Тиристоры характеристики и параметры

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров
  • Максимально допустимый прямой ток. Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
  • Максимально допустимый обратный ток.
  • Прямое напряжение. Это падение напряжения при максимальном токе.
  • Обратное напряжение. Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
  • Напряжение включения. Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
  • Минимальный ток управляющего электрода. Он необходим для включения тиристора.
  • Максимально допустимый ток управления.
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.
Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

По способу управления разделяют на:
  • Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
  • Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.
Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:
  • Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
  • Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.
Запирание тиристора производится:
  • Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
  • Подачей напряжения запирания на электрод управления.
По обратной проводимости тиристоры делятся:
  • Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
  • Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
  • С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
  • Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

  • Полупроводниковый диод VD.
  • Переменный резистор R1.
  • Постоянный резистор R2.
  • Конденсатор С.
  • Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

Читайте также:  Фильтр smartscreen сейчас недоступен windows 10

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

В схемах и технической документации часто используются различные термины и знаки, но не все начинающие электрики знают их значение. Предлагаем обсудить, что такое силовые тиристоры для сварки, их принцип работы, характеристики и маркировка этих приборов.

Что такое тиристор и их виды

Многие видели тиристоры в гирлянде «Бегущий огонь», это самый простой пример описываемого устройства и как оно работает. Кремниевый выпрямитель или тиристор очень похож на транзистор. Это многослойное полупроводниковое устройство, основным материалом которого является кремний, чаще всего в пластиковом корпусе. Из-за того, что его принцип работы очень схож с ректификационным диодом (выпрямительные приборы переменного тока или динисторы), на схемах обозначение часто такое же — это считается аналог выпрямителя.

Фото — Cхема гирлянды бегущий огонь

Бывают:

  • ABB запираемые тиристоры (GTO),
  • стандартные SEMIKRON,
  • мощные лавинные типа ТЛ-171,
  • оптронные (скажем, ТО 142-12,5-600 или модуль МТОТО 80),
  • симметричные ТС-106-10,
  • низкочастотные МТТ,
  • симистор BTA 16-600B или ВТ для стиральных машин,
  • частотные ТБЧ,
  • зарубежные TPS 08,
  • TYN 208.

Но в это же время для высоковольтных аппаратов (печей, станков, прочей автоматики производства) используют транзисторы типа IGBT или IGCT.

Фото — Тиристор

Но, в отличие от диода, который является двухслойным (PN) трехслойного транзистора (PNP, NPN), тиристор состоит из четырех слоев (PNPN) и этот полупроводниковый прибор содержит три p-n перехода. В таком случае, диодные выпрямители становятся менее эффективными. Это хорошо демонстрирует схема управления тиристорами, а также любой справочник электриков (например, в библиотеке можно бесплатно почитать книгу автора Замятин).

Тиристор – это однонаправленный преобразователь переменного тока, то есть он проводит ток только в одном направлении, но в отличие от диода, устройство может быть сделано для работы в качестве коммутатора разомкнутой цепи или в виде ректификационного диода постоянного электротока. Другими словами, полупроводниковые тиристоры могут работать только в режиме коммутации и не могут быть использованы как приборы амплификации. Ключ на тиристоре не способен сам перейти в закрытое положение.

Кремниевый управляемый выпрямитель является одним из нескольких силовых полупроводниковых приборов вместе с симисторами, диодами переменного тока и однопереходными транзисторами, которые могут очень быстро переключаться из одного режима в другой. Такой тиристор называется быстродействующим. Конечно, большую роль здесь играет класс прибора.

Применение тиристора

Назначение тиристоров может быть самое различное, например, очень популярен самодельный сварочный инвертор на тиристорах, зарядное устройство для автомобиля (тиристор в блоке питания) и даже генератор. Из-за того, что сам по себе прибор может пропускать как низкочастотные, так и высокочастотные нагрузки, его также можно использовать для трансформатора для сварочных аппаратов (на их мосте используются именно такие детали). Для контроля работы детали в таком случае необходим регулятор напряжения на тиристоре.

