КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 28 страница

/_Кюах'////////Л,i = 400 мкА 1001------                 *         

300

x

^ 200.

P

V/л^ ^sрас max 100

%

Рис. 10.17

где

8U

бэ

бэ

dU,

'11

42

д1ъ д1к

а г/,

кэ

C/ic^=const

/5= const

(10.5)

л 7122 " ди}

Ь21

dh

кэ

t/K3=const

/5= const

— параметры биполярного транзистора, которые можно рассчитать по заданным статическим характеристикам. Их типовые значения находятся в пределах

(10.6)

h2l= 20-200;

Л,, = 10³-10⁴ Ом;h_l2 =2 • 10~⁴-2 • 10"³;

h₂₂= 10~^[9]—10~^[10] См.

Пренебрегая значением параметраh_l2lполучаем аналогично рис. 6.13 схему замещения биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 10.18), в режиме малых сигналов, гдеh_n= R_BXи 1/Л22 = Иных — входное и выходное сопротивления,h_2ii_B— источник тока, управляемый током базы г_Б. Последнее обстоятельство позво­ляет считать, что биполярный транзи­стор представляет собой прибор, уп­равляемый током.

Основное достоинство биполяр­ных транзисторов — высокое быстро­действие при достаточно больших то­ках коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать би­полярным транзисторам при мощно­сти рассеяния до 50 Вт и токах до 10 А.                                  Рис. 10.18

Основной недостаток — относительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (1 —10 кОм), и плотность размещения при производстве интеграль­ных микросхем.

10.5. Полевые транзисторы

Различают полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом и на основе конструкции металл — диэлектрик—полупроводник или МДП-транзисторы.

Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом. Рассмот­рим принцип работы полевого транзистора с управляющим р-п-ие- реходом (рис. 10.19).

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен n-канал из полупроводника n-типа. Если между ис­током и стоком включен источник с ЭДС Е_с положительным полю­сом к стоку, то в n-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь, сопро­тивление n-канала зависит от его ширины, которую в полевых тран­зисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, на­зываемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е₃ отри­цательным полюсом к затвору, так что р-п-переход между п-кана- лом и полупроводником р-типа, который находится у затвора, вклю­чен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными но­сителями р-п-перехода влияет на ширину n-канала и тем самым на его проводимость. Отметим, что вместо n-канала может быть р-ка­нал из полупроводника р-типа, а затвор — из полупроводника п-типа.

Напряжение р-п-перехода вдоль канала непостоянное

U_p._n(x) = -Е₃ - R_K(x)I_c

и имеет отрицательное значение, т. е. переход на всем протяжении включен в обратном направлении. Наибольшего абсолютного зна­чения напряжение достигает у стока, где перекрытие канала будет максимальным (показано заштрихованной областью на рис. 10.19).

Работу полевого транзистора с управляющим р-п-переходом опре­деляют статические стоковые 1с(и_Си)и:_Ш =const (рис. 10.20, а) и стоко-затворные /с(^зи)(/_с;и — const (рис. 10.20, б) характеристики. Чрез­мерное увеличение напряжения U_CM вызывает лавинный пробой между затвором и стоком.

При напряжении (7_ЗИ, меньшем напряжения отсечкиU_3lioTC,канал
закрыт (/_с = /₃). Изменение полярности напряжений {7_СИ или {7_ЗИ нарушает работу затвора.

В рассмотренном случае (рис. 10.19) полевой транзистор вклю­чен по схеме с общим истоком (ОИ). Возможно включение полево­го транзистора также по схеме с общим стоком (ОС) и общим затво­ром (ОЗ). Однако две последние разновидности схем включения применяются редко и здесь не будут рассматриваться.

Рассматривая полевой транзистор с ОИ как нелинейный трехпо- люсник, включенный по схеме на рис. 6.12, опишем аналогично (6.7) его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений:

Ъ = 2/11 ^зи + 2/12^си,                  (10.7а)

= У 21 ^ЗИ + 3/22^СИ>                         (10.76)

Рис. 10.20

а                                                   б

где

dl3 _9IC

д!3 да

У\2

У и

зи

f/,„=const

£/си=const

(10.8)

die

2/22

У 21 =

dU.

dU.

