Обновлено: 02.07.2024

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

2. Виды полупроводниковых материалов и приборов.

Наиболее интересные явления происходят при контакте полупроводников n- и р-типов. Эти явления используются в большинстве полупроводниковых приборов.
На рисунке 16.10 (161 учебник) изображена схема полупроводника, правая часть которого содержит донорные примеси и поэтому является полупроводником n-типа, а левая - акцепторные примеси и представляет собой полупроводник р-типа; между ними - зона перехода - зона, обедненная зарядами. В ней происходит рекомбинация электронов и дырок. Электроны изображены голубыми (розовыми) кружочками, дырки – серыми (черными).

Контакт двух полупроводников называют р-n- или n-р-переходом.

При образовании контакта электроны частично переходят из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, а дырки - в обратном направлении. В результате полупроводник n-типа заряжается положительно, а р-типа - отрицательно. Диффузия прекращается после того, как электрическое поле , возникающее в зоне перехода, начинает препятствовать дальнейшему перемещению электронов и дырок.
Включим полупроводник с р-n-переходом в электрическую цепь (рис.16.11) (162 учебник). Подключим сначала батарею так, чтобы потенциал полупроводника р-типа был положительным, а n-типа - отрицательным. При этом ток через р-n-переход создается основными носителями: из области n в область р - электронами, а из области р в область n - дырками (рис.16.12) (163 учебник).

Вследствие этого проводимость всего образца велика, а сопротивление мало.
Такой переход и называют прямым. Зависимость силы тока от разности потенциалов - вольт-амперная характеристика прямого перехода - изображена на рисунке 16.13 (164 учебник) сплошной линией.

Изменим теперь полярность подключения батареи. Тогда при той же разности потенциалов сила тока в цепи окажется значительно меньше, чем при прямом переходе. Это обусловлено следующим. Электроны через контакт идут теперь из области р в область n, а дырки - из области n в область р. Но ведь в полупроводнике р-типа мало свободных электронов, а в полупроводнике n-типа мало дырок. Теперь переход через контакт осуществляется неосновными носителями, число которых мало (рис.16.14) (165 учебник). Вследствие этого проводимость образца оказывается незначительной, а сопротивление - большим. Образуется так называемый запирающий слой. Такой переход называют обратным. Вольт-амперная характеристика обратного перехода изображена на рисунке 16.13 (164) штриховой линией.

Таким образом, р-n-переход можно использовать для выпрямления электрического тока. Такое устройство называется полупроводниковым диодом.
Полупроводниковые диоды изготовляют из германия, кремния, селена и других веществ.

1. Виды полупроводниковых материалов

В различных отраслях техники и производства применяемые

полупроводниковые материалы условно можно разбить на ряд групп:

•кристаллы - германий, кремний, селен и др.;

•оксиды металлов - оксиды титана, цинка, вольфрама, никеля, молибдена, кадмия, меди и др.;

•сульфиды - химические соединения, для их получения используют серу;

•селениды - химические соединения, в их состав входит селен;

•соединения галлия, индия с фосфором, алюминия, сурьмой, мышьяком и др.;

•кое-какие органические материалы (полимеры).

Из полупроводниковых материалов отметим германий (он исторически был первым полупроводником наряду с окисью меди) и кремний.

Кремний в настоящее время является полупроводником No 1.

Из других видов полупроводников можно отметить арсенид галлия, селен

Несколько десятилетий назад в электротехнике начали применять селеновые и меднозакисные полупроводниковые материалы для изготовления выпрямителей переменного тока. Широкое применение в дальнейшем нашли германиевые и кремниевые вентили. Применение полупроводниковых материалов на кремниевой основе особенно перспективно: неуправляемые и управляемые вентили в преобразовательной технике, интегральные схемы, нередко используются в радиоэлектронной промышленности для изготовления миниатюрных диодов, резисторов, транзисторов, конденсаторов, высоковольтные выпрямители для линий электропередач постоянного тока.

Также используют кремний и германий для изготовления фоторезисторов.

Для создания солнечных батарей применяют кремний - объединенных между собой фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного света в электрическую.

Большое применение солнечных батарей находят в космонавтике.

Большой интерес к полупроводникам вызван возможностью управления их свойствами путем добавления небольших количеств других веществ, т.н. легирования. Если добавлять легко ионизирующиеся вещества, т.е. вещества легко отдающие электроны, их еще называют веществами-донорами электронов, (например к германию добавить мышьяк) то можно создать полупроводник с электронной проводимостью.

