Файл: Electron_SE.pdf

51

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

– âíóòð³øí³é îï³ð 

;

const

U

dI

dU

r

ÇÂ

Ñ

ÑÂ

i

=

=

– êðóòèçíà ñò³ê-çàòâîðíî¿ õàðàêòåðèñòèêè 

;

const

U

dU

dI

S

ÑÂ

ÇÂ

Ñ

=

=

– âõ³äíèé îï³ð 

,

Ç

ÇÂ

âõ

dI

dU

r =

 ñòàíîâèòü äåñÿòêè ìåãàîì.

2.5.3. Ñ²Ò-òðàíçèñòîðè

Ó ñåðåäèí³ 70-õ ðîê³â ìèíóëîãî ñòîë³òòÿ áàãàòîð³÷í³ äîñë³äæåííÿ –

Ó. Øåêë³ (ÑØÀ) ç 1940 ð., Í³ø³çàâà (ßïîí³ÿ) ç 1950 ð. – çàâåðøèëèñü

ñòâîðåííÿì ÏÒ ³ç ñòàòè÷íîþ ³íäóêö³ºþ: Ñ²Ò-òðàíçèñòîðà. Öåé òðàí-

çèñòîð,  áóäó÷è  çà  ñóòòþ  ÏÒ  ç  êåðóþ÷èì p-n  ïåðåõîäîì,  º  òâåðäî-

ò³ëüíèì àíàëîãîì åëåêòðîííîâàêóóìíî¿ ëàìïè–òð³îäà, ó ÿêî¿ âèõ³äíà

ÂÀÕ ïðè íóëüîâîìó çíà÷åíí³ ñèãíàëó êåðóâàííÿ çà ôîðìîþ íàãàäóº

ÂÀÕ  p-n ïåðåõîäó. Ç ðîñòîì íåãàòèâíî¿ íàïðóãè êåðóâàííÿ õàðàêòå-

ðèñòèêè çñóâàþòüñÿ âïðàâî.

Íà â³äì³íó â³ä ïëîùèííî¿ ãîðèçîíòàëüíî¿ êîíñòðóêö³¿ ÏÒ ç êåðóþ-

÷èì p-n ïåðåõîäîì, Ñ²Ò-òðàíçèñòîð ìຠâåðòèêàëüíó êîíñòðóêö³þ:

ð-øàðè çàòâîðó ââîäÿòüñÿ â n-øàð âåðòèêàëüíî. Òàêå âèêîíàííÿ  çà-

áåçïå÷óº ðîáîòó ïðèëàäó ïðè íàïðóãàõ äî 2000 Â é ÷àñòîòàõ äî 500 êÃö.

À ðîçì³ùåííÿ íà îäíîìó êðèñòàë³ âåëèêîãî ÷èñëà åëåìåíòàðíèõ òðàí-

çèñòîð³â ³ç íàñòóïíèì ïàðàëåëüíèì ç’ºäíàííÿì ê³ëüêîõ òèñÿ÷ åëåìåí-

òàðíèõ ñòðóêòóð çàáåçïå÷óº ðîáî÷³ ñòðóìè äî 500 À – öå âæå º ñèëî-

âèé åëåêòðîííèé ïðèëàä!

Êð³ì ðîáîòè ó ðåæèì³ ÏÒ, öåé òðàíçèñòîð ìîæå ïðàöþâàòè ³ ó ðå-

æèì³ á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, êîëè íà çàòâîð ïîäàºòüñÿ ïîçèòèâíå

çì³ùåííÿ ³ ïðîò³êຠñòðóì êåðóâàííÿ. Ïðè öüîìó ïàä³ííÿ íàïðóãè íà

ïðèëàä³ ó â³äêðèòîìó ñòàí³ çíà÷íî çìåíøóºòüñÿ.

