ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ

ТЕМА: «ТРАНЗИСТОРЫ. ТИРИСТОРЫ.»

 

ПЛАН

1. Биполярный транзистор

2. Полевые транзисторы

3. Тиристоры

4. Области применения транзисторов и тиристоров

 

 

Задание:

 

Изучить тему, распечатать и вложить в конспект лекции

 

 

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляют два взаимодействующих электронно-дырочных перехода и который имеет три вывода или более.

 

Биполярный транзистор является аналогом лампового триода, он способен выполнять усилительные, генераторные и ключевые функции.

Устройство биполярного транзистора, изготовленного методом сплавления, схематически представлено на рис. 16.18.

В пластинку германия 1, легированного донорной примесью (с электронной электропроводностью), вплавлены две таблетки трехвалентного индия 3 (акцептор). В объеме германия возле пластинок индия образуются две области с дырочной электропроводностью 2, разделенные тонким слоем базовой пластины. У границ, разделяющих р-области и базу, образуются два электронно-дырочных перехода. Переход, изображенный на рисунке слева, называется э м и т терным, справа — коллектор н ы м. Эмиттерный, коллекторный переходы и база имеют выводы для

включения прибора в электрическую цепь (э, к, б).

Толщина базового слоя, разделяющего эмиттерный и коллекторный переходы, на рисунке значительно пре­увеличена. Для того чтобы переходы взаимодейство­вали, толщина базовой прослойки между ними долж­на быть меньше диффузионной длины носителей заря­да (т. е. меньше расстояния, которое проходят носите­ли заряда до рекомбинации). У современных приборов толщина базы имеет порядок единиц микрометров. Кроме того, концентрацию легирующей примеси базы делают на два-три порядка меньше концентрации примесей в эмиттерной и коллекторной областях.

Материалы, методы получения р-л-переходов, параметры и конструктивное оформление современных транзисторов весьма разнообразны. Мы рассмотрели сплавной германиевый транзистор, у которого тип электропроводности областей меняется в следующем порядке: р (эмиттер), п (база), р (коллектор). Такой прибор называют транзистором типа р-п-р. Он может быть изготовлен и на основе кремния п-типа.

Если в качестве базы использовать германий или кремний р-типа, а эмиттерный и коллекторный пере­ходы образовать с помощью донорных материалов, то получим транзистор типа п-р-п. Такие транзисто­ры применяют в высокочастотных схемах.

Принцип действия транзисторов обоих типов оди­наков- Разница в том, что полярность включения ис­точников питания для них противоположна (рис. 16.19). В соответствии с этим в транзисторе типа р-п-р коллекторный ток создается движением ды­рок, а в транзисторе типа п-р-п — движением элек­тронов.

Рассмотрим принцип действия транзистора типа р-п-р (рис. 16.19, а).

Разомкнем цепь эмиттера, а коллектор оставим под напряжением указанной полярности. Коллектор­ный переход, как видно из рисунка, находится под обратным напряжением, при этом через него проте­кает небольшой ток, образованный движением не­основных носителей. Этот начальный ток у германие­вых транзисторов составляет десятки, а у кремние­вых — единицы микроампер.

Замкнем цепь эмиттера. Эмиттерный переход ока­жется под прямым напряжением. Через него поте­чет прямой ток, образованный диффузией дырок в базу и диффузией электронов в эмиттер Ранее было отмечено, что концентрация электронов в базе значительно меньше, чем концентрация дырок в эмиттере,
поэтому ток через переход практически создается эмиттированием дырок в базу

 

 

Так как толщина базы невелика, то дырки пройдут ее без рекомбинации и диффундируют в область кол­лектора, где, перемещаясь под действием коллекторно­го напряжения, создадут коллекторный ток.

Небольшая часть дырок, рекомбинировавших в базе, а также электроны, диффундирующие из базы в эмиттер, создадут небольшой ток базы, примерно на два порядка меньший токов эмиттера и коллектора.

Таким образом, коллекторный ток и пропорциональ­ное ему напряжение на R_H почти полностью опреде­ляются количеством эмиттированных дырок, т. е. током эмиттера.

Следует отметить, что одним из существенных не­достатков транзисторов является относительно высо­кая нестабильность их параметров и характеристик. Причины нестабильности следующие: разброс пара­метров в процессе изготовления однотипных транзис­торов; влияние температуры окружающей среды; влияние радиоактивных излучений; изменение пара­метров с изменением частоты усиливаемых сигналов; изменение параметров при старении транзисторов с течением времени.

Для транзисторов характерен также относительно высокий уровень собственных шумов, вызы­ваемых тепловыми флуктуациями плотности носителей зарядов.

 

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Физические принципы, положенные в основу полевых транзисторов, были известны давно, однако их
реализация встретила существенные технические трудности. Только в 60-х годах полевые транзисторы
начали широко применять в различных областях электроники.

В полевых транзисторах используют эффект воздействия поперечного электрического поля на проводимость канала, по которому движутся носители электрического заряда.

Полевые канальные транзисторы имеют существенные преимущества, к которым прежде всего относятся
большое входное сопротивление приборов (Ю¹⁰——10¹⁵ Ом), большая устойчивость к проникающим
излучениям (допускается уровень излучений, на 3—4 порядка больший, чем для биполярных транзисторов),
влияние температуры на усилительные свойства.

Полевые транзисторы с затвором в виде р-n-пе-рехода и с изолированным
затвором.

