Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

в транзисторе с каналом п-типа электрическое поле затвора притягивает электроны, втягивая их в канал из р-слоя и п-слоев истока и стока; канал обогащается основными носителями заряда, и проводимость его увеличивается. С повышением положительного напряжения на затворе возрастает ток стока Д. Чем больше положительное значение (Узи, при котором снимается стоковая характеристика, тем выше она располагается. При увеличении (Уси до некоторой величины происходит лавинный пробой транзистора (Д резко возрастает) вследствие пробоя

5 10 15 20 UcM.B

Режим обогащения

-0,4 -0,2 о 0.2 0.4 изи.В б

Рис. 1.42. Семейство стоковых характеристик (а) и стоко-затворная характеристика (б) МДП-транзистора со встроенным каналом п-типа

участка сток - затвор вблизи стока. При отрицательном (Узи напряжение сток - затвор у стока возрастает, поэтому пробой наступает при меньших значениях напряжения сток - исток (Уси-

Из рассмотрения принципа действия МДП-транзисторов со встроенным каналом следует, что управляющее действие затвора осуществляется как в режиме обеднения канала основными носителями заряда, так и в режиме обогащения.

Стоко-затворная характеристика МДП-транзистора со встроенным каналом (рис. 1.42,6) отражает зависимость тока стока от напряжения затвор - исток. Она характеризует управляющее действие затвора и снимается при постоянном напряжении сток - исток. Для транзисторов с каналом п-типа в соответствии с рассмотренными процессами при (Узи == О ток имеет определенное значение; с увеличением положительных напряжений Узи >0 ток растет (режим обогащения), а с увеличением отрицательных значений (Узи < О ток уменьшается (режим обеднения). При некотором значении отрицательного напряжения затвор - исток, равном напряжению отсечки (Узи = зиотс, электроны будут полностью вытеснены из канала, т. е. канал исчезнет, а ток через транзистор упадет до нуля; транзистор закроется.

МДП-транзистор с индуцированным каналом. Структура та-

кого транзистора показана на рис. 1.41, е. В отличие от транзистора со встроенным каналом здесь первоначально на подложке р-типа создаются только области п-типа истока и стока, а канал не создается. Поэтому при отсутствии управляющего напряжения на затворе ((Узи = 0) транзистор остается закрытым независимо от величины и полярности напряжения сток - исток. Это объясняется тем, что при любой полярности (Уси оба р-п перехода (исток - подложка и сток - подложка) находятся под обратным напряжением, а канал отсутствует.

и ..=8В

2В У

10 15 20 Ugj,.B

Рис. 1.43. Семейство стоковых характеристик (а) и стоко-затворная характеристика (б) МДП-транзистора с индуцированным каналом п-типа

При подаче на затвор положительного напряжения относительно истока (Узи > О электрическое поле затвора отталкивает дырки подложки от приповерхностного слоя под затвором в глубину полупроводника, а электроны притягивает в этот слой к границе с диэлектриком. Это приводит к изменению типа электропроводности тонкого слоя у границы на противоположный (инверсия), т.е. образуется - индуцируется - проводящий канал п-типа. С повышением положительного напряжения на затворе концентрация электронов в индуцированном канале возрастает, растет проводимость канала, а следовательно, и ток стока через него. При снижении положительного напряжения (Узи происходят обратные процессы: концентрация электронов в канале падает, и ток уменьшается. Напряжение на затворе, при котором ток становится равным нулю при данном значении (Уси, называется пороговым напряжением (Узипор- При отрицательном напряжении на затворе канал п-типа не индуцируется; транзистор данного типа остается закрытым. Таким образом, МДП-транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения.

Семейство стоковых (выходных) характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом п-типа приведено на рис. 1.43, а. По виду характеристики такие же, как для полевых

транзисторов с р-п переходом и МДП-транзисторов со встроенным каналом, но их расположение с изменением постоянного значения (Узи иное: при Иш = О ток h - О, поэтому характеристика сливается с осью абсцисс, как и при увеличении постоянного положительного значения (Узи от О до Uk = зипор. С увеличением значения /Узи, при котором снимается характеристика, начиная с (Узи > Сзипор, стоковые характеристики идут выше.

Стоко-затворная характеристика (рис. 1.43,6) выходит из точки на оси напряжений, соответствующей пороговому значению напряжения затвор - исток (Узипор, идет сначала полого, а затем практически линейно круто вверх.

=-и зг з-г

:ЛВ Л

3- И

3 V И

Рис. 1.44. Условные графические обозначения МДП-транзисторов со встроенным (а) и индуцированным (б) каналом: / - с каналом п-типа; 2 - с каналом р-типа; 3 - с каналом п-типа и выводом от подложки; 4 - с каналом р-типа и выводом от подложки

Преимуществом МДП-транзисторов перед полевыми транзисторами с управляющим р-п переходом являются гораздо большее входное сопротивление, достигающее Ю-10 Ом, существенно меньшие междуэлектродные емкости, а также возможность получения большей крутизны (до десятков миллиампер на вольт) за счет уменьшения толщины диэлектрического слоя и других конструктивных мер.

На рис. 1.44 приведены условные графические обозначения МДП-транзисторов.

Полевые транзисторы, особенно МДП-транзисторы, получили широкое применение в интегральных микросхемах благодаря более удобной технологии их изготовления, высокому входному сопротивлению, малому собственному шуму, низкой стоимости, возможности работы при более высоких напряжениях, чем биполярные транзисторы, а также большому коэффициенту усиления напряжения и мощности.