Ñòðóêòóðà, óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òà âèõ³äí³ ÂÀÕ n-êàíàëüíîãѲÒ-

òðàíçèñòîðà íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.30. Çâåðí³òü óâàãó: â çîáðàæåíí³ ñòðóê-

òóðè òðàíçèñòîðà ³íäåêñè ïðè ïîçíà÷åíí³ òèïó ïðîâ³äíîñò³ íàï³âïðî-

â³äíèêà (íàïðèêëàä, n

+

, n

–

) âêàçóþòü íà ñòóï³íü éîãî ëåãóâàííÿ –

íà ââåäåííÿ á³ëüøî¿ àáî ìåíøî¿ ê³ëüêîñò³ äîì³øêè, ó äàíîìó ðàç³ –

äîíîðíî¿.

52

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Ñ

Â

Ç

á)

à)

p

+

p

+

n

+

n

-

n

+

ñò³ê

âèò³ê

çàòâîð

êà

íà

ë

U

Ç 

= 0 

Â

U

ÑÂ

U

Ç 

> 0

U

Ç 

<0

(I

Ç 

= 0)

I

Ñ

(I

Ç 

> 0)

â)

Ðåæèì

ïîëüîâîãî

òðàíçèñòîðà

Ðåæèì

á³ïîëÿðíîãî

òðàíçèñòîðà

Ðèñ. 2.30 – Ñòðóêòóðà (à), óìîâíå ïîçíà÷åííÿ (á) òà âèõ³äí³ ÂÀÕ (â)

n-êàíàëüíîãî Ñ²Ò-òðàíçèñòîðà

2.5.4. Ïîëüîâ³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì

(ÌÄÍ-òðàíçèñòîðè)

Íà â³äì³íó â³ä ÏÒ ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì, ó ÿêèõ çàòâîð ìຠáåçïî-

ñåðåäí³é åëåêòðè÷íèé êîíòàêò ³ç ñóì³æíîþ çîíîþ ñòðóìîïðîâ³äíîãî êàíà-

ëó, ó ÌÄÍ-òðàíçèñòîð³â çàòâîð, ùî ÿâëÿº ñîáîþ, íàïðèêëàä, àëþì³í³ºâó

ïë³âêó (Al), ³çîëüîâàíèé â³ä çàçíà÷åíî¿ çîíè øàðîì ä³åëåêòðèêà. Òîìó

ÌÄÍ-òðàíçèñòîðè íàëåæàòü äî êëàñó ÏÒ ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì.

53

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Íàÿâí³ñòü ä³åëåêòðèêà çàáåçïå÷óº âèñîêèé âõ³äíèé îï³ð öèõ òðàíçèñòîð³â

(10

12

¸

 10

14 

Îì).

×àñò³øå ÿê ä³åëåêòðèê âèêîðèñòîâóþòü îêñèä êðåìí³þ (SiO

2

), ³ òîä³

ÏÒ íàçèâàþòü ÌÎÍ-òðàíçèñòîðîì (ìåòà렖 îêñè䠖 ÍÏ). Òàê³ òðàí-

çèñòîðè áóâàþòü ³ç âáóäîâàíèì òà ³íäóêîâàíèì êàíàëàìè. Îñòàíí³ á³ëüø

ðîçïîâñþäæåí³.

Êîíñòðóêö³ÿ ÌÎÍ-òðàíçèñòîðà ç ³íäóêîâàíèì êàíàëîì n-òèïó çîáðà-

æåíà íà ðèñ. 2.31.

ð

  n

  n

Â

Ç

Ñ

  SiO

2

  Al

à)

I

Ñ

U

ÇÂ

U

Ç ïîðîã

á)

Ðèñ. 2.31 – Êîíñòðóêö³ÿ (à) ³ ñò³ê-çàòâîðíà õàðàêòåðèñòèêà (á)

