Основы электронной техники (стр. 29 )

Канал п-типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяже­ния электронов из подложки р-типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)

Рис. 26.6. Линия нагрузки усилителя на полевом транзисторе (рис. 26.5).

Рис. 26.7. Поперечное сечение МОП-транзистора.

потенциала приводит к расширению канала п-типа и увеличению тока через этот канал, подача отрицательного потенциала вызывает сужение канала и уменьшение тока. Для МОП-транзистора с каналом р-типа си­туация изменяется на обратную.

Существует два типа МОП-транзисторов: транзисторы, работающие в режиме обогащения, и транзисторы, работающие в режиме обедне­ния. Транзистор, работающий в режиме обогащения, находится в состоянии отсечки тока (нормально выключен), когда напряжение смеще­ния VGS = 0.

Рис. 26.8. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом п-типа, ра­ботающего в режиме обогащения, и условное обозначение этого транзистора.

Рис. 26.9. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом n-типа, ра­ботающего в режиме обеднения, и условное обозначение этого транзистора.

Протекание тока начинается только при подаче напряже­ния смещения на затвор. Выходные характеристики п-канального МОП-транзистора с каналом п-типа, работающего в режиме обогащения, и его условное обозначение показаны на рис. 26.8.

МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения, проводит ток, ко­гда напряжение смещения на затворе отсутствует (нормально включен). Для МОП-транзистора с каналом n-типа ток стока увеличивается при подаче на затвор положительного напряжения и уменьшается при подаче отрицательного напряжения (рис. 26.9).

Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа показано на рис. 26.10. Заметим, что прерывающаяся жирная линия указывает на МОП-транзистор, работающий в режиме обогащения (нормально выключен).

Рис. 26.10. Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа.

Рис. 26.11. Усилитель на МОП-транзисторе с каналом р-типа, рабо­тающий в режиме обеднения.

Сплошная линия используется для обозначения МОП-транзистора, работающего в режиме обеднения (нормально включен). Вывод подлож­ки обозначается буквой «Ь», обычно он соединяется с выводом истока. На рис. 26.11 схема типичного усилителя с общим истоком на МОП-транзисторе с каналом р-типа, работающего в режиме обеднения. Ис­пользуется источник питания с отрицательным напряжением. Положи­тельное напряжение смещения между затвором и истоком VGS создается обычным образом с помощью резистора R3 в цепи истока.

27

Другие твердотельные приборы

Стабилитрон

Стабилитрон — это диод с рп-переходом, который характеризуется точ­но определенной величиной напряжения пробоя. В отличие от обычного диода стабилитрон работает в области обратной вольтамперной характе­ристики (рис. 27.1). В прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный диод. При обратном смещении перехода ток через стабилитрон практически отсутствует, пока величина обратного напряжения остается меньше величины напряжения туннельного пробоя VZ, обычно называе­мого напряжением стабилизации. Как только обратное напряжение до­стигает величины напряжения туннельного пробоя, стабилитрон начина­ет проводить ток. В области пробоя падение напряжения на стабилитроне практически не изменяется при очень больших изменениях тока. Стаби­литрон является полупроводниковым эквивалентом хорошо известного газотрона. Стабилитроны применяются для параллельной стабилизации и в качестве источников опорного напряжения (см. гл. 29).

Рис. 27.1. Прямая и обратная вольтамперные характеристики стабилитрона.

Переключательный диод

Переключательный диод, или динистор, состоит из четырех чередующих из слоев полупроводниковых материалов, как показано на рис. 27.2. Когда такой диод смещен в прямом направлении, через него течет очень малый ток, пока не достигается область пробоя (рис. 27.3). При напря­жениях, меньших напряжения пробоя, динистор можно рассматривать, как ключ в положении ВЫКЛЮЧЕНО, а при напряжениях, больших на­пряжения пробоя, — как ключ в положении ВКЛЮЧЕНО.

Рис. 27.2. Переключательный диод,

Рис. 27.3. Вольтамперная характе­ристика переключательного диода.