2. Общие сведения о полупроводниковых приборах

Для преобразования электромагнитной энергии какого-то вида в электромагнитную энергию иного вида посредством осуществляемого взаимодействия электронов движущихся в газе, вакууме или же в полупроводнике с электромагнитными полями, предназначены электронные приборы.

За счет комбинации полупроводников р-и п-типа созданы различные электронные приборы: диоды, транзисторы, тиристоры и т.п. В энергетике полупроводники напрямую мало используются, но электронные компоненты на основе полупроводников используются достаточно широко. Это любая электроника на станциях, подстанциях, диспетчерских управлениях, службах и т. п.

В радиоэлектронике и электротехнике применяют нелинейные резисторы,

Их электрическое сопротивление не остается постоянным, а изменяется от приложенного к ним напряжения. От этого ток, проходящий по ним, растет нелинейно с увеличением напряжения. Например, по ряду причин в линиях электропередачи может значительно повыситься напряжение по сравнению с номинальным напряжением, что в свою очередь вызовет выход из строя аппаратуры управления и перерыв в электроснабжении потребителей - это явление называют перенапряжением. Разрядники позволяют избежать отрицательных последствий перенапряжений, изготовленные из нелинейных резисторов, которые устанавливают в линиях электропередачи. Также для изготовления стабилизаторов различного напряжения используют нелинейные резисторы, в ряде областей техники и регулирования частоты вращения электродвигателей, связанных с применением тока высокой частоты.

Термисторы - терморезисторы изготавливают из полупроводниковых

материалов -железа, оксидов меди, кобальта, цинка, марганца. Их главная особенность заключается в том, что они располагают большим по модулю отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Терморезисторы также широко применяют в различных устройствах

автоматики и радиоэлектроники. Теллуриды, сульфиды, селениды, применяют для изготовления фотоэлементов и фоторезисторов, так как от освещенности в значительной мере зависит их сопротивление.

Действие и устройство электронных ламп, применяемых в радиоэлектронике и радиотехнике, газоразрядных источников света, а также во многих других аналогичных приборах, относящихся к электронике, основано на явлении движения в полупроводнике электронов.

Электровакуумные приборы так же относятся к электронным приборам, такие как электронно - лучевые трубки, электронные лампы, и т.д. Полупроводниковые приборы тоже считаются электронными приборами, о них как раз пойдет речь в данном случае, но мы пока не будем рассматривать их все, а поговорим о некоторых полупроводниковых приборах.

На электронных процессах в полупроводниках основано действие

полупроводниковых приборов. Такие приборы служат в энергетике для

реорганизации одних видов энергии в другие, а в электронике - для реорганизации различных сигналов. По принципу действия, по назначению, виду материалов, из которых они изготовлены, классифицируют полупроводниковые приборы, а также по области применения по конструкции и технологии.

Полупроводниковые приборы, относящиеся к основному классу :

•оптоэлектронные приборы - фототранзисторы, фототиристоры, фоторезисторы, фотодиоды, полупроводниковые лазеры и др. Они

реорганизуют сигналы света в электрические и наоборот;

•термоэлектрические приборы - термисторы, термоэлементы, солнечные батареи, термоэлектрические генераторы и т. п. Они реорганизуют внутреннюю энергию в электрическую и наоборот;

•электропреобразовательные приборы - тиристоры, транзисторы,

полупроводниковые диоды. Они преобразуют одни электрические величины в другие.

Далее рассмотрены некоторые устройства, область и действие применения которых широко применяется в электротехнике полупроводниковых приборов - тиристоров, полупроводниковых диодов и транзисторов.

3 Виды полупроводниковых приборов. Читаем самостоятельно.

3.1. Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод - это прибор, который состоит из двух

полупроводниковых кристалловс разной проводимостью, и образующегося между ними электронно-дырочного перехода (толщина ~10(-7) м).

Полупроводниковые диоды в промышленности выпускают различного

исполнения, но можно говорить о двух видах диодов: точечных и плоскостных.

