Характеристики транзисторов. Стоковые (выходные)

Характеристики

Изолированный затвор позволяет работать в области положительных значение напряжений затвор-исток. На рис. 6.36 показаны три семейства выходных характеристик.

Рис. 6.36. Стоковые (выходные) характеристики МДП-транзисторов

со встроенным каналом

Первое семейство – U_зи = 0. Ток I_с определяется исходной проводимостью канала. При малых значениях напряжения U_си они не влияют на ток I_с, так как по мере приближения к стоку, потенциал возрастает и увеличивается запорный слой (модуляция). При увеличении значений напряжения U_си канал сужается, ток уменьшается, в точке б канал сужается до минимума.

Второе семейство – U_зи < 0. Поле выталкивает электроны, что приводит к уменьшению концентрации их в канале, снижая его проводимость – это режим обеднения канала.

Третье семейство – U_зи > 0. Поле притягивает электроны из p-области, увеличивается концентрация их и повышается проводимость канала – это режим обогащения канала носителями.

Рис. 6.37. Стоко-затворная (передаточная) характеристика МДП-транзисторов со встроенным каналом

Меняя полярность и значение напряжения ²затвор-исток², можно изменить проводимость канала и, следовательно, ток I_с, при неизменном значении напряжения ²сток-исток². В отличие от полевых транзисторов с управляемым p-n-переходом, при этом изменяется не площадь сечения канала, а концентрация основных носителей заряда.

47.Полевые МДП-транзисторы с индуцированным каналом. Достоинства и недостатки полевых транзисторов.

Канал проводимости тока в этом типе транзистора не создается, а индуктируется благодаря притоку электронов из p-области при приложении к затвору напряжения приложенной полярности. Транзистор с индуцированным каналом работает только в режиме обогащения.

а б

а – стоковая (выходная); б – стоко-затворная (передаточная)

Достоинствами полевых транзисторов являются:

1) высокое входное сопротивление, что соответствует повышенному коэффициенту усиления по мощности управления;

2) обусловленность рабочего тока только основными носителями заряда и, как следствие, высокое быстродействие. Время переключения современных МОП-транзисторов составляет единицы наносекунд (10^-9). Такая скорость переключения обусловлена тем, что в них практически исключены токи накопленных зарядов не основных носителей;

3) почти полное разделение выходного сигнала от входного;

4) малый уровень шумов;

5) работа на высокой частоте.

К недостаткам полевых транзисторов можно отнести:

1) низкие значения коммутируемого тока (десятки А) и напряжения (до 500¸600 В);

2) высокие значения прямых потерь из-за большого сопротивления во включенном состоянии (0,2¸0,5 Ом).

48.Биполярный транзистор с изолированным затвором ( IGBT ).

БТ с изолированным затвором – это полностью управляемый полупроводниковый прибор.Его включение и выключение осуществляется подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором являются продуктом развития технологии силового транзистора с структурой МОП и сочетает в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный транзистор (образующий силовой канал) и полевой транзистор (образующий канал управления). Эквивалентная схема включения двух транзисторов

Прибор введен в силовую цепь выводами биполярного транзистора – Е (эмиттер) и С (коллектор), а в цепь управления – выводом G (затвор).

Таким образом, IGBT имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединение эмиттера и стока (D), базы и истока (S) является внутренними.

Сочетание двух приборов в одной структуре позволила объединить достоинства биполярного и полевого транзисторов (высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением в включенном состоянии, малая мощность сигнала управления, способность выдерживать высокие значения обратного напряжения, хорошие температурные характеристики).

Процесс включения биполярного транзистора с изолированным затвором можно разделить на два этапа: после подачи положительного напряжения между затвором и истоком происходит включение полевого транзистора (формируется канал n между истоком и стоком). Движение зарядов из области n в область p приводит к открытию биполярного транзистора и возникновению тока от эмиттера к коллектору. Таким образом, полевой транзистор управляет работой биполярного.

В IGBT-транзисторах с изолированным затвором имеется две биполярные структуры p-n-p-типа и n-p-n-типа.

50.Динистор (диодный тиристор). Структурная схема, принцип работы, ВАХ.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, который может переключаться из одного открытого состояния в состояние закрытое и наоборот. По своей структуре тиристоры отличаются от биполярных транзисторов тем, что у них вместо трех – четыре (или более) полупроводниковых слоя, в которых проводимость последовательно чередуется.

Основными типами являются диодные и триодные тиристоры.

