Основные сведения и классификация

Глава 4

Полевые транзисторы

Основные сведения и классификация

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых управление выходным током I_вых, осуществляется с помощью поперечного электрического поля создаваемого входным напряжением U_вх, путем изменения сопротивления полупроводникового канала, проводящего выходной ток, т.е. I_вых=Su_вх, где S - крутизна. Их работа основана на перемещении только основных носителей заряда, т. е. дырок или электронов, а потому их иногда называют униполярными. Процессы инжекции и экстракции в таких транзисторах не играют основной роли. Основным способом движения зарядов является их дрейф в электрическом поле.

Электрод полевого транзистора, через который втекают носители заряда в канал, называется истоком (И), а электрод, через который из канала вытекают носители заряда, называется стоком (С). Эти электроды обратимы. С помощью напряжения, прикладываемого к третьему электроду, называемому затвором (3), осуществляют перекрытие канала, т. е. изменяют удельную проводимость или площадь сечения канала.

Различают два типа полевых транзисторов (рис. 4.1): с управляющим р-n -переходом и с изолированным затвором (МДП-транзисторы, представляющие собой структуру металл — диэлектрик — полупроводник). МДП-транзисторы, в свою очередь, делятся на транзисторы со встроенным и индуцированным каналом.

 

 

Рис.4.1

 

 

Полевые транзисторы обладают существенными преимуществами по сравнению с биполярными транзисторами:

1. Одним из основных достоинств полевого транзистора является его высокое входное сопротивление (10⁶— 10⁷ Ом — у транзисторов с управляющим p-n-переходом и 10¹⁰ —10¹⁵ Ом у МДП-транзисторов).

2. Они более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений,

3. - хорошо работают и при очень низкой температуре вплоть до температуры жидкого азота (—197 °C).

4. - характеризуются низким уровнем шумов.

5. МДП-транзисторы занимают малую площадь на поверхности кристалла полупроводника, а потому широко применяются в интегральных микросхемах с высокой степенью интеграции.

Глава 5

Тиристоры

Тиристоры это полупроводниковые приборы с тремя и более р-п-переходами. Они предназначены, для использования в качестве электронных ключей в схемах коммутации больших по величине токов при сравнительно невысоком быстродействие.

В зависимости от вида ВАХ и способа управления тиристоры делят на диодные и триодные.

Диодные тиристоры имеют два выводы – анод и катод. В зависимости от способа управления включения или выключения тока, они бывают: запираемые в обратном направлении (рис.5.1.а), проводящие в обратном направлении (рис.5.1.б) и симметричные (рис.5.1. в).

а) б) в) а) б) в) г) д)

рис. 5.1. рис. 5.2

 

 

Симметричные диодные динисторы представляют собой встречно-последовательное соединение тиристоров запираемых в обратном направлении. Они способны пропускать ток как в прямом, а также в обратном направлении. Они имеют два вывода, которые называются: анод 1, и анод 2.

Триодные тиристоры называют просто – тиристорами. Они имеют три вывода. Появляется третий управляющий электрод (УЭ) рис.5.2. Напряжение, подаваемое на него, позволяет управлять включением (выключением) тиристора. Триодные тиристоры подразделяют на: запираемые в обратном направлении с управлением по аноду (рис.5.1. а)

и по катоду (рис.5.1. б), проводящие в обратном направлении с управлением по аноду (рис.5.1. в) и по катоду (рис.5.1. г), симметричные (двунаправленные) (рис.5.1. в).

 

Выпрямители

Рассмотрим выпрямители переменного напряжения.

Основные параметры:

1. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

2. Коэффициент пульсации: К_пл=U_m1/U₀, где U_m1 - амплитуда первой гармоники напряжения пульсаций.

У идеального выпрямителя коэффициент пульсации равен нулю, но такого не существует.

В зависимости от числа полупериодов используемых при выпрямлении различают следующие выпрямители:

1.
Однофазный однополупериодный выпрямитель (рис.12.3).

Принцип его работы основан на односторонней проводимости диода VD.

Рис.12.3

 

Среднее значение напряжения за период при однополупериодном выпрямлении составляет:

.

Отсюда, коэффициент пульсаций К_пл=U_1m1/U₀=1,57, где U_1m1= U_1m/2, где U_1m1 - амплитуда первой гармоники переменного напряжения на нагрузке. Таким образом, коэффициент пульсаций велик, что является главным недостатком данной схемы.

Диод выбирается из следующих соотношений:

; , где I_ДОП – максимально допустимый ток диода, I_Н.max – максимальный ток нагрузки, U_{ОБР.ДОП} – максимально допустимое напряжение на диоде.

Такие выпрямители находят ограниченное применение в маломощных устройствах т.к. характеризуются плохим использование трансформатора (через трансформатор протекает постоянная составляющая тока, что вызывает его подмагничивание и проводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры) и большим значение коэффициента пульсаций.

2. Двухполупериодные выпрямители.

а) Двухполупериодная мостовая схема (рис.12.4)

Эту схему иногда называют однофазной мостовой. Она получила

Рис.12.4

 

наиболее широкое распространение. Ее основу составляет диодный мост, состоящий из четырех диодов. Среднее значение напряжения за период при двухполупериодном выпрямлении составляет:

.

Отсюда, коэффициент пульсаций К_пл=U_1m1/U₀=0,67, где U_1m1= U_1m/2, где U_1m1 - амплитуда первой гармоники переменного напряжения на нагрузке. Малое значение коэффициента пульсаций является преимуществом данной схемы.

Диоды мостовой схемы выбирается также как в предыдущей схеме:

; , где I_ДОП – максимально допустимый ток диода, I_Н.max – максимальный ток нагрузки, U_{ОБР.ДОП} – максимально допустимое напряжение на диоде.

В таком выпрямителе отсутствует подмагничивание трансформатора постоянным током – это его достоинство, а недостатком является большое число диодов, что приводит к увеличенному падению напряжения на выпрямителе. Поэтому такие выпрямители основном применяются при выпрямлении высоких напряжений (более 5В).

б) Двухфазный двухполупериодный выпрямитель (рис.12.5). Схема состоит из двух диодов и трансформатора со средней точкой. Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение одного полупериода.

 

 

Рис.12.5

 

 

Диоды выбирается из следующих соотношений:

; , где I_ДОП – максимально допустимый ток диода, I_Н.max – максимальный ток нагрузки, U_{ОБР.ДОП} – максимально допустимое напряжение на диоде.

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель применяется в источниках питания с небольшим напряжениям. Он по сравнению с однофазным мостовым выпрямителем позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери напряжения на выпрямителе.

Выпрямители без сглаживающих фильтров применяются сравнительно редко, лишь там, где пульсации напряжения на нагрузке не существенны

Глава 4

Полевые транзисторы

Основные сведения и классификация

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых управление выходным током I_вых, осуществляется с помощью поперечного электрического поля создаваемого входным напряжением U_вх, путем изменения сопротивления полупроводникового канала, проводящего выходной ток, т.е. I_вых=Su_вх, где S - крутизна. Их работа основана на перемещении только основных носителей заряда, т. е. дырок или электронов, а потому их иногда называют униполярными. Процессы инжекции и экстракции в таких транзисторах не играют основной роли. Основным способом движения зарядов является их дрейф в электрическом поле.

Электрод полевого транзистора, через который втекают носители заряда в канал, называется истоком (И), а электрод, через который из канала вытекают носители заряда, называется стоком (С). Эти электроды обратимы. С помощью напряжения, прикладываемого к третьему электроду, называемому затвором (3), осуществляют перекрытие канала, т. е. изменяют удельную проводимость или площадь сечения канала.

Различают два типа полевых транзисторов (рис. 4.1): с управляющим р-n -переходом и с изолированным затвором (МДП-транзисторы, представляющие собой структуру металл — диэлектрик — полупроводник). МДП-транзисторы, в свою очередь, делятся на транзисторы со встроенным и индуцированным каналом.

 

 

Рис.4.1

 

 

Полевые транзисторы обладают существенными преимуществами по сравнению с биполярными транзисторами:

1. Одним из основных достоинств полевого транзистора является его высокое входное сопротивление (10⁶— 10⁷ Ом — у транзисторов с управляющим p-n-переходом и 10¹⁰ —10¹⁵ Ом у МДП-транзисторов).

2. Они более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений,

3. - хорошо работают и при очень низкой температуре вплоть до температуры жидкого азота (—197 °C).

4. - характеризуются низким уровнем шумов.

5. МДП-транзисторы занимают малую площадь на поверхности кристалла полупроводника, а потому широко применяются в интегральных микросхемах с высокой степенью интеграции.