Электротехника и электроника. Ч II. Электрические и электронные аппараты и устройства (стр. 4 )

Этот электронный ток (см.(1.8)) равен:

In= InKБО + α2IЭ (1.10),

где InKБО – обратный электронный ток коллекторного перехода 2, α2 – коэффициент передачи тока эмиттера второго транзистора.

Эмиттерные токи IЭ обоих транзисторов равны внешнему току цепи. Суммируя оба тока (1.9) и (1.10), получаем

(1.11),

где IKБО = IpKБО + InKБО – суммарный обратный ток коллекторного перехода 2, a = a1 + a2 – суммарный коэффициент передачи тока.

Как видно из формулы (1.11) при a®1 IЭ®¥. Это есть условие положительной обратной связи переключения динистора, при котором инжекция электронов в область n1 вызывает встречную инжекцию дырок из области p1 в область n1, и наоборот, так что ток в эквивалентных транзисторах лавинообразно возрастает.

Рассмотренные процессы определяют ВАХ динистора (рис.1.18), на прямой ветви которой можно выделить две устойчивые зоны: область III с малыми значениями тока при больших значениях напряжения и область отпирания I с большими токами при малых напряжениях. Точки B и A соответствуют выполнению условию a = 1 и называются точками включения и удержания динистора соответственно. Между этими точками находится зона II, где динистор обладает ОДС.

Рис.1.18. ВАХ динистора. Пунктиром показан участок с ОДС.

Обратная ветвь ВАХ динистора аналогична ВАХ диода.

Если управление током динистора возможно только за счет изменения напряжения внешнего источника, управление (сквозным) током тринистора можно осуществлять током одной из базовых областей (рис.1.16 б и c). Для этого на управляющий электрод необходимо подать напряжение такой полярности, которая обеспечит отпирание соответствующего эмиттерного перехода. Как видно из рисунка 1.19, с возрастанием Iупр уменьшается напряжение включения тринистора, так что при достаточно большом значении Iупр вид прямой ветви ВАХ будет аналогичен прямой ветви ВАХ диода.

Рис. 1.19. ВАХ тринистора.

Отметим, что в отличие классических планарных четырехслойных тиристоров существуют их различные модификации в зависимости от количества и формы p-n-контактов. Например, тиристоры, называемые симметричными, могут переключаться, как в прямом, так и обратном направлении.

1.2.4.Полевые транзисторы.

Принцип работы полевого транзистора основан на модуляции сопротивления проводящего канала под воздействием электрического поля.

Рис.1.20. Обозначения полевого транзистора с изолированным затвором: (A) c индуцированным каналом p-типа, (B) c индуцированным каналом n-типа.

Существуют два основных класса полевых транзисторов: c управляющим p-n переходом и с изолированным затвором, из которых мы кратко остановимся на последнем.

В основном кристалле проводимости р или n типа подключены электроды истока и стока. Сверху находится слой диэлектрика, на который напыляется электрод затвора.

Если вместо диэлектрика нанесена окись металла, то такой тип элемента будет называться МОП-транзистором.

Рассмотрим принцип работы полевого транзистора с n-каналом (подложка p-типа). На подложке р – типа сформированы две области n-типа - сток и исток, а затвор отделен от подложки тонким слоем диэлектрика. Если напряжение на затворе отсутствует, то электрическая цепь сток-исток через p-область подложки содержит обратно включенный р–n переход при любой полярности напряжения стоком и истоком, и ток через транзистор пренебрежимо мал. Если к затвору транзистора приложить достаточно большое положительное напряжение, то в р–области на границе с диэлектриком образуется (индуцируется) инверсный токопроводящий канал n–типа, соединяющий области стока и истока. По этому каналу может протекать ток сток - исток с малым сопротивлением транзистора. На практике обычно исток и подложку заземляют, а на сток падают положительное напряжение (n-канал). Такой тип транзистора называется полевым транзистором с индуцированным каналом. Его ВАХ (рис.1.21) сходна с ВАХ биполярного транзистора (рис. 1.24), где можно отметить аналогичные участки режимов насыщения (I) и усиления (II) разделяемые напряжением отсечки Uотс, которое определяет формирования проводящего канала между истоком и стоком. Участок III соответствует режиму пробоя транзистора.

Рис. 1.21. ВАХ полевого транзистора с индуцированным n-каналом. Напряжение на затворе uзи1> uзи2 >uзи3.