В диодных тиристорах – динисторах – переход прибора из закрытого состояния в открытое связан с тем, что напряжение между анодом и катодом достигает некоторой граничной величины, являющейся параметрами прибора, то есть напряжением включения. В триодных тиристорах – тринисторах – управление состоянием прибора производится по цепи третьего – управляющего электрода.

Обратная ветвь ВАХ тиристора представляет собой обратную ветвь ВАХ перехода П₁ или диода. Именно на переходе П₁ решается задача получения лавинной характеристики для защиты тиристора от перенапряжения.

Рассмотрим прямую ветвь ВАХ. При приложении прямого напряжения переходы П₁ и П₃ открыты, переход П₂ закрыт.

Чтобы открыть тиристор необходимо сбалансировать потенциальный барьер на границе слоев n₁и p₂. Под действием прямых напряжений через эмиттерные переходы происходит инжекция основных носителей заряда соответствующей базе транзисторов n₁и p₂. В тиристоре VT2 электроны из эмиттера (n₂-слой) переходят в базу (p₂-слой), где становятся не основными носителями. Часть этих электронов рекомбинирует в базе, а остальные переходят на коллектор n_1,где создается избыточный отрицательный заряд. Аналогично дырки создают в p₂ избыточный положительный заряд.

Однако, за счет обратного напряжения на переходе П₂ в области n₁ имеется положительный заряд, а в области p₂ – отрицательный, образующий потенциальный барьер. Избыточные электроны в n₁ и дырки в p₂ накапливаясь создают свое электрическое поле, которое снижает потенциальный барьер. Чем больше напряжение U_пр, тем больше это поле и в результате оно может полностью компенсировать потенциальный барьер. Ток тиристора резко возрастает, тиристор откроется и его ВАХ соответствует ВАХ диода. Сопротивление перехода П₂ станет незначительным (как у П₁ и П₃).

Коллекторные токи определяются следующим образом: I_к1=a₁×I_э1,

I_к2=a₂×I_э2. Через коллекторный переход течет обратный ток этого перехода - I_ко - тепловой ток. Таким образом, результирующий ток коллекторного перехода будет: I_кол=I_к1+ I_к2+ I_ко. Все переходы в тиристоре соединены последовательно и тиристор имеет два силовых вывода, поэтому результирующий ток будет:

I_А= I_к= I_э1= I_э2,

При небольших значениях a ((a₁+a₂)®0), ток I_а мал, при (a₁+a₂)®1, I_а®¥, но его ограничивает сопротивление R_н (участок б-в).

Коэффициенты a₁ и a₂ зависят от тока. Момент открытия тиристора зависит от величины a.

При отсутствии тока управления I_у тиристор будет всегда открываться при напряжении включения U_вкл (точка а (рис. 7.3)), но неуправляем, т.е. работает в режиме динистора.

В ряде случаев динистор используется в электрических цепях в качестве разрядника, например для защиты вентильных обмоток преобразовательного трансформатора.

50.Тринистор (триодный тиристор). Структурная схема, принцип работы, ВАХ.

Недостатком является большое значение напряжения включения U_вкл при протекании больших токов. Создав третий электрод можно управлять моментом открытия. Такой прибор называется тринистором.

С увеличением напряжения управления возрастает ток управления I_упр. Ток управления приводит к движению электроны из n₂-области в p₂-область. Для области p₂ – электроны не основные носители заряда, для них поле перехода П₂ действует втягивающе. Эти электроны усиливают компенсацию объемного положительного заряда и тиристор открывается при значении прямого напряжения U_пр меньшем значения напряжения включения U_вкл. Если ток управления, при котором тиристор открывается сразу и работает как диод – ВАХ тиристора выражается в ВАХ диода, это значение тока управления называют током спрямления.

Тиристор – частично управляемый вентиль, так как можно управлять только моментом его открытия. Условия закрытия тиристора: ток анода I_А меньше тока удержания I_уд.

54.Основные параметры тиристоров.

Основные параметры тиристоров:

– предельный прямой ток I_пр;

– перегрузочная способность;

– прямое падение напряжения DU_пр;

– повторяющееся и неповторяющееся прямое или обратное напряжение;

– сопротивление вентиля в прямом и обратном направлении;

– температурный режим.

Кроме того, существуют специфические параметры:

– напряжение включения;

– токи включения и удержания;

– обратный и прямой токи утечки;

– скорость нарастания прямого тока при включении;

– скорость нарастания прямого напряжения на закрытом вентиле;

– время включения и выключения;

– ток, напряжение и предельное значение мощности в цепи управления.