Однооперационный триодный тиристор (SCR)

Управляемый выпрямитель, или однооперационный триодный тири­стор, — еще один прибор с четырехслойной рпрп-структурой. В отличие от переключательного диода тиристор имеет третий вывод, называемый управляющим электродом (рис. 27.4). Величину критического напряже­ния пробоя можно теперь варьировать, изменяя потенциал управляю­щего электрода. На рис. 27.5 показаны вольтамперные характеристи­ки тиристора для двух различных значений тока в цепи управляющего электрода. При нулевом токе (когда потенциал управляющего электрода равен нулю) напряжение включения тиристора равно V1. Если теперь на управляющий электрод подать положительный по отношению к ка­тоду потенциал, вызывающий протекание тока Ig1 в цепи управляющего электрода, то включение будет происходить при меньшем напряжении V2. После перевода тиристора в проводящее состояние потенциал управляю­щего электрода не оказывает уже никакого влияния на ток тиристора. Тиристор можно выключить только путем уменьшения потенциала анода ниже уровня потенциала катода.

Рис. 27.4. Однооперационный триодный тиристор: условное обозначение

и внешний вид прибора.

Рис. 27.5. Вольтамперные характеристики тиристора.

Триодные тиристоры находят широкое применение, поскольку они обладают высоким быстродействием и переключаются при подаче очень малого тока (т. е. очень малой мощности) в цепь управляющего электрода, коммутируя при этом токи порядка нескольких ампер.

Они очень часто используются для выпрямления тока и управления мощностью. Тиристор включается только во время положительного (или отрицательного) полупериодов синусоидального тока, вырабатывая пульсирующий ток одного направления. Управление мощностью осуществляется путем переключения тиристора в проводящее состояние на больший или меньший промежуток времени (см. гл. 29).

На рис. 27.6 показан тиристор, переключаемый последовательностью импульсов. Тиристор включается положительным фронтом каждого пульса и остается в проводящем состоянии, пока входное напряжение не упадет до нуля. Форма результирующего выходного напряжения повто­ряет часть положительного полупериода входного сигнала.

Рис. 27.6. Импульсное управление триодным тиристором (SCR).

На рис. 27.7 приведена схема переключения тиристора с помощью пе­ременного резистора R1, управляющего моментом переключения. Пере­ключение осуществляется самим входным сигналом. При установке ми­нимального значения сопротивления резистора R1 переключение проис­ходит в самом начале полупериода входного напряжения, как показано на рис. 27.7(а). По мере увеличения сопротивления переключение про­исходит все позже и позже, поскольку амплитуда сигнала, подаваемо­го на управляющий электрод, становится меньше. При максимальном сопротивлении резистора R1 тиристор переключается непосредственно перед моментом достижения входным напряжением пикового значения (рис. 27.7(б)). Заметим, что в рассматриваемой схеме тиристор можно переключить в проводящее состояние только в первой половине положительного полупериода, то есть до момента появления пикового напряжения на управляющем электроде. Если максимум пройден, переключение тиристора станет невозможным и выходное напряжение будет равно нулю.

Рис. 27.7. Тиристорный выпрямитель.

Для переключения тиристора во второй половине положительного по­лупериода, т. е. после прохождения положительного максимума, исполь­зуется фазосдвигающая цепь. В схеме на рис. 27.8 эту функцию выпол­няют конденсатор С и резистор R1. Напряжение, подаваемое на упра­вляющий электрод, имеет временную задержку (сдвигается по фазе от­носительно входного напряжения), как показано на рис. 27.8(б). Как уже говорилось, тиристор может переключиться только до момента прихода положительного максимума сигнала на управляющий электрод. Но в результате фазового сдвига к тому моменту времени, когда этот положи­тельный максимум попадет на управляющий электрод, положительный максимум входного напряжения будет уже пройден. Таким образом, с помощью фазосдвигающей цепи тиристор можно переключить в проводя­щее состояние и во второй половине положительного полупериода вход­ного напряжения (рис. 27.8(в)).