МДН - транзистори с індукованим каналом

 

МДН - транзистори з індукованим каналом не мають спеціально створеного каналу а між витоком і стоком, і при U_ЗВ=0 вихідний струм I_С=0. Канал індукується при позитивному потенціалі на затворі U_ЗВ>0 завдяки припливу електронів з p- підкладки, витоку і стоку. Цей прилад працює тільки в режимі збагачення.

Відмітною особливістю МДН - транзисторів з індукованим каналом є відсутність вбудованого каналу, дивись рисунок 2.10,а, тому у них стоковий струм I_С дорівнює нулю не лише при нульовому або негативному (у випадку p- підкладки) напруга на затворі, але і при малих позитивних напругах, оскільки на шляху між стоком і витоком знаходяться два зустрічно-включених p-n- переходу.

 

 

а - структура і схема включення; б, в - позначення;

г, д - стокові і стоко - затворні характеристики

 

Рисунок 2.10 – МДН - транзистор з індукованим каналом

 

Тільки при напрузі , що перевищує порогову напругу , в тій частині підкладки, яка розташована безпосередньо під затвором, наводиться (індукується) канал, який утворюється з втягнутих полем затвора неосновних носіїв заряду (одночасно з вказаної області підкладки полем затвора витісняються основні носії заряду). Щоб полегшити утворення каналу і поліпшити його керованість, підкладку МДН - транзистора роблять з напівпровідника з низькою концентрацією домішки. При збільшенні напруги канал збагачується рухливими носіями заряду, і струм стоку збільшується, рисунок 2.10, д. Механізм дії напруги , обумовлює форму стокових характеристик МДН - транзисторів з індукованим каналом рисунок 2.10, г, приблизно такий же, як і у транзисторів зі вбудованим каналом. Умовне графічне позначення МДН - транзисторів з індукованим n- каналом показане на рисунку 2.10,б, а з p- каналом - на рисунку 2.10,в. МДН - транзистори з індукованим каналом застосовуються частіше ніж в порівнянні з транзисторами з вбудованим каналом, визвано в першу чергу, відсутністю у них струму стоку при нульовій напрузі на затворі.

Існує різновид МДН - транзисторів з індукованим каналом – МНОП -транзистори, у яких між плівкою двоокису кремнію (О) і металевим затвором (М) поміщений шар ще одного діелектрика, - нітриду кремнію (Н). Характерною особливістю таких транзисторів є те, що у них шляхом подання на затвор імпульсу напруги певної полярності можна встановити низький або високий рівень порогової напруги (наприклад, 3 або 15 вольт). Це пов'язано з тим, що під дією імпульсної напруги певної амплітуди на межі між нітридом кремнію і двоокисом кремнію відбувається накопичення зарядів, які можуть зберігатися впродовж декількох років.

Тиристори

 

Тиристор це напівпровідниковий прилад, який складається з чотирьох областей напівпровідника з типами провідності, що чергуються. Основу приладу складає кристал кремнію. Існують некеровані або діодні тиристори (динисторы) і керовані або тріодні тиристори, звуть тиристорами. Структура і схема включення некерованого тиристора показана на рисунку 2.11,а, де зовнішнє джерело напруги через резистор підключене плюсом до p- області, що називається анодом, а мінусом, - до n- області, що називається катодом.

 

а) структура і схема включення б) еквівалентна структура;

в) вольт-амперна характеристика

 

Рисунок 2.11 - Некерований тиристор

 

Структура, умовне графічне і буквене позначення керованого тиристора, його вольт-амперна характеристика дані на рисунку 2.12 а, б, в.

Зовнішній p- шар називають анодом (А), зовнішній n- шар - катодом (К), а два внутрішні шари - базами. Одна з баз має вивод – управляючий електрод (У). При прямому включенні (анод позитивний по відношенню до катода) переходи П1 і П3 зміщені в прямому напрямі, а перехід П2 - у зворотному напрямі. До тих пір, поки П2 закритий, прямий струм практично дорівнює нулю (ділянка оа характеристики на рисунку 2.12 в). При деякому значенні прямої напруги, рівному Uвкл.max, за рахунок перерозподілу зарядів в області баз перехід П2 відкривається (точка а). Опір його швидко зменшується (ділянка аб), і тиристор працює на ділянці бв характеристики, яка подібна ВАХ діода.

а) структура; б) умовне графічне і буквене позначення керованого тиристора; в) вольтамперная характеристика

 

Рисунок 2.12 - Керований тиристор

 

Напруга включення Uвкл.max можна зменшити введенням додаткових носіїв заряду у будь-який з шарів, прилеглих до переходу П2. Додаткові носії заряду на рисунку 2.12,а вводяться в шар р від допоміжного управляючого ланцюга з незалежним джерелом Е _y. При збільшенні струму управління I_У характеристика - рисунок 2.12,в зміщується вліво (до природної прямої гілки ВАХ діода). Тиристор залишається у включеному стані, струм, що доки протікає через нього, більший за критичний, що називається струмом утримання. Як тільки I_ПР стане менше I_УД, тиристор закривається. Слід зазначити, що після включення тиристора об'ємні заряди в області переходу П2 будуть компенсовані основним струмом, якщо він більше струму I_УД, і тоді струм управління I_У не потрібний. Тому для зниження втрат в тиристорі він управляється короткими імпульсами I_У.

При зворотному включенні тиристора (анод негативний по відношенню до катода) закриті два переходи П1 і П3, і тиристор струму не проводить. Щоб уникнути пробою необхідно, щоб зворотна напруга була менше Uобр.max.

Після того, як тиристор включиться, управляючи властивості електроду У втрачаються, і щоб його вимкнути, необхідно, зменшити анодну напругу до величини і утримувати тиристор в такому стані деякий час, необхідний для того, щоб рассосалися збиткові заряди в внутрішніх p- и n- областях (час включення, в залежно від величини струму що протікає перед цим, може складати одиниці або десятки мікросекунд). На відміну від розглянутих тиристорів, що не замикаються, виключення тиристора, що замикається, можна виконати шляхом подання на управляючий електрод У зворотної напруги.

Щоб отримати симетричну ВАХ, розташовану в першому і третьому квадрантах, досить зробити зустрічно-паралельне включення однотипних приладів.

Основні параметри, використовувані при виборі тиристорів:

- гранично допустимий анодний струм у відкритому стані тиристора Iпр.max;

- гранична допустима зворотна напруга Uобр.max, гранична допустима пряма напруга в закритому стані тиристора Uпр.max,

- струм утримання I_УД.

Малопотужні тиристори застосовують в релейних схемах і малопотужних комутуючих пристроях. Потужні тиристори використовують в управляючих випрямлячах, інверторах і різних перетворювачах.