Фото — применение Тиристора вместо ЛАТРа

Не стоит забывать и про тиристор зажигания для мотоциклов.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Фото — Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото — характеристика тиристора ВАХ

  1. Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
  2. В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
  3. Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
  4. В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
  5. Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
  6. После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

Фото — ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Проверка тиристора

Перед тем, как купить прибор, нужно знать, как проверить тиристор мультиметром. Подключить измерительный прибор можно только к так называемому тестеру. Схема, по которой можно собрать такое устройство, представлена ниже:

Фото — тестер тиристоров

Согласно описанию, к аноду необходимо подвести напряжение положительного характера, а к катоду – отрицательного. Очень важно использовать величину, которая соответствует разрешению тиристора. На чертеже показаны резисторы с номинальным напряжением от 9 до 12 вольт, это значит, что напряжение тестера немного больше, чем тиристора. После того, как Вы собрали прибор, можно начинать проверять выпрямитель. Нужно нажать на кнопку, которая подает импульсные сигналы для включения.

Проверка тиристора осуществляется очень просто, на управляющий электрод кнопкой кратковременно подается сигнал на открытие (положительный относительно катода). После этого если на тиристоре загорелись бегущие огни, то устройство считается нерабочим, но мощные приборы не всегда сразу реагируют после поступления нагрузки.

Фото — схема тестера для тиристоров

Помимо проверки прибора, также рекомендуется использовать специальные контроллеры или блок управления тиристорами и симисторами ОВЕН БУСТ или прочие марки, он работает примерно также, как и регулятор мощности на тиристоре. Главным отличием является более широкий спектр напряжений.

Видео: принцип работы тиристора

Технические характеристики

Рассмотрим технические параметры тиристора серии КУ 202е. В этой серии представляются отечественные маломощные устройства, основное применение которых ограничивается бытовыми приборами: его используют для работы электропечей, обогревателей и т.д.

На чертеже ниже представлена цоколевка и основные детали тиристора.

Читайте также:  Цикл for блок схема гост

Фото — ку 202

  1. Установленное обратное напряжение в открытом состоянии (макс) 100 В
  2. Напряжение в закрытом положении 100 В
  3. Импульс в открытом положении — 30 А
  4. Повторяющийся импульс в открытом положении 10 А
  5. Среднее напряжение =0,2 В
  6. Установленный ток в открытом положении Фото — тиристор ку202н

Цена тиристора зависит от его марки и характеристик. Мы рекомендуем покупать отечественные приборы – они более долговечны и отличаются доступной стоимостью. На стихийных рынках можно купить качественный мощный преобразователь до сотни рублей.

Тиристором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, содержащий три и более р-п перехода, вольт-амперная характеристика которого имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления. Тиристоры делятся на динисторы, тринисторы и симисторы.

Вольт-амперная характеристика динистора изображена на рис. 1.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика динистора

На характеристике можно видеть четыре участка ( обозначены цифрами 1-4). Участок 1 соответствует закрытому состоянию в прямом направлении динистора. На этом участке через динистора протекает небольшой ток Iзс – ток прибора в закрытом состоянии. В закрытом состоянии увеличение анодного напряжения мало влияет на ток анода, пока не будет достигнуто напряжение ( точка А характеристики), при котором в четырехслойной полупроводниковой структуре наступает лавинообразный процесс и динистор переключается в открытое состояние. Прямое напряжение, соответствующее точке А характеристики, называется напряжением включения Uвкл, а ток, протекающий при этом через прибор – током включения Iвкл.

В процессе переключения динистора в открытое состояние (участок 2) происходит быстрое уменьшение напряжения на аноде (участок отрицательного дифференциального сопротивления).

Участок 3 соответствует открытому состоянию динистора . В пределах этого участка все три р-п перехода полупроводниковой структуры включены в прямом направлении и относительно малое напряжение, приложенное к прибору, может создать большой ток в открытом состоянии Iа ос. Значение Iа ос практически определяется только напряжением источника питания и сопротивлением внешней цепи. Падение напряжения на открытом тиристоре – напряжение в открытом состоянии. Uос, как и у обычного диода, незначительно зависит от прямого тока. Кроме того, существует ограничение по максимальному току анода Iа макс, который определяется площадью р-п перехода и условиями охлаждения.

Тиристор сохраняет открытое состояние, пока прямой ток Iа будет больше некоторого минимального значения – удерживающего Iуд (точка б на характеристике). При снижении тока до значения Iа

В отличие от диодного тиристора, в триодном тиристоре (тринисторе) есть управляющий электрод. При возрастании управляющего тока напряжение включения уменьшается. Управляющее действие этого электрода проявляется лишь в момент включения тринистора. Закрыть прибор или изменить значение тока, протекающего через открытый прибор, изменяя ток управления, невозможно ( исключение составляет специальный тип приборов – запираемые тиристоры ). Семейство статических характеристик тринистора представлено на рис. 2.

