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.

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 U_пр, ток управления I_у, температура и др.

Когда к тиристору (при U_у= 0 ) приложено напряжение U_пр 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 I_n. Дырки инжектируются из слоя p1 в слой n2  и далее проходят в слой p2, образуя дырочный ток I_p. В базах носители зарядов этих токов частично рекомбинируют. Поэтому через переход П2 проходит лишь часть этих потоков, определяемая коэффициентом передачи тока баз I_nи I_p.  Кроме того, через коллекторный переход П2 протекают электронная и дырочная составляющие тока утечки I_ут 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 I_р = I_n = I_к = 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 I_э и I_к коэффициент a  существенно меньше единицы. Поэтому при малых значениях U_пр проходящий через тиристор ток мал и определяется током утечки I_ут. 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.

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 U_вкл, 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.