Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 29

(1 — область отрицательного сопротивления)

Это полевой МОП транзистор с каналом типа n (или р) с двумя затворами, управляющими током стока (рис. 5.5). При таком решении в схеме с общим источником достигается хорошая развязка входных и выходных цепей, что позволяет транзистору работать в качестве усилителя высокой частоты до частот около 1000 МГц. При этом трудности, связанные с обратным проникновением сигналов, не возникают. Полевые транзисторы с двумя затворами часто применяют в смесителях в диапазоне высоких частот.

Рис. 5.5. Структура полевого транзистора с двумя затворами с каналом n-типа (а) и его условное графическое обозначение (б):

1 — изолирующий слой; 2 — подложка р-типа; 3 — исток n; 4 — островок; 5 — сток n

Это планарный транзистор, в котором между базой и коллектором располагается i-слой собственного полупроводника. При этом уменьшается область, обедненная носителями (вблизи перехода коллектор — база) при обратном смещении коллектора, сокращается время пролета носителей на участке база — коллектор и тем самым достигается увеличение максимальной частоты транзистора. Графическое изображение транзисторов с неоднородной базой представлено на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Условное графическое обозначение транзистора с неоднородной базой типа p-n-i-p (а) и р-n-i-n (б)

Это трехслойный полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами и тремя или двумя выводами, в котором выходной ток изменяется с помощью внешнего облучения (освещения) и электрического сигнала, подводимого к транзистору. Освещение влияет на сопротивление области эмиттер — база. Фототранзистор обладает большей чувствительностью, чем фотодиод, и находит применение в измерительных схемах и автоматике. Существуют также полевые фототранзисторы, работающие с очень малыми входными токами и малыми шумами.

Это полупроводниковый р-n-р-n прибор с тремя переходами и двумя выводами, имеющий два устойчивых рабочих состояния. В одном состоянии ток, протекающий через прибор, мал, в другом — велик. Диодный тиристор можно рассматривать как последовательное и встречное включение трех диодов (рис. 5.7) или как соединение двух транзисторов типов р-n-р и n-р-n. Тиристор смещен в проводящем направлении, если на его аноде положительное напряжение; при этом диоды Д1 и Д2 открыты. Для диодного тиристора встречается также название диод Шокли или динистор.

Рис. 5.7. Структура (а), эквивалентная схема (б) и условное графическое обозначение диодного тиристора (в)

Типичный вид вольт-амперной характеристики диодного тиристора, т. е. зависимость протекающего через тиристор тока от подводимого напряжения, представлен на рис. 5.8. При подведении к аноду отрицательного напряжения (при смещении тиристора в непроводящем направлении) через тиристор течет очень малый обратный ток (так называемое состояние запирания тиристора), дифференциальное сопротивление в этой области очень велико (несколько десятков мегом). При превышении обратного напряжения пробоя Uобр наступает резкое увеличение этого тока. При подаче на анод тиристора положительного напряжения, т. е. при его смещении в проводящем направлении, возможны два состояния: выключенное (запертое) и включенное (отпертое) состояние, в котором дифференциальное сопротивление тиристора очень мало (несколько ом).

Для перехода из выключенного во включенное состояние требуется превышение напряжения включения Uвкл. Процесс перехода длится определенное время, связанное с движением носителей зарядов через переходы. Для возврата в выключенное состояние требуется отключение или соответствующее уменьшение внешнего напряжения.

Рис. 5.8. Типичный вид вольт-амперной характеристики диодного тиристора:

1 — ток выключения; 2 — включенное (открытое) состояние; 3 — запертое состояние (отсутствие проводимости); 4 — лавинный пробой; 5 — напряжение включения; 6 — выключенное (закрытое) состояние

Это тиристор со структурой, соответствующей двунаправленному четырехслойному диоду. Из характеристики такого тиристора (рис. 5.9) видно, что его свойства одинаковы при смещении в проводящем и запирающем направлениях. Симметричный диодный тиристор, или двунаправленный тиристор, называется также двунаправленным диодным выключателем или динистором.

Рис. 5.9. Характеристика симметричного диодного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)

Это полупроводниковый прибор, представляющий собой четырсхслойную структуру, имеющую дополнительный третий вывод, называемый управляющим электродом, соединенный с внутренней областью р-типа (рис. 5.10). Управляющий электрод дает возможность включать тиристор при анодном напряжении, меньшем напряжения включения. Триодный тиристор называется также кремниевым управляемым выпрямителем или просто тиристором.

Рис. 5.10. Структура триодного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)

Семейство статических характеристик триодного тиристора представлено на рис. 5.11. Вид характеристик зависит от тока управляющего электрода. При положительном смещении анода и отсутствии сигнала управления (Iупр = 0) вид характеристик такой же, как и у диодного тиристора, при подаче на управляющий электрод положительного напряжения переход тиристора во включенное состояние происходит при значениях анодных напряжений, меньших напряжений включения, соответствующего нулевому управляющему току (Iупр = 0). Чем больше ток управления Iупр, тем меньше соответствующее ему напряжение включения.

Рис. 5.11. Статические характеристики триодного тиристора в диапазоне положительных анодных напряжений

После перехода тиристора со включенное состояние цепь управляющего электрода перестает влиять на анодный ток и «погасить» тиристор (вывести его из включенного состояния) с помощью управляющего электрода невозможно. Тиристор, который удается включить током управляющего электрода, называется незапираемым тиристором. Его выключение возможно путем прерывания протекания анодного тока. Это осуществляется при помощи отключения анодного напряжения, при замыкании цепи анод-катод или при переходе через нуль в случае питания анода синусоидальным напряжением.

Тиристоры могут работать в большом диапазоне напряжений, токов и температур, особенно при дополнительном водяном или воздушном охлаждении. Современные тиристоры работают при напряжениях до нескольких тысяч вольт и токах со средним значением до нескольких сотен ампер. Дифференциальное сопротивление тиристоров во включенном состоянии очень мало и разно 0,01—0,1 Ом. В выключенном состоянии сопротивление тиристоров обычно больше 100 кОм. Время включения в зависимости от конструкции тиристора от 0,1 до нескольких микросекунд, а время выключения значительно больше (5—30 мкс).

Это тиристор, структура и вольт-амперная характеристика которого такие же, как у триодного тиристора, с той лишь разницей, что с помощью управляющего электрода можно его как включить, так и выключить. Графическое изображение такого тиристора, называемого иногда запираемым (англ. GTO — gate turn-off switch), представлено на рис. 5.12. Следствием возможности выключения является значительное увеличение тока управляющего электрода, требуемого для включения, по сравнению с незапираемым тиристором (до 20 мА вместо 30 мкА). Запираемые тиристоры выпускаются в настоящее время для работы при токах до нескольких ампер и мощности потерь до 20 Вт.