Рис. 2. Семейство статических характеристик тринистора.

Зависимость Uвкл = f (Iупр) называется характеристикой управления тринистора (рис.3.).

Рис.3 Характеристика управления тринистора.

Ток управляющего электрода, при котором достигается Uвкл = 0 (т.е. на вольт-амперной отсутствует участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением) называется током спрямления. Т.е. при Iупр > Iспр тринистор ведет себя, как обычный диод.

Выключить открытый тринистор можно, как и динистор только сделав прямой ток меньше значения удерживающего тока.

Способ открывания тринисторов током управляющего электрода имеет существенные достоинства, так как позволяет коммутировать большие мощности в нагрузке маломощным управляющим сигналом.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА.

Упрощенная схема лабораторного макета представлена на рис.4.

Рис.4. Упрощенная схема лабораторного макета

R1 – регулировка Iупр;

R2 – регулировка Iа;

R3 – регулировка Uип;

Резистором R1 регулируется значение тока управляющего электродаIупр., резисторами R2 – ток анода Iа, R3 – напряжение источника анодной цепи. Переключатель SA1 замыкает R2 при снятии пусковой характеристики. Значения Iупр, Uа, Iа, Uип, измеряется соответствующими измерительными приборами, расположенными на передней панели макета. С помощью кнопки SA2 размыкается анодная цепь для выключения тиристора.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Снятие пусковой характеристики.

1. Переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ установить в положение 1.

2. Включить макет.

3. Резистор РЕГУЛИРОВКА Iупр установить в крайнее левое положение. При этом Iупр = 0.

4. Резистором РЕГУЛИРОВКА Uа плавно увеличивать анодное напряжение до включения тиристора. Переключатель ПРЕДЕЛЫ находится при этом в положении 200В или 400В. Максимальное значение Uа перед включением соответствует напряжению включения при Iупр = 0.

5. Уменьшить Uип до минимального значения.

6. Нажать кнопку ВЫКЛЮЧЕНИЕ ТИРИСТОРА. Анодная цепь при этом разомкнется и тиристор закроется.

7. Установить поочередно значения Iупр = 0,5 ¸ 5 мА с шагом 0,5 мА и выполнить п.п. 4,5,6.

8. Полученные значения Iупр и Uвкл занести в таблицу и построить по ним характеристику управления, т.е. зависимость Uвкл = f (Iупр ).

9. Определить остаточное напряжение на тиристоре. Для этого:

9.1. Включить тиристор.

9.2 Тумблер РЕЖИМ РАБОТЫ перевести в положение 2.

9.3. Плавно изменяя анодное напряжение (Uа) установить анодный ток Iа = 8 мА (по шкале измерительного прибора Iа ).

9.4. Перевести переключатель ПРЕДЕЛЫ Uа в положение 2 В и по шкале измерительного прибора АНОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ определить остаточное напряжение. После измерения вернуть переключатель ПРЕДЕЛЫ Uа в положение 200 или 400 В.

10. Определение удерживающего тока.

10.1 Установить Iупр = 0.

10.2 После выполнения п.9 плавно уменьшая анодное напряжение следить за величиной Iа. При достижении Iа = Iуд произойдет выключение тиристора. Определить значение Iуд.

4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА.

Отчет содержит : схему измерений, результаты исследований, пусковую характеристику и параметры тринистора: Iуд и Uос.

Ушаков В.Н. Основы радиоэлектроники и радиотехнические устройства.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА

ПО КУРСУ «ОБЩИЕ ОСНОВЫ КРИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Ознакомиться с основными параметрами транзистора и снять его статические входные и выходные, а также переходные характеристики.

Существует три схемы включения транзистора: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). В данной работе исследуется схема с общим эмиттером, широко применяемая в усилителях и других устройствах.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА.

2.1 Основными характеристиками транзистора в схеме с ОЭ являются входная, выходная и переходная характеристики.

2.2 Входной характеристикой называется зависимость тока базы Iб от напряжения эмиттер-база Uэб. Семейство входных характеристик Iб = ¦(Uэб) для различных значений Uэк показано на рис. 1.

Рис. 1 Входная статическая характеристика транзистора по схеме с ОЭ.

При увеличении Uэк входная характеристика транзистора смещается вправо, что связано с увеличением втягивания носителей заряда коллектором. Значение напряжения на переходе эмиттер-база зависит от материала транзистора.

2.3 Выходной характеристикой называется зависимость тока коллектора Iк от напряжения эмиттер-коллекторUэк. Семейство выходных характеристик Iк = f(Uэк) для различных значений Iб показано на рис. 2.

Рис. 2 Семейство выходных статических характеристик транзистора по схеме с ОЭ.

На выходной характеристике выделим области с Uэк 0. В транзисторе с п-каналом основными носителями являются электроны, поэтому полярность напряжения обратная.

Рассмотрим работу транзистора в различных режимах.

а) пусть Uси = 0. При подаче запирающего напряжения на р-п переход между затвором и каналом на границах канала возникает равномерный слой, обеднённый носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

б) пусть Uзи = 0. Напряжение сток – исток распределяется вдоль канала.При этом разность потенциалов между затвором и каналом увеличивается в направлении от истока к стоку, появляется неравномерный обеднённый слой и наименьшее сечение канала располагается вблизи стока. Ток стока выходит на насыщение Iсо.

Читайте также:  Электродвигатель не набирает обороты причины

В) при одновременной подаче напяжений Uси 0 толщина обеднённого слоя, а следовательно и сечение канала будут определяться действием этих двух напряжений. При этом минимальное сечение канала определяется их суммой. Когда суммарное напряжение достигает напряжения запирания.

Обедненные области смыкаются и сопротивление канала резко возрастает. Ток стока при этом снижается практически до нуля.

Рис. 3 Выходные характеристики полевого транзистора с р-п переходом и р-каналом.

На рис. 3 приведены выходные (стоковые) характеристики полевого транзистора: зависимость тока стока от напряжения сток-исток при постоянных напряжениях затвор-исток.

На начальном участке характеристики ½Uси½ до величины, когда Uси = Uзап –Uзи происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Увеличение напряжения Uзи смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений ½Ucи½ и Iс. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. По выходным характеристикам строят передаточную характеристику – зависимость тока стока Iс от напряжения затвор – исток Uзи. (рис.4).

Рис. 4 Передаточная характеристика полевого транзистора с р-п переходом и р каналом

На участке насыщения передаточная характеристика практически не зависит от напряжения Ucи. Входная характеристика полевого транзистора – зависимость тока утечки затвора Iз от напряжения затвор-исток обычно не используется, так как при Uзи >0 р-п переход между затвором и каналом закрыт и ток затвора очень мал (Iз=1-10 мА), поэтому в большинстве случаев его можно не принимать во внимание.

2.3 Полевой транзистор с затвором Шотки.

В этих ПТ управление сопротивлением канала осуществляется изменением под действием напряжения затвора толщины выпрямляющего перехода, образованного на границе между металлом и полупроводником. По сравнению с р-п переходом выпрямляющий переход металлополупроводник позволяет существенно уменьшить длину канала до 0,5 – 1 мкм. При этом значительно уменьшаются и размеры всей структуры ПТ, вследствие чего ПТ с барьером Шоттки способны работать на более высоких частотах до 50 – 80ГГц

2.4. Полевые транзисторы с изолированным затвором.

Эти ПТ имеют структуру металл – диэлектрик – полупроводник и называются кратко МДП – транзисторами. Если в качестве диэлектрика используется оксид кремния, то их называют также МОП – транзисторами.

Существует две разновидности МДП – транзисторов – с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

В МДП – транзисторах с индуцированным каналом р-типа (рис.5) области стока и истока р-типа образуют с п-областью подложки два встречно включенных р-п перехода и при подключении к ним источника любой полярности ток в цепи будет отсутствовать

Рис. 5 Структура МДП транзистора с индуцированным каналом р-типа

Если же на затвор относительно истока и подложки подать отрицательное напряжение, то при достаточном значении этого напряжения в приповерхностном слое полупроводника, расположенном под затвором, произойдет инверсия типа электропроводности и р-области стока и истока окажутся соединенными каналом р-типа. Такое напряжение затвора называют пороговым (Uзи пор). С увеличением отрицательного напряжения затвора увеличивается глубина проникновения инверсного слоя в полупроводник, что соответствует увеличению толщины канала и уменьшению его сопротивления.

Передаточные и выходные характеристики ПТ с индуцированным каналом р- типа представлены на рис..6.

Рис. 6 Передаточная (а) и выходная (б) характеристикиМДП-транзистора с индуцированным каналом р-типа

Падение напряжения на сопротивлении канала уменьшает напряжение между затвором и каналом и толщину канала. Наибольшее сужение канала будет у стока, где напряжение Uсо оказывается наименьшим (Uсз=Uси – Uзи).

В МДП транзисторах со встроенным каналом между областями стока и истока уже в стадии изготовления создается тонкий приповерхностный слой (канал) с таким же типом электропроводности, какую имеет сток и исток. Поэтому в таких транзисторах начальный ток стока Iсо протекает и при Uзи=0. Напряжение на затворе положительной полярности выталкивает носителя заряда из канала, сужает канал и уменьшает ток стока (режим обеднения), а отрицательной полярности притягивает носители заряда в канал, расширяет его и увеличивает ток стока (режим обогащения).

Передаточная и выходные характеристики такого транзистора представлены на рис. 7

Рис.7. Передаточная (а) и выходная б) характеристики МДП – транзистора со встроенным р-каналом.

2.5 Параметры полевых транзисторов

1. Начальный ток стока Iсо – ток стока при Uзи=0

2. Напряжение запирания Uзи зап – напряжение затвора, при котором канал полностью перекрывается, а ток стока уменьшается до долей микроампера.

3. Крутизна передаточной характеристики – характеризует усилительные свойства транзистора

4. Дифференциальное выходное сопротивление – сопротивление канала ПТ переменному току

5. Статический коэффициент усиления

6. Пороговое напряжение Uпор (для МДП ПТ с индуцированным каналом) – напряжение, при достижении которого появляется ток стока.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

В работе использован лабораторный макет, в котором расположены источники питания, органы регулировки и контроля параметров . Исследуются два транзистора :

1.МДП с индуцированным р-каналом – один из транзисторов сборки К547КП1Б.

2. ПТ с р-п переходом и р-каналом – КП103М.

На передней панели макета расположены:

1. Переключатель ТИП ТРАНЗИСТОРА – 1 или 2.

2. Резистор РЕГУЛИРОВКА Uзи – для регулировки напряжения на затворе.

3. Резистор РЕГУЛИРОВКА Uси – для регулировки напряжения на стоке .

4. Тумблер и индикатор СЕТЬ –включение макета.

5. Измерительные приборы для измерения Uзи,Uси и 1с. Полярность напряжения на затворе изменяется при переключении типа транзистора.

Схема макета представлена на рис.8.

R1 – РЕГУЛИРОВКА Uзи;

R2 – РЕГУЛИРОВКА Uси;

SA1- ТИП ТРАНЗИСТОРА (показан в положении № 2);

U1 – вольтметр Uзи;

U2 – вольтметр Uси;

mA – миллиамперметр Iс;

UT2 – К547КП1Б (один транзистор).

Рис.8. Схема макета.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Включить макет.

2. Установить тип транзистора № 1 (МДП).

Снять передаточные характеристики ( Iс = f (Uзи)) при Uси = 4 В и Uси = 10 В.

3. Определить значение Uзи пор.

4. Снять выходные характеристики (I с = f (Uси)) при Uзи = 5В, Uзи = 6В и Uзи = 7В.

5. Установить тип транзистора № 2 ( р-п затвор).

6. Снять передаточные характеристики при Uси = 4В и 10В.

7. Определить значение Uзап.

8. Снять выходные характеристики при изменении Uзи = 0 до Uзи =3В с шагом 1В.

9. По полученным данным построить передаточные и выходные характеристики для двух типов ПТ и определить параметры : Iс о, S , Rдиф, m, Uзи зап ,Uзи пор. Режимы для расчетов выбрать по согласованию с преподавателем.

10. Выключить макет и сдать рабочее место.

5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет оформляется один на бригаду и содержит: цель работы, схему измерений, результаты измерений, выводы по работе.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.И.Галкин. Промышленная электроника . учебное пособие.Мн. Высш. школа, 1989.

2. В.Г.Герасимов и др. Основы промышленной электроники. Учебное издание. М. Высш.школа 1986.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И ФИЛЬТРОВ

ПО КУРСУ «ОБЩИЕ ОСНОВЫ КРИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9634 – | 7524 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector