Материал: Електронно-дірковий перехід

Слід відзначити, що параметри транзистора в різних схемах вмикання однозначно зв'язані між собою й у разі потреби завжди можна перейти від однієї системи параметрів до іншої за допомогою формул переходу співвідношень між параметрами в трьох схемах вмикання (табл. 1).

Таблиця 1

Типові значення h-параметрів для схем з СЕ і СБ наведені в таблиці 2

Таблиця 2

Фізичні параметри та еквівалентні Т - подібні схеми БТ

При розрахунку схем на БТ для режиму на постійному струмі ( статичний режим ) використовують фізичну модель БТ, названою моделлю Молла-Еберса, де транзистор зображено сукупністю двох діодів та джерелами струму ( рис. 3.10) без урахування малих опорів ділянок бази rБ і колектора rK.

При аналізі змінних складових струмів і напруг у схемах на БТ ( у підсилювальному режимі ) використовують еквівалентні Т- подібні схеми, де враховують власні ( фізичні ) параметри самого транзистора. До фізичних параметрів відносяться опори rЕ, rБ, rK, тобто опори емітера, бази та колектора змінному струму. Опір rЕ - це сума опорів емітерного переходу і емітерної області. Так саме rK - це опір суми опорів колекторного переходу та колекторної області. Опір бази rБ є поперечним опором бази. Фізичні параметри транзистора не залежать від його схеми вмикання. На рис. 3.11 показані Т- подібні схеми транзистора при його вмиканні за схемами із СБ і СЕ.

Дамо характеристику елементам, що входять у еквівалентні схеми.

Диференціальний опір емітерного переходу визначається виразом

при UК = const.

Опір rЕ залежить від сталої складової струму ІЕ за співвідношенням

Значення rЕ сягає десятки омів.

• 2. Об'ємний опір бази rБ досить значний. Числове значення його залежно від типу транзистора становить 100…300 Ом.
• 3. Диференціальний опір колекторного переходу визначається виразом

при ІК = const.

Значення rK лежить у межах 100…1000кОм.

4. Джерело струму - аІЕ, у схемі із СБ, враховує транзитну складову струму емітера, що проходить крізь базу до колектора.

Диференціальний коефіцієнт передачі емітерного струму виражається співвідношенням при UК = const. Величину а на середних частотах вважають сталою, але на високих частотах значення а зменшується. На гранічної частоті - fа, модуль зменшується в = 1,41 раза. За параметром fа БТ поділяють на низькочастотні ( 3 МГц ), середньочастотні ( 3…30 МГц ), високочастотні ( 30…300 МГц ) та надвисокочастотні ( > 300 МГц ).

5. Джерело струму - ІБ, у схемі із СЕ, характеризує струм через колекторний перехід. Диференціальний коефіцієнт передачі емітерного струму виражається співвідношенням при UК = const і є також частотно залежним. Гранична частота - f , якщо її визначити за ознакою зменшення в = 1,41раза, буде в ( 1+ ) разів меншою, тобто f = fа /( 1+ ). Тому частотні властивості БТ в схемі СЕ гірші, ніж у схемі СБ.

6. Ємності СЕ і СК емітерного та колекторного переходів, як і будь якого p-n-переходу, містять бар'єрну і дифузійну складові. Власні значення ємностей залежать від типу транзистора. У високочастотних БТ вони менші, ніж у низькочастотних і становлять СЕ - сотні пікофарад, а СК - десятки пікофарад. СК дуже впливає на роботу БТ в ділянці низьких частот ( десятки кГц ), оскільки ця ємність зашунтована великим опором rK, на відміну від СЕ, що зашунтована малим опором rЕ . Тому ємність СЕ дужче впливає на роботу БТ на ділянці високих частот ( десятки МГц ). На ділянці середніх частот ( десятки Гц і одиниці кГц ) вплив ємностей СЕ і СК у еквівалентній схемі не враховують.

Приведені Т- подібні еквівалентні схеми БТ є приблизними, але їх використання для вирішення теоретичних та практичних задач не дає значних похибок. У довідниках значення rЕ, rБ та rK не приводяться, тому їх розраховують за відомими h-параметрами транзистора.

Параметр	СЕ	СБ
h21Е
rЕ	h12Е / h22Е
rK	1/h22Б
rБ	h12Б/h22Б
а	- h21Б

Динамічні характеристики БТ

У біполярному транзисторі значення колекторного струму обмежується зверху ( див. Рис. 3.5 ) допустимою потужністю розсіювання на колекторі. Її перевищення спричиняє пробій транзистора. Тому, для обмеження колекторного струму, використовують резистор в колекторному ( або емітерному ) колі.

У схемі підсилення на БТ ( рис. 3.12, а ) величина струму колектора обмежена на рівні ІКmax =EK / RK , де EK - напруга джерела живлення, а RK - резистор в колі колектора. Напруга джерела живлення розподіляється між ділянкою К-Е транзистора та опором навантаження - EK = UКЕ + ІК RK. Потенціал колектора починає змінюватися разом

ТИРИСТОРИ

Структура та основні види тиристорів

Тиристорами називають напівпровідникові прилади з трьома (і більше) р-n-переходами, які мають два стійких стани: відкритий і закритий, головним застосуванням яких є безконтактна комутація електричних кіл.. Розрізняють діодні (некеровані) і тріодні (керовані) тиристори. Тиристор з двома виводами називають діодним тиристором або диністором. Тиристор з трьома виводами, з яких один є керувальним електродом, називають тріодним тиристором або триністором.