Рассмотрим, как создают р-n-переход, используя германий, обладающий проводимостью n-типа, с небольшой добавкой донорной примеси. Этот переход не удается получить путем механического соединения двух полупроводников с различными типами проводимости, так как при этом получается слишком большой зазор между полупроводниками. Толщина же р-n-перехода должна быть не больше межатомных расстояний, поэтому в одну из поверхностей образца вплавляют индий. Для создания полупроводникового диода полупроводник с примесью р-типа, содержащий атомы индия, нагревается до высокой температуры. Пары примеси n-типа (например, мышьяка) осаждают на поверхность кристалла. Вследствие диффузии они внедряются в кристалл, и на поверхности кристалла с проводимостью р-типа образуется область с электронным типом проводимости (рис.16.15). (166)

Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметичный металлический корпус.
Схематическое изображение диода приведено на рисунке 16.16 (167 б учебник). Полупроводниковые выпрямители обладают высокой надежностью и имеют большой срок службы. Однако они могут работать лишь в ограниченном интервале температур (от -70 до 125°С).

p-n-Переход по отношению к току оказывается несимметричным: в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше, чем в обратном.
Свойства р-n-перехода используют для выпрямления переменного тока. На протяжении половины периода изменения тока через переход, когда потенциал полупроводника р-типа положителен, ток свободно проходит через р-n-переход. В следующую половину периода ток практически равен нулю.

Типы разных полупроводниковых диодов имеют следующие обозначения:

О подробных данных по обозначению полупроводниковых диодов, а также их типах и параметрах, можно узнать в специальном справочнике о полупроводниковых приборах.

3.2. Транзисторы.

Из трех полупроводниковых кристаллов состоит транзистор,

из которых два обладают одинаковой проводимостью, а присутствующий между ними третий кристалл - с противоположной проводимостью. Таким образом, в транзисторе находятся два электронно-дырочных перехода.

Три части различают в транзисторах: эмиттер, коллектор и базу (основание).

Транзистор усиливает электрические сигналы - в этом можно убедиться

Пока не включен источник переменной ЭДС. Так как эмиттер соединен с

положительным полюсом источника тока, а коллектор - с отрицательным, то эмиттер на границах - база и база коллектор дырки не наталкиваются на заметное сопротивление, от этого сила тока коллектора приблизительно равна силе тока эмиттера (сила тока коллектора немного меньше вследствие рекомбинации электронов и дырок).

Поэтому транзисторы широко применяют для усиления электрических сигналов.

Более подробную информацию о транзисторных данных можно отыскать в справочниках по полупроводниковым приборам.

3.3. Тиристоры.

Полупроводниковый электропреобразовательный прибор с имеющимися тремя электронно-дырочными переходами называют тиристором, который обладает вентильным свойством.

Он работает по следующим принципам:

Если соединить с источником напряжения четырехслойный кристалл р1 -п1 -р2 -п2 всего в несколько вольт, то от этого в электронно-дырочных переходах 1 и 3 определится прямой ток, переход 2 будет заперт. В зависимости от увеличения напряжения, которое приложено к тиристору, проводимость его сначала незначительно возрастает. Тем не менее, при напряжении установленного порядка десятков или сотен вольт тиристор переходит скачкообразно в состояние с большой проводимостью, так сказать, включается и в нѐм образуется ток, определяемый напряжением источника тока и сопротивлением внешней цепи.

Эти явления, совершающиеся при этом в тиристоре, связаны с движением

электронов и их процессах, а также дырок через переходы П1, П2 и П3. (Мы не будем здесь это рассматривать из-за относительной сложности объяснения этого явления.)

Напряжение, при котором осуществляется скачкообразное переключение тиристора из состояния с небольшой проводимостью в большое, называют напряжением переключения.

Похожий эффект возможно получить, присоединив управляющий электрод к слою р2 тиристора, по которому пропущен ток, схожий по направлению с током через П3 переход.

Совершив изменение значения силы тока в управляющем электроде, возможно при стабильном напряжении источника тока включать или запирать тиристор. Самое малое значение силы тока в управляющем электроде, от которого осуществляется переключение тиристора, называют током управления.

Немного о представлении тиристора: к крайним областям монокристалла приставлены силовые электроды - катод и анод, а к одному из промежуточных слоев - управляющий электрод. В изготовлении тиристора четырехслойный монокристалл припаивают на кристаллодержатель и вмещают в герметичный корпус.

Действующее оформление в металлическом корпусе штыревого тиристора в основном не отличается от обычного плоскостного полупроводникового диода.

Также тиристор имеет внешний вид таблеточного типа. Тиристор во включѐнном состоянии пропускает большие токи, от чего впоследствии нагревается. Поэтому во время работы тиристоры нужно охлаждать, то есть к его металлокерамическому корпусу крепят радиатор (охладитель).

Тиристоры имеют широкое применение в управлении электроприводом, в вычислительной технике, в автоматике.

Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону).

Этот преобразователь имеет два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Назначение тиристора – выполнение функции электроключа, особенность которого – невозможность самостоятельного переключения в закрытое состояние. Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока. Основным материалом при производстве этого полупроводникового устройства является кремний. Корпус изготавливается из полимерных материалов или металла – для моделей, работающих с большими токами.

Устройство тиристора и области применения

В состав прибора входят 3 электрода:

• анод;
• катод;
• управляющий электрод.

Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет.

Принцип работы тиристоров

• характер нагрузки – индуктивная, реактивная;
• величина тока нагрузки;
• скорость и амплитуда увеличения управляющего импульса;
• температура среды устройства;
• уровень напряжения.

Переключение из одного состояния в другое осуществляется с помощью управляющих сигналов. Для полного отключения тиристора требуется выполнить дополнительные действия. Выключение осуществляется несколькими способами:

• естественное выключение (естественная коммутация);
• принудительное выключение (принудительная коммутация), этот вариант может осуществляться множеством способов.

При эксплуатации возможны незапланированные переключения из одного положения в другое, которые провоцируются перепадами характеристик электроэнергии и температуры.

Классификационные признаки

По способу управления различают следующие виды тиристоров:

Диодные (динисторы)

Активируются импульсом высокого напряжения, подаваемым на анод и катод. В конструкции присутствуют 2 электрода, без управляющего.

Триодные (тринисторы)

Разделяются на две группы. В первой управляющее напряжение поступает катод и электрод управления, во второй – на анод и управляющий электрод.

Симисторы

Выполняют функции двух включенных параллельно тиристоров.

Оптотиристоры

Их функционирование осуществляется под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.

По обратной проводимости тиристоры разделяются на:

• обратно проводящие;
• обратно непроводящие;
• с ненормируемым обратным значением напряжения;
• пропускающие токи в двух направлениях.

Основные характеристики тиристоров, на которые стоит обратить внимание при покупке

• Максимально допустимый ток. Эта величина характеризует наибольшее значение тока открытого тиристора. У мощных устройств она составляет несколько сотен ампер.
• Максимально допускаемый обратный ток.
• Прямое напряжение. Этот параметр тиристора равен падению напряжения при максимально возможном токе.
• Обратное напряжение. Характеризует максимально допустимое напряжение на устройстве, находящемся в закрытом состоянии, при котором оно не утрачивает способность выполнять свои функции.
• Напряжение включения. Это наименьшая величина, при которой возможно функционирование тиристора.
• Минимальный ток управляющего электрода. Равен величине тока, которого достаточно для активации устройства.
• Наибольшая допустимая рассеиваемая мощность.

Проверка тиристора на исправность

Прибор можно проверить несколькими способами, один из них – использование специального самодельного тестера, собираемого по представленной ниже схеме:

Такая схема предназначена для работы при напряжении 9-12 В. Для других значений напряжения питания производят перерасчет величин R1-R3.

Заключение

Тиристор - не полностью управляющий ключ. Если есть ток удержания, то перейдя в открытое состояние, тиристор остается в нем, даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход.

Полупроводниковые приборы - виды, обзор и использование

Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы . Поэтому, для понимания процессов функционирования электронных устройств необходимо знание устройства и принципа действия основных типов полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.

Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение.

Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.

Классификация полупроводниковых приборов

На основе беспереходных полупроводников изготавливаются полупроводниковые резисторы :

Варистор - сопротивление зависит от приложенного напряжения.

Терморезистор - сопротивление зависит от температуры. Различают два типа: термистор (с увеличением температуры сопротивление падает) и позисторы (с увеличением температуры сопротивление возрастает).

Фоторезистор - сопротивление зависит от освещенности (излучения). Тензорезистор - сопротивление зависит от механических деформаций.

Принцип работы большинства полупроводниковых приборов основывается на свойствах электронно-дырочного перехода p-n – перехода . [banner_dop] [/banner_dop]

Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n - перехода.

Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор.

Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области – анод, от n-области – катод.

Т.е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду.

Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U). Односторонняя проводимость диода видна из его ВАХ (рис. 1).

Рисунок 1 – Вольт-амперная характеристика диода

В зависимости от назначения полупроводниковые диоды подразделяют на выпрямительные, универсальные, импульсные, стабилитроны и стабисторы, туннельные и обращенные диоды, светодиоды и фотодиоды.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц) в постоянны, т.е. для выпрямления. Их основными параметрами являются максимально допустимый прямой ток Iпр mах и максимально допустимое обратное напряжение Uo6p max. Данные параметры называют предельными – их превышение может частично или полностью вывести прибор из строя.

С целью увеличения этих параметров изготавливают диодные столбы, сборки, матрицы, представляющие собой последовательно-параллальное, мостовое или другие соединения p-n-переходов.

Универсальные диоды служат для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен мегагерц). Параметры этих диодов те же, что и у выпрямительных, только вводятся еще дополнительные: максимальная рабочая частота (мГц) и емкость диода (пФ).

Импульсные диоды предназначены для преобразования импульсного сигнала, применяются в быстродействующих импульсных схемах. Требования, предъявляемые к этим диодам, связаны с обеспечением быстрой реакции прибора на импульсный характер подводимого напряжения - малым временем перехода диода из закрытого состояния в открытое и обратно.

Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, падение напряжения на которых мало зависит от протекающего тока. Служат для стабилизации напряжения.

Варикапы - принцип действия основан на свойстве p-n-перехода изменять значение барьерной емкости при изменении на нем величины обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов переменной емкости, управляемых напряжением. В схемах варикапы включаются в обратном направлении.

Светодиоды - это полупроводниковые диоды, принцип действия которых основан на излучении p-n-переходом света при прохождении через него прямого тока.

Фотодиоды – обратный ток зависит от освещенности p-n-перехода.

Диоды Шоттки – основаны на переходе металл-полупроводник, за счет чего обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды.

Рисунок 2 – Условно-графическое обозначение диоды

Подробнее о диодах смотрите здесь:

Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей.

Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток - действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины.

С распространением цифровой электроники и импульсных схем основным свойством транзистора является его способность находиться в открытом и закрытом состояниях под действием управляющего сигнала.

Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor - управляемый резистор. Это название неслучайно, так как под действием приложенного к транзистору входного напряжения сопротивление между его выходными зажимами может регулироваться в очень широких пределах.

Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

- по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные.

- по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой.

- по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и сверхвысокочастотные.

- по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные.

- по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др.

- по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах:

2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле.

3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т.е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле.

Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами и тремя выводами, обеспечивающей усиление мощности электрических сигналов.

В биполярных транзисторах ток обусловлен движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок, что и определяет их название.

На схемах транзисторы допускается изображать, как в окружности, так и без неё (рис. 3). Стрелка указывает направление протекания тока в транзисторе.

Рисунок 3 - Условно - графическое обозначения транзисторов n-p-n (а) и p-n-p (б)

Основой транзистора является пластина полупроводника, в которой сформированы три участка с чередующимся типом проводимости - электронным и дырочным. В зависимости от чередования слоев различают два вида структуры транзисторов: n-p-n (рис. 3, а) и p-n-p (рис. 3, б).

Эмиттер (Э) - слой, являющийся источником носителей заряда (электронов или дырок) и создающий ток прибора;

Коллектор (К) – слой, принимающий носители заряда, поступающие от эмиттера;

База (Б) - средний слой, управляющий током транзистора. [banner_adsense][/banner_adsense]

При включении транзистора в электрическую цепь один из его электродов является входным (включается источник входного переменного сигнала), другой - выходным (включается нагрузка), третий электрод - общий относительно входа и выхода. В большинстве случаев используется схема с общим эмиттером (рис 4). На базу подается напряжение не более 1 В, на коллектор более 1 В, например +5 В, +12 В, +24 В и т.п.

Рисунок 4 – Схемы включения биполярного транзистора с общим эмиттером

Ток коллектора возникает только при протекании тока базы Iб (определяется Uбэ). Чем больше Iб, тем больше Iк. Iб измеряется в единицах мА, а ток коллектора - в десятках и сотнях мА, т.е. IбIк. Поэтому при подаче на базу переменного сигнала малой амплитуды, малый Iб будет изменяться, и пропорционально ему будет изменяться большой Iк. При включении в цепь коллектора сопротивления нагрузки, на нем будет выделяться сигнал, повторяющий по форме входной, но большей амплитуды, т.е. усиленный сигнал.