си

зи

f/3l1 =€Onst

t/CH=const

(10.9)

— параметры полевого транзистора. Они определяются из опыта или по статическим характеристикам (рис. 10.20) и имеют типовые зна­чения

у_п = 10~⁷—10~⁹ См; у₁₂ = Ю-⁹—Ю-¹¹ См; _Уп = Ю"³ -Ю^-4 См; у₂₂ = Ю^-5—Ю^-6 См.

Рис. 10.21

 

Пренебрегая малым значением параметра у_Г2, получаем (см. рис. 6.14) схему замещения полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ (рис. 10.21), в режиме малого сигнала, где 1 /у_п = R_BXи 1 /2/22 — = ^вых — входное и выходное сопротивления,Su_3V[=■ y₂iu_m~~ ^ис~ точник тока, управляемый напряжением и_ш. Последнее обстоятель­ство позволяет рассматривать полевой транзистор как прибор, уп­равляемый напряжением, в отличие от биполярного транзистора, уп­равляемого током базы (см. рис. 10.18). ВеличинаS = у₂\ называет­ся крутизной стоко-затворной характеристики.

Полевые МДП-транзисторы. Полевые МДП-транзисторы отли­чаются от полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом тем, что в них электрод затвора изолирован от канала слоем диэлектри­ка. В качестве диэлектрика обычно используется окисел Si0₂. По­этому наряду с термином МДП пользуются термином МОП, отра­жающим структуру металл—оксид—полупроводник.

Различают МДП-транзисторы с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

МДП-транзистор с индуцированным каналом р-типа представ­ляет собой пластину кремния n-типа, называемую подложкой, в ко­торой создаются две области р-типа (рис. 10.22). Одна из этих обла­стей используется как исток И, другая — как сток С. Электрод зат­вора 3 изолирован от подложки тонким слоем диэлектрика Si0₂.

Рассмотрим механизм работы индуцированного канала, положив, что электроды подложки П и истока соединены между собой.

Предположим сначала, что цепь стока разомкнута. При напря­жении и_ш = 0, т. е. коротком замыкании между выводами затвора и истока, в приграничном слое подложки с диэлектриком вследствие контактных явлений образуется обогащенный слой (см. рис. 10.9). Однако при этом токопроводящий канал между стоком и истоком отсутствует. Это объясняется тем, что между полупроводником подложки n-типа и полупроводниками областей стока и истока р- типа образуются два р-п-перехода, включенных навстречу друг

другу.

При увеличении отрицательного значения напряжения и_ш< 0 сначала вместо обогащенного слоя образуется обедненный слой (см. рис. 10.7), а затем при напряжении меньше порогового и_Шиор^{— ин}~ версный слой (см. рис. 10.8), т. е. индуцированный канал р-типа меж­ду стоком и истоком. Если теперь в цепь стока включить источник ЭДС Е_с отрицательным полюсом к стоку, то в р-канале появится ток. При этом в силу неравенства

U_3C= -Е₃ + Е_с>и_ЗИ = -Е₃<0

ширина индуцированного канала уменьшается по направлению от истока к стоку, где ее можно регулировать вплоть до полного пере­крытия. Подключение источника ЭДС Е_с положительным полюсом к стоку недопустимо. В этом случае

U₃c = ~Е₃ - Е_с< 11_ш = —Е₃< 0,

и управление индуцированным каналом невозможно.

На рис. 10.23, а и б приведены стоковые и стоко-затворные ста­тические характеристики МДП-транзистора с индуцированным ка­налом р-типа.

(10.10)

(10.11)

2 0

4

8

6

20 -*7Си,В -10 -8 -4 -2 б

а

В МДП-транзисторах с индуцированным каналом п-типа исполь­зуется подложка из полупроводника р-типа, в которой создаются две

1 и, и,в

Рис. 10.24

 

области полупроводника n-типа для стока и истока. Вследствие контактных явлений на границе раздела диэлектрика и подложки в приграничном слое последней индуцируется инверсный слой (см. рис. 10.10), т.е. канал n-типа. Этот канал соединяет между собой области стока и истока при отсутствии напряженияU_:m= 0. При увеличении напряжения и_ш> 0 индуцированный канал обогаща­ется электронами, при уменьшении напряжения (7_ЗИ< 0 обедняет­ся. Остальные процессы в индуцированных каналах п- и р-типов аналогичны.