А б

Рис. 1. Структура (а) та ВАХ (б) диністора

Диністор представляє собою двополюсну чотиришарову структуру напівпровідника р1-п1-р2-п2- (рис. 1,а), що чергуються, та три р-n-переходи.

Крайні випрямляючі переходи (р1-п1 і р2-п2 ) називають емітерними переходами (ЕП). Шари p1, п2, прилеглі до ЕП є емітерними. Середній р2-n1-перехід називають колекторним (КП). Металевий контакт, прилеглий до крайньої p1-області, називають анодом (А), а контакт, прилеглий до крайньої n2-області, - катодом (К). Внутрішні p2 і n1-області структури називають базами.

Розглянемо процеси, яки протікають у диністорі при подаванні на нього прямої напруги, коли до аноду p1 підключити “ + ” U - плюс зовнішньої напруги, а до катоду n2 “ - ” - мінус. У цьому випадку емітерні переходи ЕП1,2 зміщуються у прямому напрямку, а КП - у зворотному і на ньому падає майже вся напруга зовнішнього джерела U. Тиристор закритий, струм в колі дуже малий і визначатиметься зворотним струмом КП.

Так як ЕП1,2 відкриті, то дірки інжектують з області р1 в область n1, а електрони - з області n2 в область р2. Частина носіїв, уникнувши рекомбінації, досягає зворотно зміщеного КП і перекидається його полем: дірки - у базу р2, а електрони - у базу n1. Поява дірок у базі р2 приводить до утворення нескомпенсованого “ + ” заряду, а електронів у базу n1 - нескомпенсованого “ - ” заряду. Електричним полем зарядів зменшується висота потенціального бар'єра КП, що викликає збільшення зустрічної інжекції носіїв. У структурі розвівається лавиноподібний процес збільшення струму. Все це призводить до зменшення опору КП і падінню напруги на тиристорі. Тиристор переходить з закритого стану у відкритий.

Описані процеси визначають ВАХ диністора, показану на рис. 1, б, на прямій гілці якої можна виділити дві стійкі зони: область ІІІ (непровідний стан приладу ) з малими значеннями струму при великих значеннях напруги U і область вмикання І (відкритий стан приладу) з великими значеннями струму при малих значеннях напруги U. Точки А та В називають відповідно точками вмикання й утримання диністора, а відповідні їм струми називають струмом вмикання (Івм) та струмом утримування (Іут). Між точками А та В лежить область ІІ (лавинного пробою), в якій диністор володіє негативним диференціальним опором.

Для вимикання диністора необхідно зменшити прямий струм до значення, що не перевищує значення струму утримування (точка В), або подати на диністор напругу зворотної полярності.

Після зміни полярності зовнішньої напруги емітерні переходи зміщуються у зворотному напрямку, а КП залишається прямозміщеним. Вся зворотна напруга розподіляється між зворотнозміщеними високоомними переходами ЕП1,2. При зворотній напрузі ВАХ тиристора така сама, як і у звичайного діода для зворотного вмикання.

Зворотну гілку ВАХ диністора можна поділити на дві області: ІV - область зворотного зміщення та V - область пробою структури.

Таким чином, керування струмом диністора можливе або за рахунок зміни значення і напрямку напруги зовнішнього джерела, прикладеної між анодом і катодом пристрою при незмінному опорі навантаження (Rн = соnst), або за рахунок зміни опору навантаження при незмінній напрузі зовнішнього джерела (U = соnst).

Структуру диністора можна уявити у вигляді двох різнотипних біполярних транзисторів: VТ1 тиру p-n-p і VТ2 типу n- p- n. Перехід ЕП1 для VТ1 є емітерним переходом, як і перехід ЕП2 для VТ1. Полярність напруг на переходах біполярних транзисторів відповідає активному режиму. Через колекторні переходи обох транзисторів протікають струми ІК1 = а1 ІЕ1 та ІК2 = а2 ІЕ2 , де

ІЕ1 і ІЕ2 - струми через ЕП1 і ЕП2 відповідно;

а1, а2 - коефіцієнти передачі струму відповідних транзисторів.

У міру підвищення напруги U на колекторному переході - КП, його струм, як анодний струм диністора: ІА = ІЕ1 = ІЕ2 = ІК = а1 ІЕ1 + а2 ІЕ2 + ІК0 = ІА ( а1 + а2 ) + ІК0 , де ІК0 - сумарний зворотний струм КП, від збільшення коефіцієнтів а буде зростати.

Останній вираз можна записати в іншому виді:

.

Вираз підтверджує наявність на ВАХ ділянці ІІІ, тому що при малих значеннях напруги U і струму ІА сума і ІА = ІК0. Потім струм зростає за рахунок зростання суми а1 + а2, яка, однак, не досягає значення одиниці на цій ділянці. У точці А створюються умови для відкривання диністора при напрузі UВМ. Причиною відкривання диністора є зростання складових струмів а1 ІЕ1 та а2 ІЕ2 порівняно зі струмом ІК0.

На ділянці І диністор відкритий. В точці В сума а1 + а2 = 1, струм через перехід визначається сумою складових а1 ІЕ1 та а2 ІЕ2 , а падіння напруги на КП визначається падінням напруги на малих опорах прямозміщених переходів ЕП1,2.

На ділянці І загальний струм зростає, що збільшує коефіцієнти а та їхню суму а1 + а2 > 1. Під дією об'ємних зарядів, що накопичуються в базах диністора, полярність напруги на КП змінює напрямок. Всі три переходи тепер є прямозміщеними, але напруга на переходах ЕП1,2 протилежна за знаком напрузі на КП. Тому падіння напруги на диністорі приблизно дорівнює падінню на одному переході, тобто (0,5…1,0) В.