Существуют полевые транзисторы (с изолированным затвором) с встроенным каналом. Канал образуется при изготовлении в виде тонкого приповерхностного слоя с n – проводимостью между стоком и истоком. Благодаря встроенному каналу ток стока не равен нулю даже при нулевом напряжении на затворе, и только достаточно большое отрицательное напряжении разрушит его, то есть разомкнет цепь исток-сток за счет оттягивания электронов вглубь подложки. ВАХ такого элемента аналогична ВАХ лампового триода (рис.1.3), где роль сетки играет затвор, а роль анода - сток. В обозначении полевого транзистора с встроенным каналом (n или p-типа) пунктирная вертикальная линия между стоком и истоком (рис. 1.20) заменяется сплошной.

1.2.5. Полупроводниковые приборы как элементы интегральных микросхем.

Интегральную микросхему (ИС), содержащую десятки, сотни и даже тысячи полупроводниковых элементов, можно получить либо в пластине твердого тела, либо на ее поверхности. Первый вариант составляют полупроводниковые ИС, представляющие собой слои резисторов, транзисторов, диодов и конденсаторов, выполняющие заданные функции.

Во втором случае все элементы (кроме активных) наносят на диэлектрическую пластину (подложку) в виде поликристаллических или аморфных слоев. Полученную ИС помещают в корпус с внешними выводами, а активные элементы (диоды, транзисторы) навешивают на пленочную схему, в результате чего получают гибридную (пленочно-дискретную) схему. Особенностью гибридной ИС является высокие номиналы резисторов и конденсаторов, их повышенная точность и функциональная сложность, недостижимые в полупроводниковой ИС. Однако наиболее распространены на практике и перспективны полупроводниковые ИС из-за их малых размеров и незначительной стоимости.

Отметим, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какие-либо физические явления, эквивалентные электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивностей или применяют навесные индуктивные элементы.

Различают два класса полупроводниковых ИС: биполярные и МДП. Основной элемент первого класса ИС – n-p-n транзистор, а второго – МДП-транзистор. Все остальные элементы ИС изготовляются на базе основного.

Функциональная сложность ИС характеризуется степенью интеграции K=lgN, где N – число элементов ИС. Различают простые ИС (K<1, N<10), средние ИС (1<K<2), большие ИС (2<K<3) и сверхбольшие (СБИС) (K>3, N>1000).

Наряду с достоинствами ИС (низкая стоимость, малые размеры и т. д.) существуют и недостатки: диапазон номиналов значений параметров элементов ограничен, сложно сделать элементы с малыми допусками на некоторые электрические параметры, хуже частотные характеристики ИС из-за паразитных связей.

2.Трансформаторы.

Трансформатором называется электромагнитный аппарат, служащий для изменения значения переменного напряжения (тока) без изменения его формы. Чаще всего трансформаторы используют в синусоидальных силовых и радиотехнических цепях.

Трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода, и двух или более обмоток (рис.2.1)

Рис.2.1.

Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопровод собирают из листов электротехнической стали (узкая петля гистерезиса, большое удельное электросопровтивление) толщиной до 0,5 мм. Листы изолируют друг от друга лаком, тонкой бумагой или слоем окалины, получаемой за счет специальной металлургической обработки.

Обмотки трансформаторов выполняют в виде катушек из изолированных медных или алюминиевых проводов. Для лучшей магнитной связи их часто располагают концентрически одна под другой. Трансформаторы бывают масляные (обычно мощные) и сухие. Могут быть однофазные и трехфазные трансформаторы.

Рис.2.2. Обозначение трансформаторов.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф, который в свою очередь во вторичной обмотке создает ЭДС индукции , где n2 – число витков вторичной обмотки. Это же магнитный поток в первичной обмотке создает противо ЭДС , где n1 – число витков вторичной обмотки.

При отсутствии потерь в трансформаторе эти ЭДС равны напряжениям и , поэтому напряжение на первичной и вторичной стороне трансформатора примерно пропорциональны числу витков.

2.1. Потери в трансформаторе.

Активными потерями в трансформаторе являются потери на сопротивлениях обмоток, потери в железе на гистерезис и вихревые токи. Индуктивные потери создаются магнитными потоками рассеяния, не пересекающими витки обмоток (Фs1 , Фs2).