Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Устройство полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ). В полевых транзисторах с изолированным затвором электрод затвора изолирован от полупроводникового канала с помощью слоя диэлектрика из двуокиси кремния SiO2. Электроды стока и истока располагаются по обе стороны затвора и имеют контакт с полупроводниковым каналом. Ток утечки затвора пренебрежительно мал даже при повышенных температурах. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями зарядов или обогащен ими. При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость, поэтому канал наз индуцированным. Если канал обогащен носителями, то он наз встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов. Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то он наз n-каналом. Каналы с дырочной проводимостью наз p-каналами. В результате полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть четырех типов: с каналом n- или p-типов, каждый из которых может иметь индуцированный (рис 2 а) или встроенный канал(рис 2 б).

29 Характеристики и параметры униполярных транзисторов.

К основным параметрам полевых транзисторов причисляют: входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, так же называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и некоторые другие.

Полевой транзистор характеризуется следующими предельными параметрами: U _{ис макс}, U _{зс макс,} P_макс.

Основные параметры:

1) Напряжение отсечки.

2) Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изме-

нится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В.

3) Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора.

4) Входное сопротивление

Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n перехода и будет очень мал. Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 10^9 Ом

К основным характеристикам относятся:

· Стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на за-

творе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

· Стоковая характеристика – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на

затворе. Ic = f (Uси) при Uзи = Const

 

30 Тиристоры. Принцип работы тиристоров. Тири́стор —полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор,) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

31 Классификация тиристоров. Графическое обозначение.

Классификация тиристоров происходит по следующим признакам: по количеству их выводов, по способу выключения и управления, по виду вольтамперной характеристике и по ряду другим признакам.
В зависимости от количества выводов подразделяют:

Тиристоры диодные или динисторы, которые имеют только два вывода (анод и катод).

Тиристоры триодные имеют три вывода (анод, катод и управляющий электрод). К ним относятся: тиристоры, запираемые тиристоры, тиристор-диод и симистор.

Тиристоры четырехэлектродные или тетродные имеют четыре вывода (пару входных и пару выходных электродов). К ним относят тиристорную оптопару.

По виду ВАХ подразделяют на:

тиристоры, которые не проводят в обратном направлении (динисторы, тиристоры и запираемые тиристоры);

тиристоры, которые проводят в обратном направлении (тиристор-диод);

симметричные тиристоры, которые переключаются в открытое состояние в любых направлениях (симисторы или триаки).

По виду выключения тиристоры классифицируют на незапираемые (выключение возможно только по выходной анодной цепи) и запираемые (выключение обеспечивается по входной управляющей цепи).
В зависимости от того, каким сигналом осуществляется управление тиристором, они подразделяют на тиристоры, которые управляются внешним электрическим сигналом; фототиристоры, управляемые внешним оптическим сигналом; оптотиристоры – управляются внутренним оптическим сигналом, генерируемым излучателем. На рисунке: а) динистор, б) тиристор, в) запираемый тиристор, г) симистор, д)тиристорный диод, е) фототиристор, ж) оптотиристор

32. Условные обозначения и маркировка тиристоров.

Для обозначения отечественных тиристоров приняты следующие буквы русского алфавита:

Т – тиристор (общее обозначение) и как тиристор, не проводящий в обратном направлении;

ТП – тиристор, который проводит в обратном направлении;

ТД – тиристор –диод, который проводит в обратном направлении и его обратные параметры нормируются;ТЛ – лавинный тиристор, работа которого допускается при лавинном пробое в обратном направлении;

ТС – симметричный тиристор (симистор);ТФ – фототиристор;

ТО – оптотиристор или тиристорная оптопара. По своим динамическим свойствам тиристоры также подразделяют на подклассы:

Ч – быстровыключающиеся, при которых нормируется время выключения;

И – быстровключающиеся, при которых нормируется время включения;

Б – быстродействующие тиристоры, в которых нормируется время включения и время выключения.

Условное обозначение тиристора состоит из буквы и цифры (рис. 2), которые обозначают его вид, класс по напряжению, группу по динамическим параметрам, куда входят скорость нарастания прямого напряжения, время включения и время выключения прибора.

Как пример ТБ-143-320 – это быстродействующий тиристор, обозначение которого расшифровывается следующим образом: не проводит в обратном направлении, рассчитанный на максимально допустимый ток 320 А; цифра 1 указывает на первую модификацию прибора.

33Основные параметры тиристоров.

К некоторым важнейшим параметрам тиристоров относят следующее:

Амплитуда повторяющегося импульсного напряжения, которое прикладывают к закрытому тиристору, B.

Длительность включения, т.е. такой отрезок времени, за который тиристор переходит в открытое состояние под действием импульса тока, протекающего по управляющему электроду, мс.

Критическая скорость нарастания напряжения на закрытом тиристоре, т.е. значение такой максимальной скорости нарастания напряжения, которое не приведёт к отпиранию тиристора, dU / dt.

Напряжение включения, т.е. такое напряжение, приложенное к динистору, при котором он переходит в открытое состояние, В.

Напряжение переключения, т.е. приложенное к тиристору напряжение во время переключения, В.

Неповторяющийся ударный ток тиристора в открытом состоянии, т.е. предельно допустимый ток через открытый тиристор, который не вызовет выход компонента из строя при кратковременном воздействии, по завершении которого сила тока станет много меньше, А.

Постоянный обратный ток, протекающий по выводам анод-катод тиристора в закрытом состоянии, мА.

Предельно допустимая амплитуда импульсов тока, протекающего через выводы анод-катод открытого тиристора, А.

Предельно допустимый постоянный ток через выводы анод-катод открытого тиристора, А.

Ток запирания, т.е. такой ток, протекающий по управляющему электроду, который инициирует переход тиристора из открытого состояния в закрытое состояние, А.

Ток удержания, т.е. минимальный ток такой силы, под действием которого тиристор не переходит в закрытое состояние, А.

 

34Тиристорные оптроны.

В тиристорных оптопарах в качестве приемного элемента используется кремниевый фото­тиристор. Семейство ВАХ фототиристорного оптрона приведено на рис. 7.13.

Фототиристор так же, как обычный тиристор имеет четырехслойную структуру р-п-р-п. Конструктивно оптопара выполнена так, что основная часть излучения входного диода на­правлена на высокоомную базовую область п фоторезистора. К крайним областям — аноду р и катоду п прикладывается внешнее выходное напряжение «плюсом» к аноду. При облу­чении в «-базе генерируются пары носителей заряда — электронов и дырок. Электрическим полем центрального (коллекторного) перехода между п - и р-областями носители заряда раз­деляются. При этом электроны остаются в я-базе, а дырки попадают в р-базу. Происходит инжекция неосновных носителей заряда из крайних переходов структуры, называемых эмиттерными. Лавинообразное нарастание тока через структуру приводит к «отмиранию»

Фототиристор так же, как и фототранзистор обладает большим внутренним усилением фототока. В отличие от фототранзистора, включенное состояние фототиристора сохраняет­ся и при прекращении излучения входного диода. Таким образом, управляющий сигнал на тиристорную оптопару может подаваться только в течение небольшого времени, необходи­мого для отпирания тиристора. Этим достигается существенное уменьшение энергии, тре­буемой для управления тиристорной оптопарой. Тиристора. Все три перехода оказываются смещенными в прямом направлении, и падение напряжения на фототиристоре в отпертом состоянии получается малым.

Чтобы запереть тиристор, с него следует снять внешнее напряжение. Если тиристор включается в цепь переменного или пульсирующего напряжения, то выключение тиристора происходит при уменьшении напряжения и тока через тиристор до значения, при котором не может поддерживаться включенное состояние прибора.

При отсутствии входного сигнала, что соответствует необлученному состоянию базо­вой «-области, через фототиристор протекает малый темновой ток утечки. Темновой ток сильно зависит от температуры. При повышении температуры на 10°С ток примерно уд­ваивается.

Тиристорные оптопары используются в качестве ключей для коммутации больших токов и высоковольтных цепей как радиоэлектронного ([/=50...600 В, / = 0,1...10,0 А), так и электрохимического ((/= 100... 1300 В, /= 6...320 А) назначения.

Времена переключения тиристорных оптопар находятся в интервале от десятков микро­секунд до десятков миллисекунд.

Важным достоинством этих приборов является то, что, управляя значительными мощностями в нагрузке, они потребляют малую мощность цепями управления и поэтому совместимы по входу с интегральными микросхемами.