Электронная техника и преобразователи: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 21

8.   Покажите полярность подключения питания к полевым транзисторам различных типов с различными типами проводимости канала?

9.   Что такое выходная характеристика полевого транзистора?

10. Дайте определение проходной характеристики полевого транзистора?

11. Назовите основные параметры полевого транзистора?

Литература

1.  С.Н. Засорин и др. Электронная и преобразовательная техника. М., Транспорт. 1981, стр. 85-89.

2.  А.Т.Бурков. Электронная техника и преобразователи.- М., Транспорт, 1999, стр. 75-81.

3.  А.Е.Зорохович, С.С.Крылов. Основы электроники для локомотивных бригад. – М.: Транспорт, 1992, стр. 58- 60.

4.  Г.Н.Акимова. Электронная техника. – М.: Маршрут, 2003, стр. 55-65.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение принципа действия и свойств тиристора, особенностей его работы и характеристик. Определение основных параметров тиристоров и их применения для разработки устройств преобразовательской техники.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Принцип действия. 

Тиристоры - полупроводниковые приборы, имеющие три и более последовательно образованных p - n - переходы. Тиристоры подразделяются  на диодные и триодные. Первые имеют два вывода ( электрода ), а вторые  - три. В настоящее время любой полупроводниковый прибор, имеющий структуру  p - n -p - n- типа, называют тиристором. Диодные тиристоры называют также динисторами, или переключающими четырехслойными неуправляемыми диодами, а триодные - тринисторами, или переключающими четырехслойными управляемыми диодами.

Таким образом, тиристоры принадлежат к классу полупроводниковых приборов с многослойной структурой, обладающих двумя устойчивыми состояниями равновесия: состоянием с низкой проводимостью и состоянием с высокой проводимостью. Структура тиристора p - n -p -nпоказана на рис.4.1.

Подпись: Рис.4.1. Тиристоры со структурой p-n-p-n- типа.Тиристоры имеют три вывода: анод А и катод К из крайних областей и управляющий электрод УЭ. Тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы (рис, 4.2.) состоящей из двух транзисторов p - n - pи  n - p - nс объединенными базовыми и коллекторными областями. В соответствии с этим средние слои тиристора называют базовыми областями, или базами прибора, а крайние - эмиттерами. Переход П2 служит коллекторным переходом как для левой части прибора, так и для правой и называется коллекторным переходом. Крайние П1 и П3 переходы по аналогии с транзисторным аналогом называются эмиттерными переходами.

Переключение тиристора из одного состояния в другое обусловлено дейстием внешних факторов, вызывающих смещение переходов П1 и П3 в прямом направлении и приводящих к увеличению коэффициента передачи дырочного и электронного токов, протекающих через эти переходы, а также коэффициента лавинного умножения. К таким факторам относятся напряжение на аноде Uпр, ток управления Iу, температура и др.

Подпись: Рис. 4.2. Транзисторный аналог триодного тиристора.Когда к тиристору (при Uу= 0 ) приложено напряжение Uпр в прямом направлении (рис.4.1), переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении и открыты, но тиристор заперт переходом П2 (между слоями n1 - p2 ), который включен в непроводящем направлении. При этом практически все напряжение приложено к закрытому переходу П2.

Через вентиль при этом проходят два встречно направленных потока носителей зарядов. Электроны инжектируются из слоя n2 в слой p2 и далее проходят в слой n1, образуя электронный ток In. Дырки инжектируются из слоя p1 в слой n2  и далее проходят в слой p2, образуя дырочный ток Ip. В базах носители зарядов этих токов частично рекомбинируют. Поэтому через переход П2 проходит лишь часть этих потоков, определяемая коэффициентом передачи тока баз Inи Ip.  Кроме того, через коллекторный переход П2 протекают электронная и дырочная составляющие тока утечки Iут неосновных носителей зарядов (обратного тока коллекторного перехода ). Поэтому суммарный ток, проходящий через коллекторный переход П2:

Так как электронный и дырочный токи тиристора одинаковы (см.рис.4.2), то есть Iр = In = Iк = I, то

В полученном выражении не учитывается эффект лавинного умножения носителей заряда, который характерен для p - nпереходов с большой напряженностью электрического поля. Напряженность электрического поля в переходе П2, как правило, достаточно велика, так как рабочие напряжения, применяемые в цепях с четырехслойными приборами достаточно велики. Это обусловливает возникновение эффекта лавинного умножения носителей зарядов в коллекторном переходе и определяется коэффициентом лавинного умножения носителей m, который представляет собой отношение числа носителей, выходящих из перехода П2, к числу носителей, входящих в него. Пренебрегая разницей  в значениях m для электронов и «дырок», получаем:

.

Как известно, в транзисторах при малых значениях тока Iэ и Iк коэффициент a  существенно меньше единицы. Поэтому при малых значениях Uпр проходящий через тиристор ток мал и определяется током утечки Iут. Величина этого тока очень мало растет с увеличением напряжения. Этот режим называется  режимом  прямого запертого состояния тиристора, ему соответствует участок ОА прямой ветви вольт-амперной характерис-тики тиристора (рис.4.3).

В этом режиме концентрация основных носителей в базах с увеличением напряжения меняется очень мало. Поток «дырок» в n1  - базу из p1 -эмиттера примерно равен притоку «дырок» направо через коллекторный переход в p2 - базу.

Подпись: Рис. 4.3. Вольт-амперная характеристика тиристора.Избыточные «дырки» в p2 - базе уходят через правый эмиттерный переход П3 в n2 - эмиттер и частично компенсируются встречным потоком электронов из первого эмиттера. Условия движения этих электронов справа налево подобны только что описанным для «дырок».

При дельнейшем увеличении приложенного к вентилю напряжения до значения Uвкл, которое называется напряжением включения, происходит процесс, аналогичный происходящему в транзисторах. При переходе из закрытого состояния в открытое в нем развивается регенеративный процесс, возникающий вследствие внутренней положительной обратной связи, имеющий место в приборе.