Система обозначений полевых транзисторов такая же, как биполярных, но вторым элементом является буква П. Например,

КП302Б, КП350В. Вид структуры полевого транзистора данного типа указывается в справочниках вместе с параметрами и характеристиками.

Контрольные вопросы

1. Какой прибор называют полевым транзистором, какие существуют виды полевых транзисторов и чем отличается их устройство?

2. Объясните принцип действия каждого вида полевых транзисторов.

3. Нарисуйте стоковые характеристик.! каждого вида полевых транзисторов и объясните, чем они отличаются.

4. Нарисуйте стоко-затворные характеристики каждого вида полевых транзисторов и объясните, чем они отличаются.

5. Покажите, как определяются по характеристикам основные параметры полевых транзисторов.

6. Приведите примеры обозначения биполярных и полевых транзисторов в зависимости от мощности и частоты.

Глава 1.6. ТИРИСТОРЫ

1.6.1. Устройство и принцип действия тиристора

Тиристором называют полупроводниковый прибор, имеющий три или более р-п переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Типичная структура тиристора - четырехслойная, с чередующимися слоями полупроводника р-типа и л-типа: р\-п\-р2-П2 (рис. 1.45, а). На основе этой структуры в зависимости от числа

Рис. 1.45. Тиристор: а - упрощенная структура: б - схематическое устройство; / - алюминий; 2 - молибден; 3 - золото-сурьма

выводов могут быть изготовлены два типа тиристоров: диодные, называемые динисторами, и триодные, называемые тринистора-ми. Диодные тиристоры имеют два вывода: от наружного слоя р1 - вывод анода А; от наружного слоя 2 - вывод катода К. Триодные тиристоры имеют три вывода: кроме указанных основ-

ных выводов катода и анода - вывод управляющего электрода УЭ от одного из внутренних слоев р2 или ni.

Схематическое устройство тиристора показано на рис. 1.45,6. Исходным материалом служит кремний п-типа, в кристалле которого создается структура р-п-р-п. Слои рг и пг имеют большую концентрацию примесей, а pi и особенно п\ - меньшую. Пластину кремния с готовой четырехслойной структурой припаивают к кристаллодержателю. Контактные площадки создают металлизированием, а соединение их с внешними выводами осуществляется через вольфрамовые прокладки. Герметизированный корпус предохраняет кристалл от воздействия окружающей среды.

М п.

Uo6p l Unp 2

и обр Unp

Рис. 1.46. Схема включения тиристора без цепи управления (а); напряжения на /з-/2 переходах при включении в обратном (б) и прямом (в) направлениях

Принцип действия тиристора удобно рассмотреть сначала без влияния цепи управления, т. е. для включения его как динистора (рис. 1.46, а). Схема включения имеет только одну цепь между выводами анода и катода. Положительное анодное напряжение является прямым напряжением тиристора, а отрицательное - обратным. Между каждой парой соседних слоев, имеющих разные типы электропроводности, создается р-п переход. При обратном напряжении между анодом и катодом (рис. 1.46,6) переходы Hi и Пз находятся под обратным напряжением, а переход Пг - под прямым. На переходе Пг падение напряжения очень мало, поэтому все внешнее напряжение Ua распределяется фактически между переходами П] и Пз. В этом случае тиристор ведет себя так же, как диод при обратном напряжении; анодный ток практически отсутствует, и тиристор находится в закрытом состоянии.

При подаче на тиристор прямого напряжения (рис. 1.46, в)

полярность напряжений на р-п переходах изменится: на переходах П и Пз будет прямое напряжение, а на переходе Пг - обратное. В этом случае падение напряжения на крайних переходах Hi и Пз очень мало; фактически все внешнее напряжение приложено к среднему переходу Пг.

Физические процессы, объясняющие принцип действия тиристора при прямом напряжении, очень сложны. Рассмотрение их принято проводить, представив структуру тиристора в виде двух транзисторов с разными типами электропроводности, у каждого из которых база соединена с коллектором другого (рис. 1.47,а). Первый из этих двух транзисторов - Ti типа р-п-р - состоит

р-п-р

2 Б2

п -,р-п

Рис. 1.47. Представление тиристора в виде двух транзисторов: а - структура; б - двухтранзисторный эквивалент

из областей р\ - эмиттер, п\ - база, рг - коллектор, а второй - Гг типа п-р-п - содержит области Пг - эмиттер, рг - база, ni - коллектор. В соответствии с таким представлением тиристора его крайние слои называют эмиттерами, а средние - базами. Таким образом, переход П является эмиттерным переходом для транзистора Ti, а переход Пз - эмиттерным переходом для транзистора Гг; переход Яг является общим для обоих транзисторов коллекторным переходом. На эмнттерных переходах действует прямое напряжение, а на коллекторном - обратное, что соответствует рабочему режиму транзисторов. Двухтранзисторный эквивалент тиристора показан на рис. 1.47,6.

Ток в цепи тиристора h при отсутствии тока в цепи управления - это ток, протекающий последовательно через все четыре слоя его структуры, а значит, через оба эмиттера и коллекторный переход Яг. Поэтому можно написать следующие равенства:

/а = /эЬ /а = Дг h = 1п2-

Рассмотрим, какие составляющие входят в ток /яг через коллекторный переход. Для транзистора Ti ток через коллекторный переход равен ai/,i, где ai-коэффициент передачи тока

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.