55.Система обозначений и маркировка маломощных и силовых тиристоров.

Приведем пример маркировки тиристора.

Т 353 - 800 - 28 - 61 УХЛ 2

Т – тиристор,

3 – порядковый номер модификации конструкции,

5 – модификация по диаметру корпуса (73 мм) по таблице,

3 – конструктивное исполнение корпуса (таблеточный),

800 – предельный ток, А,

28 – класс тиристора,

6 – группа по критической скорости нарастания напряжения

1 – группа по времени выключения (для 1 группы 500 мкс),

УХЛ – климатическое исполнение,

2 – категория размещения (в закрытых холодных помещениях).

56.Запираемые тиристоры (GTO-тиристоры). Процессы включения и выключения. Основные параметры.

У обычных тиристоров можно управлять моментом включения, но нельзя управлять моментом окончания токовой проводимости. В связи с этим использование тиристоров в цепях постоянного тока, а также в инверторах требует применения специальных средств (схемы индуктивно-емкостных контуров коммутации), гасящие ток.

Условное графическое обозначение запираемого тиристора

В запираемых тиристорах положительным управляющим импульсом обеспечивается перевод тиристора в проводящее состояние, а отрицательным импульсом - выключение тиристора.

ВАХ запираемого тиристора аналогична ВАХ обычного тиристора, аналогичен и процесс включения.

Запираемый тиристор имеет такую же четырехслойную структуру, что и обычный тиристор. Поэтому к ним применим транзисторный аналог. При подаче отрицательного импульса тока управления в базовый слой структуры уменьшается заряд в обоих базах транзисторов, при этом снижении все составляющие тока тиристора, и он включается.

Переходный процесс выключения током в цепи управления происходит в три этапа:

1) при протекании тока I_A=const подается ток в цепи управления. При этом I_к=(I_а-I_у). Чтобы первый этап перешел во второй необходимо определенное значение тока запирания намного большего значения тока включения (I_{у закр}>>I_{у вкл}). Значение тока запирания и тока анода связаны значением коэффициента усиления включения

Обычно G@3¸5;

2) второй этап характеризуется резким снижением токов I_А и I_К. В течение этого этапа происходит дальнейшее снижение концентрации носителей в обеих базах структуры. Этап заканчивается тогда, когда эта концентрация становится равной нулю;

3) на третьем этапе происходит рассасывание не основных носителей и ток тиристора снижается до нуля.

Основное отличие запираемых тиристоров от обычных (не запираемых) заключается в ином расположении горизонтальных и вертикальных слоев с n- p-проводимостями.

Наибольшему изменению подверглось устройство катодного n-слоя, он разбит на несколько сотен элементарных ячеек равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Такое исполнение вызвано стремлением обеспечить равномерное снижение по всей площади полупроводниковой структуры при включении прибора.

Базовый p-слой, не смотря на то, что выполнен как единое целое, имеет большое число контактов управляющего перехода, так же равномерно распределенных по площади и соединенных параллельно. Базовый n- слой выполнен аналогично, соответственно условиям обычного тиристора.

Анодный слой имеет шунты (зоны с n-типом проводимости), соединяющие n-базу с анодным контактом через небольшое распределение сопротивления. Анодные шунты предназначены для снижения времени включения прибора за счет улучшения условий извлечения зарядов из базовой n-области.

Запираемые тиристоры изготавливают в штыревых и таблеточных корпусах, устанавливаемых на типовых охладителях.

57.Симметричные тиристоры (симисторы). Структура, ВАХ, основные параметры.

В некоторых схемах требуются приборы, которые можно включить как в прямом, так и в обратном направлении. Этому требованию отвечают симисторы.

При подаче импульса тока управления на управляющий электрод симистор включается независимо от полярности анодного напряжения, включается как обычный тиристор.

ВАХ симистора – это ВАХ двух тиристоров, включенных встречно и параллельно.

Выпрямительный элемент имеет пятислойную структуру, крайние переходы замкнуты металлическими контактами (шунтами Ш₁, Ш₂) электродов А и В. Управляющий электрод подключен к p₂-области.

Если минус на аноде и плюс на базе, то переход П₄ закрыт. При подаче положительного импульса на управляющий электрод ток проходит по пути n₁-p₂-n₃-p₄, как в обычном тиристоре.