Устройство транзистора с затвором в виде р-л- перехода схематично представлено на рис. 16.25.
Основу прибора составляет слаболегированная полупроводниковая пластина р-типа, к торцам

 

 

 

которой приложено напряжение U_c, создающее ток /_с через сопротивление нагрузки R_K. В полупроводниковой пластине этот ток обеспечивается движением основных носителей заряда. Торец пластины, от которого движут­ся носители заряда, называется истоком. Торец, к которому движутся носители заряда,— стоком. В две противоположные боковые поверхности основной р-пластины вплавлены пластинки типа п. На границе раздела пластин лир возникают электронно-дырочные переходы. К этим переходам в непроводящем направ­лении приложено входное напряжение и_вх. Значение напряжения и_вх можно менять при обязательном сохра­нении указанной на рисунке полярности. Обычно и_вх состоит из двух составляющих: переменного напряже­ния управляющего сигнала и постоянной составляющей начального смещения, значение которой превышает амплитуду сигнала. Пластины л-типа образуют з а твор.

 

Устройство полевого транзистора с изолированным затвором схематически показано на рис. 16.27. Основу прибора составляет пластина полупроводника р-типа. На небольшом расстоянии друг от друга в поверхность основной пластины вплавляют донорную примесь. Затем поверхность пластины кремния подвергают тер­мической обработке, в результате чего на ней нара­щивается тонкий (0,1 мкм) слой диоксида, являюще­гося хорошим изолятором. На слой изолятора накла­дывают металлическую пластину затвора, перекрываю­щую области донорной примеси п.

Транзисторы с изолированным затвором чаще на­зывают транзисторами типа МДП (металл — диэлек­трик— полупроводник). Упрощенно принцип его ра­боты можно представить следующим образом: при отсутствии напряжения на затворе области п истока и стока разделены непроводящей прослойкой ос­новной пластины; при подаче на затвор положи­тельного напряжения электроны вытягиваются из основной пластины и скапливаются под изолирующей прослойкой. При определенной разности потенциалов концентрация электронов под диэлектриком превысит концентрацию дырок и области п будут соединены проводящим электронным каналом.

В рассмотренном случае проводящий канал между истоком и стоком индуцируется напряжением затвора.
Разновидностью МДП-транзисторов являются конструкции, при которых канал «встраивается» в процессе изготовления прибора путем введения соответствующих примесей. Напряжение затвора меняет концентрацию носителей и проводимость встроенного канала.

Полевые транзисторы могут быть изготовлены и на основе пластин п-типа.

 

 

ТИРИСТОРЫ

 

Первые промышленные образцы тиристоров по­явились в конце пятидесятых годов. В настоящее время эти приборы получили широкое распростране­ние. Преимущества тиристоров следующие: малые масса и габариты, большой срок службы, высокий КПД, малая чувствительность к вибрации и механи­ческим перегрузкам, способность работать при низ­ких (прямых) и высоких (обратных) напряжениях, а также при очень больших токах, достигающих сотен ампер.

Основное свойство тиристора, обеспечивающее ему самые разнообразные применения в автоматике, элек­тронике, энергетике,— это способность находиться в двух устойчивых состояниях: закрытом и открытом. В-закрытом состоянии сопротивление тиристора состав­ляет десятки миллионов Ом и он практически не про­пускает ток при напряжениях до тысячи вольт; в открытом — сопротивление тиристора незначитель­но. Падение напряжения на нем около 1 В при токах в десятки и сотни ампер. Переход тиристора из од­ного состояния в другое происходит за очень корот­кое время, практически скачком. Среди тиристоров выделяют динисторы и тринисторы.

Динистор — это тиристор с двумя электродами (выводами). Переход динистора из одного состояния в другое осуществляется изменением значения или полярности напряжения на выводах.

Тиристор, снабженный третьим (управляющим) электродом, называется тринистором. Управляющий электрод позволяет с помощью небольшого сигнала управления (импульса напряжения) перевести ти­ристор из закрытого состояния в открытое при неиз­менном (заданном) напряжении на основных электро­дах. Обратный переход из открытого состояния в за­крытое с помощью управляющего напряжения невоз­можен.

 

 

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ

 

Транзисторы и тиристоры оказались экономически эффективными при замене электронно-вакуумных устройств, их применение дало возможность решить ряд новых задач в электронике в приборостроении.

Следует отметить, что во многих случаях схемы с одним и тем же функциональным назначением могут быть собраны как на транзисторах, так и на тирис­торах. Поэтому перед конструктором стоит задача — используя современную элементную базу, разработать наиболее эффективные и экономичные устройства.

Транзисторы и тиристоры применяют в проводной связи и радиосвязи, в телевидении и радиолокации, радионавигации, автоматике и телемеханике, в вычис­лительной и измерительной технике. Все отрасли сов­ременного народного хозяйства требуют постоянного расширения ассортимента и увеличения количества полупроводниковых приборов.

Особой областью применения мощных и сверх­мощных (на токи в тысячи ампер и напряжения в тысячи вольт) тиристоров является электроэнергетика. Возможность создания малогабаритных, надежных и экономичных статических преобразователей любых параметров тока открывает огромные перспективы для дальнейшего совершенствования систем пере­дачи и распределения электроэнергии, управления электроприводом и другими электротехническими уст­ройствами.

Схемы электро- и радиотехнических устройств содержат десятки и сотни транзисторов. Для их изоб­ражения введены специальные стандартизованные условные обозначения, которые приводятся ниже.

Разнообразие типов транзисторов и тиристоров потребовало их классификации (по материалам и конструктивному оформлению, по принципу действия, по условиям эксплуатации и др.). Основные типовые особенности транзисторов и тиристоров отображены в их маркировке.

 

 

---

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 28; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!