n2 = p2 = n1) приводит к образованию нескомпенсированного объемного заряда. Этот заряд, понижая высоту потенциального барьера эмиттерного перехода 3 второго транзистора, вызывает встречную инжекцию электронов из эмиттерной области n2 второго транзистора в область р2, являющуюся базой для второго транзистора и коллектором для первого. Инжектированные электроны проходят через коллекторный переход 2 и попадают в коллектор n1 второго транзистора, служащий одновременно базой первого транзистора (p1 — n1 — p2). Значение электронного тока равноIn = In КО + α2Iн, где In КО — обратный электронный ток коллекторного перехода; α2 — коэффициент передачи тока эмиттера второго транзистора. Учитывая, что дырки и электроны движутся навстречу друг другу, суммарный ток рассматриваемой структуры Iн = Iр + In = Ip КО + In КО + (α1 + α2) Iн = IКВО + αΣ Iн, где IКВО — обратный ток тиристора, а αΣ — суммарный коэффициент передачи тока эмиттера. Решая полученное выражение относительно Iн, получают Iн = IКВО / (1 — αΣ). 23. Динистор. ВАХ. Схема выключения: Схема выключения:  Выключить динистор можно, понизив ток в нем до значения Iвыкл или поменяв полярность напряжения на аноде. Различные способы выключения динистора приведены на рис. 6.4. В первой схеме прерывается ток в цепи динистора. Во второй схеме напряжение на динисторе делается равным нулю. В третьей схеме ток динистора понижается до Iвыкл включением добавочного резистора Rд. В четвертой схеме при замыкании ключа К на анод динистора подается напр 24. Динистор. ВАХ. Схема замещения: Схема замещения:  Схему замещения динистора можно представить в виде двух триодных структур, соединенных между собой. Деление динистора на составляющие транзисторы и схема замещения приведены на рис. 6.2. При таком соединении коллекторный ток первого транзистора является током базы второго, а коллекторный ток второго транзистора является током базы первого. Благодаря этому внутреннему соединению внутри прибора есть положительная обратная связь. Если на анод подано положительное напряжение по отношению к катоду, то переходы J1 и У3 будут смещены в прямом направлении, а переход J2 — в обратном, поэтому все напряжение источника Е будет приложено к переходу J2. Примем, что коэффициенты передачи по току эмиттера транзисторов T1 и T2 имеют значения a1 и a2 соответственно. Пользуясь схемой замещения, приведенной на рис. 6.2 б, найдем ток через переход J2, равный сумме токов коллекторов обоих транзисторов и тока утечки Iко этого перехода:  25. Тиристор. ВАХ. Области применения: Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости. Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы). ВАХ: Вольт-амперная характеристика диодного тиристора, приведенная на рисунке 7.4, имеет несколько различных участков. Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению VG, подаваемому на первый p1-эмиттер тиристора. Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением. В этом случае основная часть напряжения VG падает на коллекторном переходе П2, который в смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П1 и П2 включены в прямом направлении. Первый участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p-n перехода. При достижении напряжения VG, называемого напряжением включения Uвкл, или тока J, называемого током включения Jвкл, ВАХ тиристора переходит на участок между точками 3 и 4, соответствующий открытому состоянию (низкое сопротивление). Между точками 2 и 3 находится переходный участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, не наблюдаемый на статических ВАХ тиристора.  Рис. 7.4. ВАХ тиристора: VG - напряжение между анодом и катодом; Iу, Vу - минимальный удерживающий ток и напряжение; Iв, Vв - ток и напряжение включения Области применения: Применение тиристоров в системе самовозбуждения синхронного генератора позволяет наиболее полно использовать эффективность действия последовательных трансформаторов без применения каких-либо дополнительных элементов, согласующих работу последовательных трансформаторов с действием выпрямительного трансформатора. В случае использования трансформаторов без зазоров в их магнитопроводе, в частности в силовых трансформаторах тока, обычно ( в схемах фазового компаундирования) приходится вводить балластные сопротивления - реакторы. В настоящее время область применения тиристоров быстро расширяется. Ими заменяют тиратроны и ртутные выпрямители. Их устанавливают на электровозах для питания двигателей постоянного тока при электрификации транспорта на переменном токе. Они служат бесконтактными переключателями в самых различных схемах и устройствах. 26. Тиристор. Общие черты и отличия ВАХ тиристора и динистора: Вольт-амперная характеристика, ВАХ динистора, имеет вид на рисунке 3.  Устойчивое состояние (точка D на ВАХ) достигается в результате перехода транзисторов тиристора в режим насыщения. Падение напряжения на открытом динисторе — тиристоре составляет около 1,5 – 2,0 вольта. Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, то крайние электронно-дырочные переходы П1 и П3оказываются смещенными в прямом направлении, а центральный переход П2 в обратном. С увеличением анодного напряжения Uа, ток через динистор сначала растет медленно (участок А — В на ВАХ). Сопротивление перехода П2, в этом режиме еще велико, это соответствует запертому состоянию динистора. При некотором значении напряжения(участок В — С на ВАХ). называемым напряжением переключения Uпер (напряжение лавинного пробоя перехода П2), динистор переходит в проводящее состояние. В цепи устанавливается ток (участок D – E на ВАХ), определяемый сопротивлением внешней цепи Rн и величиной приложенного напряжения U (рис 2). Напряжение пробоя динистора, в зависимости от экземпляра, изменяется в широких пределах и имеет значения порядка десятков и сотен вольт. На вольт – амперной характеристике, ВАХ (рис 3.), обозначены участки: - А – В участок в прямом включении, здесь динистор заперт и приложенное к его выводам напряжение меньше, чем необходимо для возникновения лавинного пробоя; - В – С участок пробоя коллекторного перехода; - C — D участок отрицательного сопротивления; — D — E участок открытого состояния динистора (динистор включен). Динистор имеет два устойчивых состояния: — заперт (А – В) — открыт (D — E) В участке A – D – E явно просматривается кривая ВАХ диода. ♦ Тиристор имеющий три электрода – анод, катод и управляющий электрод – называется тринистором или просто тиристором. Четырех слойная структура типа p – n – p – n является единой для тиристора – динистора. Просто, у динистора отсутствует дополнительный вывод управляющего электрода. При подаче тока в цепь управляющего электрода, тиристор переключается в открытое состояние при меньших значениях напряжения переключения Uпер. Если каким-то образом уменьшать ток, проходящий через динистор — тиристор, то при некотором его значении (точка D на ВАХ) тиристор закроется.Минимальный ток, при котором тиристор — динистор переходит из открытого в закрытое состояние (при токе управляющего электродаIу =0) называется током удержания Iуд. Если через управляющий электрод тиристора пропустить отпирающий ток, то тиристор перейдёт в открытое состояние. Включение транзисторного аналога тиристора (рис 2) можно осуществить по двум входам: между электродами (Э1 –Б1), либо между электродами (Э2 – Б2). ♦ Вольтамперная характеристика тиристора (Рис 4), похожа на вольтамперную характеристику динистора.  Однако отпирание тиристора обычно происходит при существенно более низком напряжении, чем необходимо динистору. К раннему открыванию тиристора приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода от Iy1 до Iy4, тем при более низком напряжении Ua тринистор перейдёт в открытое состояние. Это отражено на вольтамперной характеристике тиристора. ♦ Тиристоры изготавливают на разные мощности: маломощные(ток 50 мА. – 100 мА), средней мощности (ток до 20 ампер) и большой мощности (токи 20 – 10000 ампер) и величины напряжения от нескольких вольт до 10 тысяч вольт. ♦ По назначению и принципу действия тиристоры делятся на: запираемые, быстродействующие, импульсные, симметричные и фототиристоры. Тиристор и динистор пропускают ток только в одном направлении – от анода к катоду. 27. Тиристор. Эффект dU/dt: Эффект dU/dt:При подаче напряжения прямой полярности на анод и катод тиристора со скоростью более некоторой критической dU/dt> dUкрит/dt произойдёт открытие p-n-p-n структуры. Механизм данного эффекта обусловлен наличием паразитной ёмкости анод-управляющий электрод. Данный эффект ограничивает использование тиристоров в высокочастотных схемах, хотя иногда применяется для управления тиристором. Параметр dUкрит/dt указывается в справочниках на каждую модель тиристора. |
.
.