При обратной полярности, плюс на аноде и минус на базе, переход П₁ закрыт. Напряжение приложено к слоям p₂-n₃-p₄-n₅. При подаче на управляющий электрод положительного импульса электроны из цепи управления попадают в n₂-слой и под действием поля перехода П₂ переходят в слой n₃ понижая его потенциал. Это вызовет инжекцию дырок из слоя p₂ в слой n₃, далее дырки переходят в слой p₄, у которого отрицательный потенциал.

Прямая и обратная ветви ВАХ симистора имеют одинаковый характер и определяются теми же параметрами, что и прямая ветвь обычного тиристора.

Симисторы, как и обычные тиристоры, разбивают на группы по среднему падению напряжения и на классы по номинальному

рабочему напряжению.

Симисторы применяют в качестве бесконтактных переключателей и управляемых вентилей для преобразования электрического тока.

58.Основные функциональные узлы и технические характеристики электронного осциллографа.

Электронно-лучевым осциллографом называется прибор, предназначенный для записи или наблюдения изменения электрических сигналов во времени на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), а также для измерения амплитудных и временных параметров различных электрических величин (тока, напряжения, частоты, мощности, сдвига фаз, параметров импульсов и т. д.). Основным узлом осциллографа является ЭЛТ – электровакуумный прибор, в котором электронный поток формируется в электронный луч и используется для преобразования электрических сигналов в световые. Стеклянный баллон ЭЛТ имеет форму колбы, в которой создан вакуум. Электронный прожектор, или электронная пушка, состоит из катода с подогревателем, модулятора или управляющего электрода и анодов, фокусирующих электронный луч на экран. Электронная пушка формирует поток электронов, вылетающих из катода, в узкий пучок (луч). Под действием электрических полей, приложенных к отклоняющим парам пластин, электронный луч отклоняется от осевого направления. Одна пара пластин отклоняет луч в вертикальном направлении, другая – в горизонтальном. На экране луч создает светящееся пятно. Если напряжение на пластинах изменяется по определенному закону во времени, то смещение пятна будет следовать этому закону. Принцип работы электронного осциллографа основан на взаимодействии электронного потока с полем, создаваемым электрическим (или преобразованным) сигналом, пропорциональным изменению исследуемых величин. Пучок электронов на экране ЭЛТ описывает замкнутую кривую (осциллограмму), отражающую исследуемый процесс.

60.Контроль исправного состояния силовых диодов по значению импульсного обратного повторяющегося тока.

Устройство для измерения импульсных обратных токов силовых вентилей, разработанное и изготовленное в ОмГУПСе, предназначено для оценки значения повторяющегося импульсного обратного тока любого типа силовых вентилей (диода, тиристора, кремниевого, германиевого, штыревого, таблеточного, лавинного, нелавинного).

В соответствии с ГОСТ 24461-90 (СТ СЭВ 1656-79) и Инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту тяговых подстанций (ЦЭ-936) одним из параметров-критериев годности диодов является импульсный обратный ток I_RRM, т. е. значение обратного тока в момент времени, который соответствует амплитуде максимально допустимого повторяющегося импульсного обратного напряжения U_RRM. При этом форма напряжения должна быть однополупериодная синусоидальная с длительностью импульса не более 10 мс. Диод считается выдержавшим испытание, если значение повторяющегося импульсного обратного тока не превышает нормы.

Основные требования к элементам схемы:

1) источник импульсов напряжения 1 должен обеспечивать однополупериодные синусоидальные импульсы напряжения длительностью 1 – 10 мс, частотой импульсов в пределах от одиночных до 50 Гц и амплитудой в соответствии с рис. 22;

2) должны использоваться следующие измерительные приборы: PV – вольтметр амплитудных значений; PA – миллиамперметр мгновенных значений.

Методика исследования состоит в следующем. К диоду от источника импульсного напряжения подается обратное напряжение, равное значению максимально допустимого повторяющегося импульсного обратного напряжения U_RRM. Значение U_RRM контролируется вольтметром амплитудных значений PV и должно соответствовать значению напряжения класса испытуемого диода.

Класс диода соответствует числу сотен вольт наибольшего повторяющегося импульсного обратного напряжения К = U_RRM / 100. Так, например, для вентиля 24-го класса U_RRM = 2400 В.

В момент времени, который соответствует амплитуде обратного напряжения, с помощью миллиамперметра PA измеряют значение повторяющегося импульсного обратного тока I_RRM.

Считается, что вентиль выдержал испытание, если значение повторяющегося импульсного обратного тока не превышает установленной нормы, указанной в групповом паспорте диодов вентильных конструкций или в справочных источниках (каталогах) при значениях температуры, оговоренных в ГОСТ 24461-90.

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 65; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!