Односторонний двусторонний

СТАБИЛИТРОНЫ

Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, работающие в режиме лавинного пробоя. При обратном смещении полупроводникового диода возникает электрический лавинный пробой р - n - перехода. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Если в режиме пробоя мощность, расходуемая в нем, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон может работать неограниченно долго. На рис, 2.5 а показано схематическое изображение стабилитронов, а на рис. 2.5 б приведены их вольт-амперные характеристики.

Напряжение стабилизации стабилитронов зависит от температуры. На

рис. 2.6 б штриховой линией показано перемещение вольтамперных характеристик при увеличении температуры. Очевидно, что повышение температуры увеличивает напряжение лавинного пробоя при Uст > 5В и уменьшает его при Uст < 5B. Иначе говоря, стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5В имеют положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН), а при Uст < 5B — отрицательный. При Uст = 6...5 В TKH близок к нулю.

а)

односторонний двусторонний

Рис. 2.5. Схематическое изображение стабилитронов (а) и их вольтамперные характеристики (б)

ВАРИКАПЫ

Варикапы — это полупроводниковые диоды, в которых используется барьерная емкость р - n - перехода. Эта емкость зависит от приложенного к диоду обратного напряжения и с увеличением его уменьшается. Добротность барьерной емкости варикапа может быть достаточно высокой, так как она шунтируется достаточно высоким сопротивлением диода при обратном смещении,

Схематическое изображение варикапа приведено на рис. 2.6 а, а его вольт- фарадная характеристика — на рис. 2.6 б. Условное обозначение варикапа содержит пять элементов. Первый элемент обозначает материал, из которого изготовлен варикап (К — кремний). Второй элемент обозначает принадлежность диода к подклассу варикапов (В — варикап). Третий элемент — цифра, определяющая назначение варикапа (1 — для построечных варикапов, 2 — для умножительных варикапов). Четвертый элемент — это порядковый номер разработки. И, наконец, пятый элемент — соответствует разбраковке по параметрам. Так, например, на рис. 2.7 6 приведена характеристика варикапа КВ117А.

Теоретическое значение емкости варикапа можно определить по формуле

, (2.1)

где C₀ — начальная емкость варикапа при Uв=0, Uв — напряжение на варикапе, ψ_к — контактная разность потенциалов.

Основными параметрами варикапа являются: начальная емкость C₀, добротность Qc, коэффициент перекрытия по емкости Кс. Добротность варикапа определяется отношением реактивной мощности варикапа Q к мощности P:

, (2.2)

А) б)

Рис 2.6. Схематическое изображение варикапа (а) и зависимость емкости варикапа от обратного напряжения (б)

Коэффициент перекрытия по емкости определяется как отношение макси­мальной емкости Сmax варикапа к его минимальной, емкости Сmin

, (2.3)

Кроме этого, часто указывают температурный коэффициент емкости варикапа αс=ΔС/ΔТ и предельную частоту ƒпред., при которой добротность варикапа снижается до Q = 1. Добротность варикапа увеличивается с увеличением обратного напряжения и с уменьшением рабочей частоты. Графики зависимости добротнос­ти варикапа КВ117А от частоты и обратного напряжения приведены на рис.2.7.

Эквивалентная схема варикапа приведена на рис..2.9, где Cб — барьерная емкость, Rш — сопротивление перехода и шунтирующих его утечек, обусловленных конструкцией варикапа, Rп — сопротивление материала полупроводника, р-н-области и контакта.

А) б)

Рис 2.7. Графики зависимости варикапа КВ117А от частоты (а) и от обратного напряжения (б)

а) б)

Рис 2.8. Эквивалентная схема замещения варикапа (а) и зависимость добротности от частоты (б)

На рис. 2.8 б приведены зависимости добротности Q от частоты для варикапов, изготовленных из кремния и арсенида галлия. Из графиков видно, что для варикапов из арсенида галлия оптимальная частота составляет — 1 кГц, в то время как для кремниевых варикапов она почти достигает 1 МГц.

Варикапы находят применение в различных электронных схемах: модулято­рах, перестраиваемых резонансных контурах, генераторах с электронной настрой­кой, параметрических усилителях и генераторах и других приборах.

ТИРИСТОРЫ

Это класс 4 – 5 слойных приборов. В него входят динистор (диодный тиристор), тринистор (триодный тиристор) и симистор (симметричный тиристор).

ДИНИСТОР

Каждый полупроводниковый прибор из класса тиристоров представляет собой "пирог" из нескольких слоев, образующих полупроводниковую структуру из чередующихся p-n переходов. У динистора три таких перехода (рис. 2.9), но выводы сделаны лишь от крайних областей (p и n). Поверхность кристалла-"пирога" с электропроводностью n типа обычно припаяна ко дну корпуса это катод динистора, а вывод от противоположной поверхности кристалла выполнен через стеклянный изолятор это анод.