Статические стоковые и стоко-затворные характеристики МДП- транзистора с индуцированным n-каналом приведены на рис. 10.24, а и б.

МДП-транзисторы с технологически встроенным каналом име­ют канал п- или р-типа. Встроенный в процессе технологического изготовления транзистора канал самоизолируется от подложки обед­ненным слоем р-п-перехода. Основная особенность МДП-транзис- торов со встроенным каналом заключается в возможности их рабо­ты в режиме объединения и обогащения встроенного канала подоб­но рассмотренной выше работе МДП-транзистора с индуцирован­ным каналом п-типа.

Таблица 10.1 Полярность напряжений между электродами полевых транзисторов в рабочем режиме Тип полевого транзистора Тип канала Тип под­ложки Режим работы канала U3и %Иотс №ипор) С^си ^пи Транзистор с управляющим р-п-переходом п Р р п Обеднение < 0 > 0 < 0 > 0 > 0 < 0 <0 >0 МДП-транзистор с индуцирован­ным каналом Р п п р Обогащение Обеднение Обогащение < 0 < 0 > 0 < 0 < 0 < 0 > 0 >0 МДП-транзистор со встроенным каналом п р р п Обеднение Обогащение Обеднение Обогащение о о о о V Л Л V < 0 >0 > 0 < 0 <0 >0

 

У всех типов МДП-транзисторов электрод подложки либо соеди­няется с электродом истока, либо служит в качестве второго затвора.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом, МДП-транзисторов с индуцированным каналом и МДП-транзисторов со встроенным каналом приведены соответ­ственно на позициях 1—3 рис. 10.25, а для канала n-типа и рис. 10.25, б для канала р-типа.

В табл. 10.1 приведены полярности напряжений между электро­дами МДП-транзисторов в рабочем режиме.

Основные достоинства полевых транзисторов — большое сопро­тивление входной цепи (1 — 10 МОм) и технологичность при произ­водстве интегральных микросхем с большой плотностью размеще­ния элементов. Основной недостаток — относительно невысокое быстродействие.

Тиристоры

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями и тремя или более последовательно включенными р-п-переходами. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чередующимися слоями полупроводников р- и п-типов (рис. 10.26).

Различают управляемые, или триодные, ^неуправляемые, или диодные, тиристоры.

A ————

еэМ UBKJl e3K(t2) U

0 uE

'ЭК\

--- Pi Щ P2 Щ

/ ----------

ВЫКЛ Рис. 10.26

К

U

Диодный тиристор имеет два вывода — анодный А и катодный К. Его переключение из одного устойчивого состояния в другое в цепи переменного тока (см. рис. 6.7) определяется методом нагрузочной характеристики (см. рис. 6.8). Здесь и в дальнейшем примем, что ВАХ тиристоров безынерционные, т.е.I(U) = i(u).При плавном увели­чении от нулевого значения ЭДС е_эк диодный тиристор сначала бу­дет закрыт и ток в цепи мал (точка 1 на ВАХ по рис. 10.26). В точке 2 ВАХ диодного тиристора напряжение на нем достигнет напряже­ния включенияU = U_BKJl.Дальнейшее даже незначительное увели­чение ЭДС е_ж приведет к резкому изменению режима работы цепи (точка3 на ВАХ), т.е. открыванию диодного тиристора. При умень­шении ЭДС бэк процессы в цепи протекают в обратном порядке. В точке 4 ВАХ напряжение достигнет напряжения выключения. Даль­нейшее уменьшение ЭДС приводит к закрыванию диодного ти­ристора.

Находят применение также симметричные диодные тиристоры, условное обозначение которых и их ВАХ приведены на рис. 10.27.

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 361; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!