К числу предельно допустимых параметров транзисторов в первую очередь относятся: максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.mах, напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ.mах, ток коллектора Iк.mах.

Для повышения предельных параметров выпускаются транзисторные сборки, которые могут насчитывать до нескольких сотен параллельно соединенных транзисторов, заключенных в один корпус.

Биполярные транзисторы ныне используются все реже и реже, особенно в импульсной силовой технике. Их место занимают полевые транзисторы MOSFET и комбинированные транзисторы IGBT , имеющие в этой области электроники несомненные преимущества.

В полевых транзисторах ток определяется движением носителей только одного знака (электронами или дырками). В отличии от биполярных, ток транзистора управляется электрическим полем, которое изменяет сечение проводящего канала.

Так как нет протекания тока во входной цепи, то и потребляемая мощность из этой цепи практически равна нулю, что несомненно является достоинством полевого транзистора.

Конструктивно транзистор состоит из проводящего канала n- или p-типа, на концах которого находятся области: исток, испускающий носители заряда и сток, принимающий носители. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, регулирующий ток в цепи за счет изменения сечения проводящего канала.

Различают полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода и с изолированным затвором.

У полевых транзисторов с изолированным затвором между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой из диэлектрика - МДП-транзисторы (металл - диэлектрик - полупроводник), частный случай - окисел кремния - МОП-транзисторы.

МДП-транзистор со встроенным каналом имеет начальную проводимость, которая при отсутствии входного сигнала (Uзи = 0) составляет примерно половине от максимальной. В МДП-транзисторы с индуцированным каналом при напряжении Uзи=0 выходной ток отсутствует, Iс =0, так как проводящего канала изначально нет.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом называют также MOSFET транзисторы. Используются в основном в качестве ключевых элементов, например в импульсных источниках питания.

Ключевые элементы на МДП-транзисторах имеют ряд преимуществ: цепь сигнала гальванически не связана с источником управляющего воздействия, цепь управления не потребляет тока, обладают двухсторонней проводимостью. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, не боятся перегрева.

Подробнее о транзисторах смотрите здесь:

Тиристор - это полупроводниковый прибор, работающие в двух устойчивых состояниях – низкой проводимости (тиристор закрыт) и высокой проводимости (тиристор открыт). Конструктивно тиристор имеет три или более p-n – переходов и три вывода.

Кроме анода и катода, в конструкции тиристора предусмотрен третий вывод (электрод), который называется управляющим.

Тиристор предназначен для бесконтактной коммутации (включения и выключения) электрических цепей. Характеризуются высоким быстродействием и способностью коммутировать токи весьма значительной величины (до 1000 А). Постепенно вытесняются коммутационными транзисторами.

Рисунок 5 - Условно - графическое обозначение тиристоров

Динисторы (двухэлектродные) - как и обычные выпрямительные диоды имеют анод и катод. С увеличением прямого напряжения при определенном значении Ua = Uвкл динистор открывается.

Тиристоры (тринисторы - трехэлектродные) - имеют дополнительный управляющий электрод; Uвкл изменяется током управления, протекающим через управляющий электрод.

Для перевода тиристора в закрытое состояние необходимо подать напряжение обратное (- на анод, + на катод) или уменьшить прямой ток ниже значения, называемого током удержания Iудер.

Запираемый тиристор – может быть переведен в закрытое состояние подачей управляющего импульса обратной полярности.

Симисторы (симметричные тиристоры) - проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры применяются в качестве бесконтактных переключателей и управляемых выпрямителей в устройствах автоматики и преобразователях электрического тока. В цепях переменного и импульсных токов можно изменять время открытого состояния тиристора, а значит и время протекания тока через нагрузку. Это позволяет регулировать мощность, выделяемую в нагрузке.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео:

Читайте также:

  
• Конспект занятия звуки а у буквы а у
  
• Картина натюрморт 3 класс конспект урока
  
• Зачем строят самолеты конспект урока 1 класс школа россии
  
• Конспект интегрированного занятия по развитию речи во 2 младшей группе
  
• Деловое письмо адрес 5 класс 8 вид конспект урока