Внешне динистор (распространена серия КН102 с буквенными индексами А - И и его аналог с обозначением 2Н102) ничем не отличается от выпрямительных диодов серии Д226. Как и в случае с диодом, на анод динистора подают плюс напряжения питания, а на катод минус. И обязательно в цепь динистора включают нагрузку: резистор, лампу, обмотку трансформатора и т. д.

Если плавно увеличивать напряжение, ток через динистор будет вначале расти незначительно (рис. 2.10). Динистор при этом практически закрыт. Такое состояние продолжится до тех пор, пока напряжение на динисторе не станет равным напряжению включения Uвкл В этот момент в четырехслойной структуре наступает лавинообразный процесс нарастания тока и динистор переходит в открытое состояние. Падение напряжения на нем резко уменьшается (это видно на характеристике), а ток через динистор теперь будет определяться сопротивлением нагрузки, но он не должен превышать максимально допустимого Iоткр.макс..

Для всех динисторов серии КН102 этот ток равен 200 мА.

Напряжение, при котором динистор открывается, называют напряжением включения (Uвкл), а соответствующий этому значению ток - током включения (Iвкл).Для каждого динистора напряжение включения свое, например, для КН102А - 20 В, а для КН102И - 150 В. Ток же включения у всех динисторов серии составляет 5 мА.

В открытом состоянии динистор может находиться до тех пор, пока прямой ток через него будет превышать минимально допустимый ток Iуд, называемый током удержания.

Обратная ветвь характеристики динистора похожа на такую же ветвь обычного диода. Подача на динистор обратного напряжения выше допустимого Uобр.макс. может вывести его из строя. Для всех динисторов и Uобр.макс. составляет 10 В, при этом ток Iобр.макс. не превышает 0,5 мА.

2.4.2 ТРИОДНЫЙ ТИРИСТОР (тринистор)

Второй способ включения четырехслойной структуры реализован в триодном тиристоре, который в практике обычно называют просто тиристором. Для этого в нем имеется вывод от одной из баз эквивалентных транзисторов. Если подать в одну из этих баз ток управления, то коэффициент передачи соответствующего транзистора увеличится и произойдет включение тиристора.

В зависимости от расположения управляющего электрода (УЭ) тиристоры делятся на тиристоры с катодным управлением и тиристоры с анодным управлением. Расположение этих управляющих электродов и схематические обозначения тиристоров приведены на рис. 2.12. Вольт-амперная характеристика отличается от характеристики динистора тем, чro напряжение включения регулируется изменением тока в цепи управляющего электрода. При увеличении тока управле-ния снижается напряжение включения. Таким образом, тиристор эквивалентен динистору с управляемым напряжением включения. После включения управляющий электрод теряет управляющие свойства и, следовательно, с его помощью выключить тиристор нельзя.

Основная схема включения тринистора такая же, как и для динистора – рис.2.14.

Как динисторы, так и тиристоры подвержены самопроизвольному включянию при быстром изменении напряжения на аноде. Это явление получило назвя ние «эффекта dU/df». Оно связано с зарядом емкости перехода Сд при быстром изменении напряжения на аноде тиристора.

Условное обозначение динисторов и тиристоров содержит информацию о материале полупроводника (буква К), обозначении типа прибора: (динистор -, буква Н, тиристор — буква У), классе по мощности (1 — ток анода < 0,ЗА, 2 -ток анода > 0,3 А) и порядковом номере разработки. Например, динистор) КН102 —кремниевый, малой мощности; тиристор КУ202 — кремниевый, большой мощности.

К основным параметрам динисторов и тиристоров относятся:

• допустимое обратное напряжение Uо6p;

•напряжение в открытом состоянии Uпp при заданном прямом токе;

•допустимый прямой ток Iпр;

. • времена включения tвкл и выключения tвsкл/

При включении тиристора током управления после подачи импульса тока Iу в управляющий электрод проходит некоторое время, необходимое для включении тиристора. Процесс нарастания тока в тириеторе начинается спустя некоторое время задержки tзд, котороt зависит от амплитуды импульса тока управления. При достаточно большом токе управления время задержки достигает долей микросекунды (от 0,1 до 1...2мкс).