ÌÎÍ-òðàíçèñòîðà ç ³íäóêîâàíèì êàíàëîì

Ïðè U

Ç 

= 0 àáî â³ä’ºìíîìó, ²

Ñ

 = 0 (äâà p-n ïåðåõîäè óâ³ìêíåí³ çóñòð³÷-

íî). Ïðè ïîçèòèâí³é íàïðóç³ íà çàòâîð³ â³äíîñíî âèòîêó ïîâåðõíåâèé øàð

íà ìåæ³ ÍÏ ³ç ä³åëåêòðèêîì çáàãà÷óºòüñÿ åëåêòðîíàìè, ùî ïðèòÿãóþòü-

ñÿ ç ãëèáèíè ð-øàðó (äå âîíè º çàâäÿêè òåïëîâ³é ãåíåðàö³¿ â³ëüíèõ íîñ³¿â

çàðÿäó) äî çàòâîðó: âèíèêຠÿâèùå ³íâåðñ³¿ ÍÏ ó ïðèìåæîâ³é çîí³, êîëè ð-

øàð ñòຠn-øàðîì. Òàêèì ÷èíîì, ì³æ çîíàìè n-øàð³â íàâîäèòüñÿ (³íäó-

êóºòüñÿ) êàíàë, ïî ÿêîìó ìîæå ïðîò³êàòè ñòðóì â³ä ñòîêó äî âèòîêó.

Îòæå, ïðè U

Ç 

= 0 ÌÎÍ-òðàíçèñòîð çàêðèòèé. À äëÿ éîãî â³äêðèâàí-

íÿ, ÿê âèäíî ç ñò³ê-çàòâîðíî¿ ÂÀÕ (ðèñ. 2.31,á), U

ÇÂ

 ïîâèííî ïåðåâèùè-

òè äåÿêå ïîðîãîâå çíà÷åííÿ U

Ç ïîðîã

 çà ÿêîãî âèíèêຠêàíàë.

Ïðè íàÿâíîñò³ ñòðóìó ñòîêó, ÿê ³ ó òðàíçèñòîðà ç êåðóþ÷èì p-n ïå-

ðåõîäîì, çà ðàõóíîê ðîçïîä³ëåííÿ ïî äîâæèí³ êàíàëó ïàä³ííÿ íàïðóãè

â³ä íóëÿ äî U

ÑÂ

, êàíàë (p-n ïåðåõ³ä ì³æ ç’ºäíàíèìè êàíàëîì çîíàìè n

òà çîíîþ p) çâóæóºòüñÿ ó íàïðÿìêó ñòîêó. Çà äåÿêîãî çíà÷åííÿ íàïðóãè

U

ÑÂ

 êàíàë ïåðåêðèâàºòüñÿ òàê, ùî ïîäàëüøå çá³ëüøåííÿ ñòðóìó ñòîêó

íå â³äáóâàºòüñÿ. Òîìó âèõ³äí³ ÂÀÕ ÏÒ ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì ïîä³áí³

54

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

äî ÂÀÕ ÏÒ ç êåðóþ÷èì p-n ïåðåõîäîì, ò³ëüêè õàðàêòåðèñòèêè ïðîõî-

äÿòü âèùå ç³ çá³ëüøåííÿì íàïðóãè U

ÇÂ

.

Ó ÏÒ ç âáóäîâàíèì êàíàëîì çîíè n-òèïó ç’ºäíàíî ïåðåòèíêîþ – òîí-

êèì øàðîì n-òèïó. Â ðåçóëüòàò³ êàíàë ï³ä ä³ºþ íàïðóãè U

ÇÂ

 ìîæå ÿê

ðîçøèðþâàòèñü, òàê ³ çâóæóâàòèñü (äî ïîâíîãî çìèêàííÿ) çàëåæíî â³ä

çíàêó U

ÇÂ

.

Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ÌÄÍ-òðàíçèñòîð³â íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.32.

Â

Ñ

Ç

Â

Ñ

Ç

Â

Ñ

Ç

Â

Ñ

Ç

à)                          á)                         â)                         ã)

Ðèñ. 2.32 – Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ÌÄÍ-òðàíçèñòîð³â ç êàíàëàìè:

âáóäîâàíèì n-òèïó (à); âáóäîâàíèì p-òèïó (á); ³íäóêîâàíèì n-òèïó (â);

³íäóêîâàíèì p-òèïó (ã)

ÏÒ øèðîêî âèêîðèñòîâóþòü ÿê äèñêðåòí³ êîìïîíåíòè åëåêòðîííèõ

ïðèñòðî¿â, à òàêîæ ó ñêëàä³ ³íòåãðàëüíèõ ì³êðîñõåì.

Çàçíà÷èìî, ùî ó ñèëîâèõ ïðèñòðîÿõ á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè îñòàíí³ì

÷àñîì ïðàêòè÷íî âèò³ñíåí³ ïîëüîâèìè.

2.5.5. Á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì (ÁÒ²Ç)

Á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì (ÁÒ²Ç, àíãë³éñüêîþ:

IGBT – insulated gate bipolar transistor) ç’ÿâèëèñÿ ó 80-õ ðîêàõ ìèíó-

ëîãî ñòîë³òòÿ ³ â³äòîä³ ³íòåíñèâíî âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê ñèëîâ³ ïðèëàäè,

âèò³ñíÿþ÷è ó áàãàòüîõ çàñòîñóâàííÿõ òèðèñòîðè.

Ñòðóêòóðà, óìîâíå ïîçíà÷åííÿ, åêâ³âàëåíòíà ñõåìà òà âèõ³äí³ ÂÀÕ

ÁҲǠíàâåäåí³ íà ðèñ. 2.33.

ßê âèäíî, â³í ÿâëÿº ñîáîþ ñêëàäíó áàãàòîøàðîâó ñòðóêòóðó, ñòâî-

ðåííÿ ÿêî¿ ñòàëî ìîæëèâèì ³ç ðîçâèòêîì ³íòåãðàëüíî¿ òåõíîëî㳿: öå âæå,

ôàêòè÷íî, ³íòåãðàëüíà ì³êðîñõåìà.

Òàêó ñòðóêòóðó ùå íàçèâàþòü ñõåìîþ ïñåâäî-Äàðë³íãòîíà, õî÷à â³ðí³-

øå áóëî á íàçâàòè ¿¿ ñõåìîþ ïñåâäî-Øèêëà¿ (äèâ. ðèñ. 2.22,à òà ðèñ. 2.23.)

Òàêèì ÷èíîì, ÁҲǠº ïðèëàäîì êîìá³íîâàíîãî òèïó, ùî ïîºäíóº ó

ñîá³ ïåðåâàãè á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîð³â (íåâåëèê³ âòðàòè ïîòóæíîñò³) ³

ïîëüîâèõ (íåâåëèêà ïîòóæí³ñòü êåðóâàííÿ).

55

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Ðèñ. 2.33 – Ñòðóêòóðà (à), óìîâíå ïîçíà÷åííÿ (á), åêâ³âàëåíòíà ñõåìà (â)

òà âèõ³äí³ ÂÀÕ (ã) ÁÒ²Ç

Ö³ òðàíçèñòîðè ìàñîâî âèïóñêàþòüñÿ íà íàïðóãè äî 1800 Â çà ÷àñ-

òîòè 100 êÃö òà ñèëè ñòðóìó äî 2000 À, ùî çàáåçïå÷óºòüñÿ ïàðàëåëü-

íèì ç’ºäíàííÿì âåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ (äî ê³ëüêîõ ñîòåíü òèñÿ÷) åëåìåíòàð-

íèõ òðàíçèñòîð³â íà îäíîìó êðèñòàë³ (ÿê ³ ó Ñ²Ò-òðàíçèñòîðà).

Ïðè ðîçðàõóíêó ñèëîâèõ åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â îäíèì ³ç îñíîâíèõ

ïàðàìåòð³â åëåêòðîííèõ êëþ÷îâèõ ïðèëàä³â (ùî âèçíà÷ຠâòðàòè åíåð㳿

ó ïðèëàä³, à, îòæå, ñòóï³íü éîãî íàãð³âó) º ïàä³ííÿ  íàïðóãè íà ïðèëàä³ ó

â³äêðèòîìó ñòàí³, äëÿ òðàíçèñòîð³â – ó ðåæèì³ íàñè÷åííÿ.

Ç íàâåäåíèõ íà ðèñ. 2.33,ã âèõ³äíèõ ÂÀÕ ÁҲǠòèïó SKM 500 GA-3

ô³ðìè SEMIKRON (ͳìå÷÷èíà), ìàêñèìàëüíå çíà÷åííÿ ñòðóìó êîëåêòîðà