Работа транзистора в электрических цепях

Характеристиками транзистора называются зависимости между токами и напряжениями во входной и выходной цепях. При разных схемах включения транзистора входные и выходные цепи различны, следовательно, и характеристики представляют собой зависимости различных величин для каждой схемы включения.

 

       

             

На рисунке показан примерный вид входных (а) и выходных (б) характеристик транзистора типа р-п-р. При малых значениях напряжения между эмиттером и базой (U_эб) ток базы растет медленно из-за большого сопротивления р-п - перехода, которое с увеличением тока уменьшается. С увеличением коллекторного напряжения U_эк входные характеристики смещаются вправо, т. е. с увеличением U _экнеоб­ходимо повысить напряжение U _эк,для того чтобы ток базы остался неизменным. Выходные характеристики показывают, что в рабочей области напряжение U _эк незначительно влияет на ток I_к, так как в основном он зависит от количества дырок, инжектируемых в базу, т. е. от тока эмиттера.

 Возможны три схемы включения транзисторов:с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ и с общим коллектором ОК.

                                                                        R_n                                                            R_n

                           R_n

Название схемы показы­вает, какой электрод транзистора является общим для входной и вы­ходной цепей. Схемы включения транзисторов отличаются своими свой­ствами, но принцип усиления колебаний остается одинаковым. В схеме с ОБ усиления по току не происходит, усиление по напряжению и по мощности может достигать нескольких сотен. В схеме с ОЭ коэффициент усиления по току может иметь значения β=10-200. Коэффициент усиления по напряжению – того же порядка что и для схемы с ОБ, а по мощности во много раз больше, чем в схеме с ОБ.

Транзисторы по сравнению с электронными лампами имеют сле­дующие преимущества: большую механическую прочность и долго­вечность, постоянную готовность к работе, малые габариты и массу, низкое напряжение питания и высокий кпд; кроме того, отсутствует цепь накала и, следовательно, упрощена схема и нет потребления мощности для разогрева катода.

К недостаткам транзисторов относится зависимость режима ра­боты его от температуры окружающей среды, небольшая выходная мощность, чувствительность к перегрузкам, разброс параметров, вследствие которого отдельные транзисторы одного типа значительно отличаются друг от друга по своим параметрам, большое различие между входными и выходными сопротивлениями.

Полевые транзисторы.

Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый при­бор, в котором ток через канал управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком.

п - область

           а)                            б)                               в)

 

При этом ток создается движением по каналу носителей заряда одного знака (электронов или дырок). Канал в полевом транзисторе — это область п- или р- полупроводника, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называется истоком, а электрод, через который основные носители заряда уходят из канала, — стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, а, следовательно, его сопротивления, называется затвором.

В транзисторе с каналом п -типа основные носители заряда — электроны

мо­гут двигаться от истока к стоку, создавая ток стока I_с в том случае, когда по­тенциал стока более положителен, чем потенциал истока.

Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее р-п - переход, образованный п - областью канала и р - областью затвора. При подаче этого напряжения потенциал затвора становится более отрицательным, чем потенциал истока (рис. а) и на границах канала возникают равномерные слои, обед­ненные носителями зарядов и обладающие высоким удельным сопротивлением.

Напряжение, приложенное между стоком и истоком (рис. б), вызывает появление неравномерного обедненного слоя, так как разность потенциалов между затвором и каналом увеличивается в направлении от истока к стоку и наименьшее сечение канала расположено вблизи стока. Если одновременно по­дать напряжение U_си > 0 и U_зи < 0 (рис. в), то толщина обедненного носи­телями заряда слоя, а следовательно, и сечение канала будут определяться действием этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет на­пряжения запирания, обедненные области сомкнутся и динамическое сопротивле­ние канала резко возрастет.

Полевые транзисторы в последнее время широко используются в усилителях для усиления сигналов в диапазоне частот до нескольких мегагерц. Усиливаемые напряжения в таких усилителях подаются между затвором и истоком. Поскольку ток затвора очень мал, входное сопротивление усилителей на полевых транзисто­рах очень высокое, что является большим достоинством таких усилителей.

Основными параметрами полевых транзисторов являются дифференциальное сопротивление стока (канала) в режиме насыщения.

Тиристоры.

Четырехслойный кремниевый вентиль с двумя электродами (ано­дом и катодом) называется д и н и с т о р о м. Если кроме анода и катода имеется третий (управляющий) электрод, то вентиль становится управляемым и назы-вается тиристором. Тиристор, а также динистор имеют четыре слоя — р-п-р-п, между которыми на­ходятся три p-n – перехода П₁, П₂, П₃.

 

         +

              

 

 

                                  П₁           П₂            П₃

                                                  У

         _                            Rн

               

 

 

 

У тиристора от средней области р имеется вывод — управляющий электрод У. При отключенном управляющем электроде тиристор превращается в динистор. Если между анодом и катодом вентиля прило­жено небольшое постоянное напря­жение в прямом направлении, то два перехода будут открыты и их сопротивление мало. Переход П₂ будет включен в обратном (не проводящем) направлении и его сопротивление велико, так что все приложенное к тиристору напряжение будет практически на втором переходе, а ток в цепи мал. При повышении напряжения U на тиристоре ток в цепи увеличивается незначительно, так как ограничивается большим сопротивлением перехода П₂. Если напряжение достигнет некоторого опре­деленного значения, называемого напряжением переключения U_пер, то в переходе напряженность электрического поля становится достаточной для ионизации и образования новых свободных носителей зарядов (электронов и дырок), его сопротивление резко уменьшается и тиристор открывается. Напряжение на открытом тиристоре мало (порядка 1-2 В) и почти неизменно, так что ток в цепи ограничивается сопротивлением внеш­ней нагрузки. Наибольший ток тиристора лимитируется предельно допустимой мощностью, рассеиваемой им. Если уменьшать ток через открытый тиристор, то он будет оставаться открытым до тех пор, пока ток в тиристоре достаточен для поддер­жания процесса образования носи­телей зарядов в переходе П₂. При, 1^а токе, меньше определенного значения, называемого током удержания I_уд, тиристор закрывается, т. е. возвращается в непроводящее состояние.

Если на управляющий электрод подать положительный потенциал от постороннего источника, то в переходе П₃ возникнет ток управ­ления и появятся дополнительные носители зарядов, вследствие чего уменьшится напряжение переключения этого перехода и тиристор открывается при меньшем напряжении U_П1.Чем больше ток управ­ления I_у, тем больше дополнительных зарядов в переходе П₃ и меньше напряжение переключения тиристора. При определенном значении тока управления, называемом током спрямления I_ус тиристор будет работать как неуправляемый вентиль, т.е. будет открыт при любом положительном напряжении на аноде. Таким образом, тиристор открывается как при подаче на его анод напряжения пе­реключения, так и при включении тока уп­равления достаточной величины I_ус.

При подаче на зажимы тиристора обрат­ного напряжения U_o6pон будет закрыт об­ратно включенными переходами П₁ и П₃не­зависимо от управляющего тока. Тиристоры имеют два устойчивых состо­яния: при закрытом тиристоре его сопротив­ление очень велико (R~∞), при открытом — мало (R~0).Поэтому тиристоры находят при­менение как бесконтактные переключатели в инверторах, регулируемых выпрямителях, в схемах защиты и т. д.

Конструкция мощного тиристора показа­на на рисунке. Четырехслойная кристалли­ческая структура 4, укрепленная на кристаллодержателе 3, помещена в металлическом корпусе 2, в нижней части которого находит­ся резьбовой вывод катода 1. К верхнему р -слою припоем 5 крепится плетеный вывод анода 7. В среднюю р -область вводится вывод управляющего электрода 8. Выводы анода и управляющего электрода укрепляют в корпусе изолятором 6.

 

 

 

Тиристор: 1 - вывод катода, 2 - кор­пус, 3 - кристаллодержатель, 4 - кристаллическая структура, 5 - припой, 6 - изолятор, 7 - вывод анода, в -  вывод управляющего электрода

 

Дисциплина          Электротехника с основами электроники

     Тема                      Транзисторы

Закрепляющий материал

Вопрос	Ответ
1. Продолжите фразу	Транзистором называется:__________________________ ____________________________________
2. Дополните схему транзистора	п р
3. Нарисуйте условное обозначение транзистора р-п-р
4. Продолжите фразу	Чтобы открыть транзистор нужно_____________________________  __________________________________
5. Выполните обозначения деталей транзистора	1._____________________________ 2._____________________________ 3._____________________________ 4._____________________________ 5._____________________________ 6._____________________________ 7._____________________________ 8._____________________________ 9._____________________________
6. Продолжите фразу	Наибольшей усиливающей способностью является схема включения транзистора с общей ______________________
7. Попытайтесь перечислить достоинства транзисторов по сравнению с электронными лампами	1. __________________________ 2. __________________________ 3.___________________________ 4.___________________________ 5.___________________________ 6.___________________________ 7.___________________________ 8.___________________________
8. Продолжите фразу	Полевым транзистором называется_____________________________ ______________________________________
9. Попытайтесь назвать достоинства полевых транзисторов:	___________________________________ ___________________________________
10. Чтобы открыть тиристор нужно выполнить любое их двух действий:	1. ___________________________________ 2. ___________________________________
11. Выполните обозначения деталей тиристора	1.____________________________ 2.____________________________ 3.____________________________ 4.____________________________ 5.____________________________ 6.____________________________ 7.____________________________ 8.____________________________

ЗАДАНИЕ НА: 6-11.04