Затем происходит нарастание тока через прибор, которое обычно называют временем лавинного нарастания. Это время существенно зависит от начального прямого на­пряжения t/„po на тиристоре и пря­мого тока Iпр через включенный тиристор. Включение тиристора обычно осуществляется импульсом тока управления. Для надежного включения тиристора необходимо. чтобы параметры импульса тока управления: его амплитуда Iуm„ длительность, скорость нарастаня, dly/dt отвечали определенным требованиям, которые обеспечивают включение тиристора в заданньй момент. Длительность импульса тока управления должна быть такой, что к моменту его окончания анодный ток тиристора был больше тока удержания

Выключается тиристор (принудительно) приложением обратного напряжения Uобp, для обеспечения снижения анодного тока до нуля (точнее ниже тока удержания). Выключение можно разделить на две стадии: время восстановления сопротивления и время выключенияя.

Потери в тиристоре состоят из потерь при протекании прямого тока, потерь при протекании обратного тока, коммутационных потерь и потерь в цепи управления. Потери при протекании прямого и обратного токов рассчитываются так же как в диодах. Коммутационные потери и потери в цепи управления зависят от способа включения и выключения тиристора.

Симисторы

Подадим положительное напряжение на области p1, n1, а отрицательное на области p2, n3.

Переход П1 закрыт, и выключается из работы область n1. Переходы П2 и П4 открыты и выполняют функцию эмиттерных переходов. Переход П3 закрыт и выполняет функцию коллекторного перехода. Таким образом, структура симистора будет представлять собой области p1, n2, p2, n3, где p1 будет выполнять функции анода, а n3 – катода при прямом включении. Подадим напряжение плюсом на области p2, n3, а минусом на области p1, n1. Переход П4 закроется и выключит из работы область n3. Переходы П1 и П3 откроются и будут играть роль эмиттерных переходов. Переход П2 закроется и будет выполнять функцию коллекторного перехода. Структура симистора будет иметь вид p2-n2, p1-n1, где область p2,будет являться анодом, а n1 – катодом. В результате будет получаться структура в прямом включении, но при обратном напряжении. ВАХ будет иметь вид, изображённый на рис. 2.14.

2.5 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Транзистор.содержит два р-n перехода - эмиттерный и коллекторный, имеющие общую область - базу. В зависимости от типа проводимости областей различают р-n-р и n-р-n транзисторы. Их структура и условные обозначения показаны на рис. 2.15. При включении транзистора эмиттерный переход открывают током Iэ, а на коллекторный переход подают значительное закрывающее напряжение. Но это не значит, что коллекторный ток Iк будет отсутствовать - ведь коллекторный переход расположен очень близко к эмиттерному. Сильное поле коллектора захватывает носители тока, инжектируемые эмиттером в базу. У хороших транзисторов коллекторный ток составляет до 99% и более от тока эмиттера. На долю же тока базы остается порядка 1% от тока эмиттера. Отношение коллекторного тока к току базы называют статическим коэффициентом передачи тока (h _21Э) в схеме с общим эмиттером. Для широко распространенных транзисторов его значение составляет от нескольких десятков до нескольких сотен.

		Рис. 2.15 Типы транзисторов

Транзистор как активный четырёхполюсник.

Любой транзистор независимо от схемы включения обладает рядом параметров, которые возможно разбить на две группы: Предельные параметры – все максимальные значения Параметры транзистора в режиме малого сигнала.

Данные параметры объединяются в несколько систем параметров, которые можно определить, представив транзистор в виде активного четырёхполюника.

Четырёхполюсником называется любое электрическое устройство, имеющее 2 входных и 2 выходных зажима. Активным четырёхполюсником называется четырёхполюсник, способный усиливать мощность. Представим транзистор в виде активного четырёхполюсника.

Присвоим входным току и напряжению индекс «1», а выходным индекс «2». Для транзисторов достаточно знать две любые переменные из четырёх – U1, U2, I1, I2. Две остальные определяются из статических характеристик транзистора. Переменные, которые известны или же которыми задаются, называются независимыми переменными. Две другие переменные, которые можно определить, называются зависимыми переменными. В зависимости от того, какие из переменных будут выбираться в виде независимых, можно получить различные системы параметров в режиме малого сигнала.

Система h - параметров транзистора

В системе h-параметров в виде независимых переменных приняты входной ток и выходное напряжение. В этом случае зависимые переменные U1 = f (I1, U2); I2 = f (I1, U2). Полный дифференциал функций U1 и I1 равен

Перейдём от бесконечно малых приращений dU1, dI1, dU2, dI2 к конечным приращениям. Получим:

Из приведенных уравнений определяются их коэффициенты (h-параметры)

h₁₁ = DU1 / DІ1 = DU_БЭ / DІ_Б - входное сопротивление переменному току;

h₁₂ = DU1 / DU2 = DU_БЭ / DU_RЭ – коєффициентобратной связи по напряжению

h₂₁ =D І2 / DІ1 = D І_К / DІ_Б - коэффициент передачи тока базы

h₂₂ =D І2 / DU2 = DІ_К / DU_КЭ.- выходная проводимость

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: