Симетричні тиристори (симістори).

 

Симістор – це прилад, який має 4 p-n-переходи, і якщо переходи виконані з великою точністю, то вольт-амперні характеристики симістора будуть відповідати характеристикам двох різних тиристорів, ввімкнених паралельно так, щоб один був зашунтований іншим.

 

Рисунок 66 Структура симетричного тиристора

 

Рисунок 67 Вольт-амперна характеристика симетричного тиристора

 

У симістора два переходи (І і ІV) зашунтовані протилежними напівпровідниками. Якщо “+” прикладений до катоду першого переходу, а “–” до четвертого, то перший p-n-перехід буде ввімкнений в зворотному напрямі його опір буде зашунтований напівпровідником з провідністю р, який буде виконувати функцію емітера для тиристора типу p-n-p-n. Другий перехід буде ввімкнений в прямому напрямі, і дірки із р- напівпровідника будуть нагнітатися в n- базу, створюючи збитковий заряд. При деякій напрузі, як і в звичайному тиристорі, відбудеться переключення симістора із закритого стану в відкритий.

При зміні полярності напруги четвертий перехід буде ввімкнений в зворотному напрямі, і буде зашунтований напівпровідником р₂, який виконує функцію емітера другого тиристора. Відповідно струм буде проходити в протилежному напрямі і буде працювати тиристор n-p-n-р.

Якщо напівпровідники і переходи абсолютно ідентичні, то переключення симістора буде відбуватися при двох однакових напругах, але протилежних по знаку. Симістор можна виготовити керованим, для цього необхідно виводити для керування електроди від баз.

 

Позначення тиристорів та їх параметри

Для позначення тиристорів на принципових схемах застосовуються наступні символи

1. Диністор (не керований тиристор)

2. Тиристор з керуванням по катоду

3. Тиристор з керуванням по аноду

4. Симетричний тиристор

Основними параметрами тиристорів являються

Напруга включення– це пряма анодна напруга, при якій тиристор переходить із закритого стану в відкритий при розірваному колі керуючого електроду: 10В – 2500В.

Відкриваючий струм управління – це найменший струм в полі керуючого електроду, який забезпечує переключення тиристора з закритого стану в відкритий при заданій напрузі на аноді.

Струм включення – це значення струму аноду, більше якого тиристор переходить в із закритого стану в відкритий при розірваному колі керуючого електроду.

Час переключення – це час, протягом якого при переключенні струм збільшується від 0,1 до 0,9 сталої величини, або напруга на аноді зменшується від 0,9 до 0,1 від початкової.

Час затримки – це час, коли струм збільшується від 0 до 0,1 сталої величини, або напруга зменшується від максимальної до 0,9 встановленого значення.

Максимально припустима швидкість наростання прямої напруги – це швидкість зміни анодної напруги, при якій ще не відбувається переключення тиристора при розірваному колі керуючого електроду.

Пряме падіння напруги на тиристорі – це падіння напруги при максимально припустимому струмі через тиристор: ≈ 2В.

Час виключення – це час, який визначає перехід тиристора із включеного стану в виключений, коли тиристор відновлює свої властивості. В основному цей час визначається часом розсмоктування не рівноважних носіїв в базах.

Струм виключення тиристора – це значення прямого струму через тиристор при розірваному колі керуючого електроду, менше якого тиристор переходить із відкритого стану в закритий.

Максимальна потужність, що розсіюється тиристором – потужність, яку випромінює тиристор при заданій температурі (max 140^о).

 

Тиристор, як і діод, має декілька позначень

 

Буква або цифра матеріал із якого виготовлений прилад: К 2

Призначення:

Н – не керовані,

У – керовані.

Три цифри і буква (різновид в даній серії).

Приклад: КУ201А, КН102Н.

 

Потужні польові транзистори

При переключенні великих потужностей в ключовому режимі чи підсиленні в лінійному режимі малопотужних сигналів до великої потужності серед експлуатаційних параметрів основне значенням мають енергетичні показники – втрати потужностей та залежний від втрат коефіцієнт корисної дії (ККД). У ключовому режимі необхідно прагнути до того, щоб в режимі відсічки зворотній струм транзистора був дуже малий, а в режимі насичення тобто в відкритому стані опір транзистора був якомога менший, оскільки від цих параметрів залежить потужність яка втрачається на транзисторові.

При роботі в лінійному режимі втрати потужності в режимі спокою пропорційні амплітуді вихідного сигналу, тому що вони пропорційні опору каналу. При великому опорі каналу буде знижуватися крутість характеристики транзистора. Це буде відбуватися за рахунок негативного зворотного зв’язку так і за рахунок перегріву.

Тому головна вимога до параметрів потужних польових транзисторів - це зниження опору каналу, що можна забезпечити коротким каналом.

Щоб зменшити опір каналу потужного транзистора, переходять від горизонтальних структур до вертикальних, у яких напрям струму перпендикулярний поверхні структури. Такі структури транзисторів мають велику кількість паралельно побудованих каналів декілька сот, що може забезпечити проходження великого струму. Щоб забезпечити велику потужність розсіювання, транзистор повинен мати велику площу, а це призводить до збільшення паразитних ємностей до 1000 і більше піко фарад. Наявність великих ємностей, призводить до зменшення граничної робочої частоти, тому що це пов’язано з зарядом і розрядом ємностей. В сучасній силовій електроніці найбільш часто використовуються потужні МДН- транзистори та транзистори зі статичною індукцією(СІТ). Транзистор зі структурою паралельних каналів (рис.68) отримав назву транзистора зі статичною індукцією.

 

Рисунок 68. Структура СІТ та його вихідні вольт – амперні характеристики

 

Ці транзистори характеризуються дуже коротким каналом та малою відстанню витік-затвор, малими розмірами областей затвора, які близькі до форми циліндра. Загальний струм стоку забезпечується паралельними каналами. Вихідні характеристики БПТ та МДН- транзисторів мали положисту ділянку вольт – амперних характеристик, а характеристика СІТ не має струму насичення стоку, тобто вихідний опір його малий, що підвищує енергетичні показники особливо лінійних підсилювачів.

Застосування ПТ в вихідних підсилювачах потужності звукової частоти має низку переваг перед БПТ.

1. Простота управління, тому що для керування потужним ПТ потрібно незначний по потужності сигнал.

2. Висока лінійність вольт – амперних характеристик ПТ, що дозволяє знижувати нелінійні спотворення.

3. Крутість вольт – амперних характеристик потужних ПТ практично не залежить від потужності вихідного сигналу, а у БТП коефіцієнт передачі струму зменшується.

При використанні МДН- транзисторів в потужних підсилювачах вони мають низку переваг порівняно з СІТ. МДН- транзистори мають менше значення вхідної ємності, що дозволяє їм розширити робочий діапазон частот до 1мГц, а СІТ тільки до 100 кГц. МДН- транзистор нормально закритий прилад, що забезпечує підвищену надійність, а СІТ нормально відкритий, що дозволяє одержувати менший рівень втрат у підсилювачів на МДН- транзисторах.

Основний недолік МДН- транзисторів це їх експлуатація в широкому діапазоні температур.

Найбільша перевага СІТ при їх використанні в підсилювальному режимі визначається параметрами вольт – амперних характеристики

1. Вихідний опір СІТ менше вихідного опору МДН- транзистора, що забезпечує узгодження з низьким опором навантаження і підвищує ККД.

2. Динамічний діапазон підсилення СІТ ширше, що призводить до зниження нелінійних спотворень.

Для двотактних підсилювачів необхідно застосовувати комплементарні пари ПТ (р- канал, n- канал). При цьому необхідно мати на увазі, що рухливість n- носіїв на 30-40% більша ніж р- носіїв і вихідна ємність ПТ з р- каналом більша, що порушує симетрію підсилювача.