Переключательные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
К переключательным полупроводниковым приборам относятся тиристоры, однопереходные и лавинные транзисторы. Тиристоры - это многослойные переключающие структуры с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Имеют 4 или более p-n слоев и 3 или более p-n переходов.
Делятся на:
- А) неуправляемые тиристоры - двухэлектродные - динисторы или диод-тиристоры; Б) управляемые тиристоры - управляются по одному из средних электродов - тринисторы или триод-тиристоры.
Приборы с выводом от всех четырех электродов с управлением по средним электродам - тетрод-тиристор.
На рисунке 7.1 приведена структура динистора.
Эту структуру можно представить, как сочетание двух транзисторов:p-n-p и n-p-n типов (рисунок 7.2), где по аналогии с биполярным транзистором p1, n2 - эмиттеры, n1, p2 - базы, П1, П3 - эмиттерные переходы, П2 - коллекторный переход.
П1 и П3 смещены в прямом, П2 - в обратном направлении. Почти все внешнее напряжение U падает на переходе П2. Через прибор течет ток I = Iко запертого коллекторного перехода.
При увеличении U до Uвкл на П2 развивается ударная ионизация и лавинный пробой, образуются новые пары носителей. Полем П2 электроны отбрасываются в n1-базу., а дырки в р2-базу. Концентрация основных носителей в базах увеличивается. Электроны в n1-базе, подходя к левому ЭП _ П1, нейтрализуют положительный заряд ионов, уменьшая потенциальный барьер. Это увеличивает поток дырок из р1 в n1, затем через П2. Аналогичные процессы происходят с правым П3 переходом. Увеличивается поток электронов. Процесс развивается лавинообразно.
Ток через П2 и весь прибор увеличивается. Через П2 протекает суммарный ток
,
Где М - коэффициент умножения;
Б1, б3 - коэффициенты передачи тока от П1 и П3 к П2.
Так как токи через все три перехода одинаковы и равны внешнему, то можно записать
I = . (7.1)
Здесь б = б1 + б3
- суммарный коэффициент передачи тока от обоих эмиттеров к коллектору.
Обычно базы изготавливаются разной толщины: Р2 - толстая, w › L (диффузионная длина) и коэффициент передачи тока б3 ‹‹ 1, n1 - тонкая, w ‹ L, б1 ?1.
Выражение (7.1) является ВАХ в неявном виде, т. к. М=f(U).
Построим по (7.1) ВАХ динистора (рисунок 7.3).
ВАХ можно разбить на 4 участка:
- А) 1 - при малых значениях напряжения П2- закрыт, б ‹‹ 0,5. C увеличением напряжения, б увеличивается, но слабо, сильно растет М. Участок характеризуется: малыми токами и большими напряжениями - прибор выключен; Б) П - при U = Uвкл произведение М-б=1, т. е. знаменатель в (7.1) = 0. Коллекторный переход П2 смещается в прямом направлении. Коэффициенты передачи тока б1 и б3 сильно возрастают, но знаменатель не может быть меньше нуля, т. к. ток прямой. Следовательно, увеличение б должно сопровождаться уменьшением М, а уменьшение М возможно при уменьшении U, поэтому возрастание тока сопровождается уменьшением U. Это переходный участок с отрицательным сопротивлением, процесс идет лавинообразно; В) Ш - динистор включен, напряжения малы, токи велики и ограничиваются включением последовательного сопротивления в цепи динистора; Г) 1У - прибор выключен, обратная ветвь ВАХ, как у обычного диода.
У динистора габариты меньше по сравнению с другими переключающими схемами (реле), но он имеет и недостаток - невозможность управления моментом включения.
Прибор имеет дополнительный вывод от управляющего электрода, от n1 или р2 (рисунок 7.4) - обычно от тонкой базы n1 (б ?1). Поэтому возможно управление моментом включения прибора. На рисунке 7.5 приведена ВАХ тиристора. Здесь Iу _ ток управления, при Iy0 характеристика совпадает с характеристикой динистора. Изменяя Iу, можно менять Uвкл независимо от внешнего напряжения.
С увеличением Iу увеличивается б, Мб = 1 наступает раньше при меньшем Uвкл. При некотором Iу участок отрицательного сопротивления исчезает и получается спрямленная характеристика.
Достоинством тиристора является возможность управления моментом его включения. Применяются тиристоры в импульсных схемах, усилителях, генераторах, выпрямителях и др.
Обычные триодные тиристоры не запираются с помощью управляющей цепи, необходимо уменьшить ток в тиристоре до тока удерживающего или до тока выключения.
Используются разновидности:
- А) запираемые триодные тиристоры - запираются при подаче через управляющий электрод короткого импульса Uобр на эмиттерный переход; Б) симисторы или симметричные тиристоры проводят ток в оба направления.
На рисунке 7.6,а) приведена структура симметричного динистора - диака, а на рисунке 7.6,б) _ его вольт-амперная характеристика.
В таблице 6.1 приведены условные графические обозначения тиристоров.
Таблица 6.1
Наименование прибора |
Обозначение |
Динистор | |
Тиристор с управлением по тонкой базе | |
Тиристор с управлением по толстой базе | |
Запираемый тиристор с управлением по тонкой базе | |
Запираемый тиристор с управлением по толстой базе | |
Диак | |
Триак |
Однопереходный транзистор _ это полупроводниковый прибор с одним р-n переходом и тремя выводами. Также называется двухбазовым диодом, т. к. он имеет один р-n переход и два базовых вывода, но это менее точное название. Представляет собой кристалл n-типа (база), в котором создается эмиттерная область р-типа. Однопереходный транзистор напоминает по структуре полевой транзистор с управляющим p-n переходом, но принцип действия другой. Здесь база не является каналом, меняющим свое сопротивление за счет изменения площади поперечного сечения.
Участки n-базы мысленно разделим на верхнюю Б2 и нижнюю Б1. Участок базы Б1 - р-n переход - эмиттер Э выполняют роль диода. Участок базы Б2 - плечо в делителе напряжения смещения Uб.
Вольт-амперная характеристика транзистора
IЭ = f(Uэ)| =const
Приведена на рисунке 7.2.
В точке 0 при UБ > 0 и Uэ = 0 через Б1 и Б2 течет небольшой ток смещения и создает падение напряжения UБ1 на участке базы Б1, которое является обратным для эмиттерного перехода. Через переход течет обратный ток IЭ0.
На участке 0А напряжение UБ > 0, 0 ? UЭ ? UБ1, переход (ЭБ1) смещен в обратном направлении и течет ток IЭ0, причем при увеличении UЭ ток IЭ0 уменьшается.
В точке А ток IЭ0 = 0 при UЭ0 = UБ1.
На участке АВ (UЭ > UЭ0) р-n переход смещается в прямом направлении и течет прямой ток IЭ, который увеличивается с ростом UЭ.
В точке В при протекании прямого тока IЭ в базе Б1 идет накопление носителей, сопротивление RБ1 и напряжение UБ1 уменьшаются, а уменьшение UБ1 равносильно увеличению UЭ относительно Б1. При UЭ = UВКЛ этот процесс идет лавинообразно: допустим IЭ увеличивается, тогда RБ1 уменьшается, уменьшается UБ1, Uэ увеличивается, уменьшается потенциальный барьер цк, увеличивается инжекция и ток Iэ, уменьшается RБ1 и т. д.
На участке ВС резко увеличивается IЭ, уменьшается UЭ, это участок отрицательного сопротивления.
В точке С, когда слой Б1 насыщается зарядами, его сопротивление перестает уменьшаться.
На участке СД ток Iэ увеличивается из-за увеличения Uэ.
При увеличении IЭ ВАХ смещается параллельно вправо, при уменьшении UБ _ влево, при UБ = 0 _ совпадает с характеристикой диода.
На рисунке 7.3 приведена схема включения транзистора.
Однопереходные транзисторы используются как ключевые элементы в генераторах, переключателях, усилительных устройствах.
Достоинствами прибора являются простота и стабильность UЭВКЛ.
Недостатки - низкое быстродействие (100...300 кГц ), большие мощность рассеивания и остаточное напряжение, несовместимость по уровню сигналов с другими дискретными элементами
Похожие статьи
-
Полевые транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводника поперечным электрическим полем...
-
Входная и выходная характеристики транзистора с ОЭ несколько отличаются от характеристик транзистора с ОБ. Входной характеристикой транзистора,...
-
Для реальных структур Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом. Допустим, в...
-
1. Физическая Т-образная эквивалентная схема На рисунке 5.12 приведена физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора с общей базой, где:?...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Оптоэлектроника - область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Новое направление в...
-
Схемы ЭСЛ _ эмиттерно-связанной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики имеют более высокое быстродействие, чем схемы ТТЛ (даже ценой большей рассеиваемой мощности), достигшее в...
-
Схемы ТТЛ _ транзисторно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Разновидности схем ТТЛ Также широко используются на практике разновидности схем ТТЛ: А) схема ТТЛ с тремя состояниями выхода Схемы базовых ТТЛ нельзя...
-
Схема ДТЛ - диодно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Основная схема ДТЛ приведена на рисунке 2.16,а. Здесь диоды VD1, VD2, VD3 и резистор R1 представляют собой конъюнктор (И), элементы VT, R2, R3 _ инвертор...
-
Ключевой режим работы транзистора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
1. Транзисторный ключ с общим эмиттером Наибольшее распространение в цифровой и импульсной технике имеет ключ с общим эмиттером. В схеме - коллекторная...
-
Нанесение защитной пленки диэлектрика (Si02) - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
После формирования кремниевой подложки наступает этап создания сложнейшей полупроводниковой структуры. Для этого в кремний нужно внедрить так называемые...
-
Перспективы развития электроники - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Современные состояние развития электроники заключается в переход от микротехнологии к нанотехнологии. Прогресс в развитии науки и технологии,...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
"Физические явления при контакте твердых тел" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
При образовании кристаллической решетки металла внешние валентные электроны оказываются настолько слабо связанными со своими ядрами, что под воздействием...
-
Биполярные транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Транзисторами называются полупроводниковые приборы, способные усиливать электрическую мощность, имеющие три или более выводов, один или более p-n...
-
Устройство и принцип действия биполярного транзистора - Полупроводниковые приборы, транзисторы
В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно - дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника,...
-
Основные параметры логических интегральных микросхем Входное U1вх и выходное U1вых напряжения логической единицы - значение высокого уровня напряжения на...
-
Полупроводниковые твердые схемы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Твердые схемы представляют собой устройства, состоящие из кристаллов полупроводника, выполняющих функции активных и пассивных элементов схемы без внешних...
-
"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Электроника-область науки, техники и производства, охватывающая изучение физических основ, исследование, разработку и принципы использования приборов,...
-
Микроэлектроника - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Интеграмльная (микро)схемма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочимп (англ. microchip, silicon chip, chip -- тонкая...
-
Подготовка прибора к работе После включения, пятиминутного прогрева и проверки работоспособности прибора поставьте переключатель ДИОД-ТРАНЗИСТОР в...
-
Элементы полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах
Элементы полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах Транзисторы типа п-р-п. Биполярный транзистор типа п-р-п является основным схемным элементом...
-
Элементы промышленной электроники - Общая электротехника и электроника
Выпрямители . Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменною напряжения в постоянное. В зависимости oт числа фаз питающего...
-
Расчет выходного усилителя Расчет К-цепи по постоянному току включает выбор режимов транзисторов и расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих...
-
Выбор усилительного полупровдникового прибора Сложность современных радиоэлектронных систем наряду со специфическими радиотехническими требованиями...
-
Вывод, Список литературы - Полупроводниковые приборы, транзисторы
Действие транзистора можно сравнить с действием плотины. С помощью постоянного источника (течения реки) и плотины создан перепад уровней воды. Затрачивая...
-
Статические характеристики аналоговых коммутаторов - Аналоговые коммутаторы
Сопротивление в открытом (включенном) состоянии. Ключи КМОП, работающие от относительно высокого напряжения питания (например, +15 В), будут иметь малые...
-
Обзор методов построения аналогичных устройств - Проектирование усилителей электрических сигналов
Усилителями постоянного тока (УПТ) называются устройства, предназначенные для усиления медленно изменяющихся сигналов вплоть до нулевой частоты. На рис....
-
Принципиальная схема устройства - Радиосистема пожарной сигнализации
Исходя из технических требований и структурной схемы, выберем схемы и элементную базу для устройства. В качестве генератора колебаний используем простой...
-
Введение - Коммутационные устройства
Остановка двигателя в схемах автоматического управления обычно происходит в режиме динамического торможения или противовключением. Динамическое...
-
Анализ электрических цепей Электрические цепи постоянного тока . Электрическая цепь - это совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи...
-
Устройство сравнения предназначено для определения знака входного сигнала, а также для сравнения сигнала с УВХ с сигналом, снимаемым с ЦАП, и выдачи...
-
ПУ усиливает электрический сигнал, обеспечивая наибольшее отношение сигнал/шум. Основные требования, предъявляемые к ПУ - минимальные шумы, максимальный...
-
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПАМЯТИ - Цифровые устройства и микропроцессоры
Полупроводниковая память имеет большое число характеристик и параметров, которые необходимо учитывать при проектировании систем: 1. Емкость памяти...
-
10. Радионавигационные приборы - Теория, устройство судна и техническое обслуживание
Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности основана на том, что поисково-спасательные организации, так же как и судна в...
-
Требования к пожарной безопасности автомобиля и соответствующим элементам его конструкции регламентируются Правилами № 34-01 ЕЭК ООН. Этот документ...
-
Для n-логических переменных (аргументов) существует 2n их комбинаций или двоичных наборов. На каждом таком наборе может быть определено значение функции...
-
Экспериментальные исследования искажений сигнала производились двухмодовым и одномодовым методами. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался...
-
Регулировочная характеристика СИФУ при косинусоидальном опорном напряжении определяется выражением . (7.1) При линейной пилообразной форме опорного...
-
Определим параметры нелинейной модели Эберса-Молла. В соответствии с вариантом тип используемого транзистора n-p-n КТ316Г. Транзисторы кремниевые...
Переключательные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств