Файл: Electron_SE.pdf

56

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ÿêîãî ñòàíîâèòü 550 À, âèäíî (òóò ïîêàçàíî ïî÷àòêîâ³ ä³ëÿíêè ÂÀÕ),

ùî ïàä³ííÿ íàïðóãè íà òðàíçèñòîð³ ó ðåæèì³ íàñè÷åííÿ äîñèòü çíà÷íå.

Á³ëüø òîãî, âîíî íå áóâຠìåíøèì äåñü çà 0,8 Â. Öå ïîÿñíþºòüñÿ íà-

ÿâí³ñòþ â îáëàñò³ êîëåêòîðà ÁҲǠáàçî-åì³òåðíîãî p-n ïåðåõîäó á³ïî-

ëÿðíîãî òðàíçèñòîðà p-n-p òèïó. Çíà÷åííÿ ïàä³ííÿ íàïðóãè çàëåæèòü

â³ä ïëîù³ p-n ïåðåõîäó ³ îᒺìó n øàðó.

Àíàëîã³÷í³ ïàðàìåòðè á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîð³â êðàù³ (ïàä³ííÿ íàïðó-

ãè ó ðåæèì³ íàñè÷åííÿ ñêëàäຠâ³ä 0,2 Â). Ó òðàäèö³éíèõ òèðèñòîð³â âîíè

òàêîæ êðàù³ (ïàä³ííÿ ñòàíîâèòü â³ä 1 Â – ó ïîð³âíÿíí³ ç á³ïîëÿðíèìè

òðàíçèñòîðàìè âîíî çá³ëüøåíå íà ïàä³ííÿ íà áàçî-åì³òåðíîìó ïåðåõîä³

á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà p-n-p òèïó, ùî çðîçóì³ëî ç åêâ³âàëåíòíî¿ ñõåìè

òèðèñòîðà, íàâåäåíî¿ íà ðèñ. 2.34,á). Ó òèðèñòîð³â, ïðèçíà÷åíèõ äëÿ ðîáîòè

íà ï³äâèùåíèõ ÷àñòîòàõ (ñîòí³ ãåðö), ïàä³ííÿ äåñü òàêå æ, ÿê ³ ó ÁÒ²Ç.

À âçàãàë³ âèõ³äí³ ÂÀÕ ÁÒ²Ç, ÿêùî íå âðàõîâóâàòè íàâåäåíîãî âèùå,

ïîä³áí³ äî âèõ³äíèõ ÂÀÕ ÏÒ ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì.

Îêð³ì äèñêðåòíîãî âèêîíàííÿ, ÁҲǠòàêîæ ïðîäóêóþòü ³ ó âèãëÿä³

ìîäóë³â, â ÿêèõ ì³ñòèòüñÿ â³ä îäíîãî äî ñåìè òðàíçèñòîð³â, à òàêîæ

çâîðîòí³ ä³îäè (äèâ. VD íà ðèñ. 2.22,á). Öå äîçâîëÿº çìåíøèòè ãàáàðè-

òè åëåêòðîííèõ ïðèñòðî¿â (ïðèêëàä âèêîíàííÿ äèâ. ó ïï. 11.4).

Òàêîæ çàçíà÷èìî, ùî ô³ðìîþ Toshiba semiconductor ðîçðîáëåíî á³ïî-

ëÿðíèé òðàíçèñòîð ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì òà çá³ëüøåíîþ ³íæåêö³ºþ IEGT

(Injection Enhanced Gate Transistor). Öåé ïðèëàä ìຠïðÿìó (çàëèøêîâó)

íàïðóãó ³ ãóñòèíó ñòðóìó, ùî â³äïîâ³äàþòü ïîòóæíèì á³ïîëÿðíèì (çâè-

÷àéíèì) òèðèñòîðàì, à äèíàì³÷í³ ïàðàìåòðè ïåðåìèêàííÿ õàðàêòåðí³ äëÿ

IGBT. Çàðàç âèïóñêàºòüñÿ ê³ëüêà òèï³â IEGT–ìîäóë³â ïðèòèñêíî¿ òà ïàÿíî¿

êîíñòðóêö³¿, ó òîìó ÷èñë³ ³ íàäïîòóæíèõ íà ñòðóì 750 À ³ íàïðóãó 6,5 êÂ.

Ó ïîºäíàíí³ ç øèðîêîþ íîìåíêëàòóðîþ òèïîâèõ êåðóþ÷èõ ïðèñòðî¿â

ó ì³êðîâèêîíàíí³ ÁҲǠó íàø ÷àñ ÿêíàéøèðøå çàñòîñîâóþòü â ïðè-

ñòðîÿõ åíåðãåòè÷íî¿ åëåêòðîí³êè.

2.6. Ïåðåìèêàþ÷³ íàï³âïðîâ³äíèêîâ³ ïðèëàäè

(òèðèñòîðè)

Òèðèñòîð (â³ä ãðåöüêîãî thyra – äâåð³ + ðåçèñòîð) – öå íàï³âïðîâ³ä-

íèêîâèé ïðèëàä, ùî ìຠáàãàòîøàðîâó ñòðóêòóðó ³ ÂÀÕ ÿêîãî ìຠä³ëÿí-

êó ç íåãàòèâíèì îïîðîì. Éîãî âèêîðèñòîâóþòü ÿê ïåðåìèêà÷ ñòðóìó.

57

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Òèðèñòîðè áóâàþòü äâîåëåêòðîäí³ (àáî ä³îäí³) – äèí³ñòîðè òà òðè-

åëåêòðîäí³ (àáî òð³îäí³) – òðèí³ñòîðè.

2.6.1. Äèí³ñòîðè

Äâîåëåêòðîäíèé òèðèñòîð (äèí³ñòîð) âïåðøå áóëî îïèñàíî Äæ. Ìîë-

ëîì (ÑØÀ) ó 1956 ðîö³.

Äèí³ñòîð ìຠ÷îòèðèøàðîâó ñòðóêòóðó, ÿê çîáðàæåíî íà ðèñ. 2.34.

Ó íüîãî º òðè p-n ïåðåõîäè, ïðè÷îìó, çà çàçíà÷åíî¿ ïîëÿðíîñò³ äæåðåëà

íàïðóãè U

A

, äâà êðàéí³ ç íèõ (Ï

1

 ³ Ï

3

) çì³ùåí³ ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó, à

ñåðåäí³é (Ï

2

) – ó çâîðîòíîìó (ðèñ. 2.34,à).

À

À

Ï

1

I=I

E2

I=I

E1

I=I

E1

Ê

1

,

Á

2

Á

1

,

Ê

2

I

Ê1

=I

Á2

I

Á1

=I

Ê2

I=I

E2

U

A

U

A

Ï

2

Àíîä

Êàòîä

E

2

R

í

V

Ò2

V

Ò1

Ê

2

Ê

1

Á

2

Á

1

E

2

E

1

E

1

Ï

3

n

p

n

p

_

_

+

+

p

p

n

p

n

n

R

í

Êàòîä

Àíîä

 à)                                                   á)

Ðèñ. 2.34 – Ñòðóêòóðà äèí³ñòîðà (à) òà éîãî ìîäåëü ó âèãëÿä³ äâîõ òðàíçèñòîð³â (á)

Òàêó ñòðóêòóðó ìîæíà ïðåäñòàâèòè ó âèãëÿä³ åêâ³âàëåíòíî¿ ñõåìè

(ìîäåë³), ùî ñêëàäàºòüñÿ ç äâîõ òðàíçèñòîð³â VÒ1 ³ VÒ2 p-n-p òà n-p-n

òèïó â³äïîâ³äíî (ðèñ. 2.34,á). Öþ ìîäåëü ìîæíà îòðèìàòè, ÿêùî ïî-

äóìêè ðîç³òíóòè ïðèëàä óçäîâæ ïëîùèíè À-À, à ïîò³ì îáèäâ³ ÷àñòèíè

åëåêòðè÷íî ç’ºäíàòè. Ïðè öüîìó âèõîäèòü, ùî ïåðåõîäè Ï

1

 ³ Ï

3 

º

åì³òåðíèìè ïåðåõîäàìè òðàíçèñòîð³â, à ïåðåõ³ä Ï

2

 äëÿ îáîõ òðàíçèñ-

òîð³â º êîëåêòîðíèì. Çîíà áàçè Á

1

 òðàíçèñòîðà VÒ1 îäíî÷àñíî º êî-

ëåêòîðíîþ çîíîþ òðàíçèñòîðà VÒ2, à çîíà áàçè Á

2

 òðàíçèñòîðà VÒ2 –

êîëåêòîðíîþ çîíîþ òðàíçèñòîðà VÒ1.

58

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

³äïîâ³äíî êîëåêòîðíèé ñòðóì ïåðøîãî òðàíçèñòîðà º áàçîâèì äëÿ

äðóãîãî I

Ê1

=I

Á2

, à êîëåêòîðíèé ñòðóì äðóãîãî òðàíçèñòîðࠖ áàçîâèì

ïåðøîãî I

Ê2

=I

Á1

. Òàêå âìèêàííÿ çàáåçïå÷óº âíóòð³øí³é ïîçèòèâíèé çâî-

ðîòíèé çâ’ÿçîê: ÿêùî â³äêðèºòüñÿ õî÷à á îäèí òðàíçèñòîð, òî íàäàë³

âîíè áóäóòü ï³äòðèìóâàòè îäèí îäíîãî ó â³äêðèòîìó ñòàí³ (ó ðåæèì³

íàñè÷åííÿ).

Ñòðóì äèí³ñòîðࠖ öå åì³òåðíèé ñòðóì ïåðøîãî òðàíçèñòîðà I

Å1

 àáî

äðóãîãî I

Å2

. Ó òîé æå ÷àñ â³í ñêëàäàºòüñÿ ç äâîõ êîëåêòîðíèõ ñòðóì³â

I

Ê1

=

a

1

I

Å1

 òà  I

Ê2

=

a

2

I

Å2

,  äå 

a

1

  ³ 

a

2

  –  êîåô³ö³ºíòè  ïåðåäà÷³  åì³òåðíîãî

ñòðóìó òðàíçèñòîð³â VÒ1, VÒ2. Êð³ì òîãî, äî ñêëàäó ñòðóìó äèí³ñòîðà

I âõîäèòü ïî÷àòêîâèé íåêåðîâàíèé (òåïëîâèé) ñòðóì êîëåêòîðíîãî ïåðå-

õîäó I

Ê0

.

 Òàêèì ÷èíîì, ìîæíà çàïèñàòè:

0

1

2

1

2

Ê

Å

Å

I

I

I

I

+

α

+

α

=

.                                   (2.24)

 I

Å1

= I

Å2

= I,

à çíà÷èòü

(

)

0

2

1

0

2

1

Ê

Ê

I

I

I

I

I

I

+

α

+

α

=

+

α

+

α

=

,                    (2.25)

çâ³äêè

(

)

2

1

0

1

α

+

α

−

=

Ê

I

I

.         (2.26)

Ïðîàíàë³çóºìî âèðàç (2.26), âèêî-

ðèñòîâóþ÷è ãðàô³êè çàëåæíîñò³ 

a

1

òà 

a

2

 â³ä ñòðóìó äèí³ñòîðà, íàâå-

äåí³ íà ðèñ. 2.35.

Äëÿ  ìàëèõ  çíà÷åíü  ñòðóìó

(

a

1

+

a

2

)<1. ²ç  çðîñòàííÿì  íàïðóãè

íà  äèí³ñòîð³ êîåô³ö³ºíòè 

a

1 

òà 

a

2

çðîñòàþòü (çà ðàõóíîê çâóæåííÿ áàç òðàíçèñòîð³â ÷åðåç ðîçøèðåííÿ

çâîðîòíî çì³ùåíîãî ïåðåõîäó Ï

2

 ), à îòæå, çðîñòຠ³ ñòðóì ÷åðåç äèí³ñ-

òîð I.

Ïðè äåÿêîìó çíà÷åíí³ ñòðóìó, ùî íàçèâàºòüñÿ ñòðóìîì âìèêàííÿ

äèí³ñòîðà I

âì

, îòðèìàºìî (

a

1

+ 

a

2

)

= 1, ³ âèõ³äíèé ñòðóì ìàâ áè çðîñòè

äî íåñê³í÷åííîñò³, ÿêáè íå îáìåæóþ÷à ä³ÿ îïîðó íàâàíòàæåííÿ R

í

. Íà-

äàë³ ïðèëàä óòðèìóºòüñÿ â óâ³ìêíåíîìó ñòàí³ çà ðàõóíîê âíóòð³øíüîãî

ïîçèòèâíîãî çâîðîòíîãî çâ’ÿçêó.

α

2

α

1

α

1

, 

α

1

10

-4

0,5

10

-2

I, A

1,0

Ðèñ. 2.35 – Çàëåæí³ñòü 

a

1

 òà a

2

 â³ä ñòðóìó äèí³ñòîðà

59

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

ÂÀÕ äèí³ñòîðà íàâåäå-

íà íà ðèñ. 2.36, íà ÿêîìó

ïîçíà÷åíî:

U

âì

 – íàïðóãà âìèêàí-

íÿ äèí³ñòîðà;

I

âì

 – ñòðóì âìèêàííÿ;

I

óò 

– ñòðóì óòðèìàííÿ;

I

ãð

 – ãðàíè÷íî äîïóñòè-

ìèé ñòðóì ïðèëàäó;

U

ãð

 – ïàä³ííÿ íàïðóãè íà

äèí³ñòîð³, ùî â³äïîâ³äຠI

ãð

.

ijëÿíêà  0à  ÂÀÕ  â³ä-

ïîâ³äຠçàêðèòîìó ñòàíó

äèí³ñòîðà.  Ä³ëÿíêà  àá  –

ëàâèíîïîä³áíîìó  ïåðå-

ìèêàííþ ïðèëàäó (ä³ëÿíêà ç íåãàòèâíèì îïîðîì, áî òóò R=-

D

U/

D

I –

âåëè÷èíà â³ä’ºìíà). Ä³ëÿíêà áâ, ïîä³áíà â³äð³çêó ÂÀÕ ä³îäà, â³äïîâ³äàº

óâ³ìêíåíîìó ñòàíó äèí³ñòîðà, âîíà º ðîáî÷îþ ä³ëÿíêîþ õàðàêòåðèñòèêè.

Äëÿ âèìèêàííÿ ïðèëàäó (ïåðåâåäåííÿ éîãî ó íåïðîâ³äíèé ñòàí) ñòðóì

ó éîãî êîë³ ïîâèíåí ñòàòè ìåíøèì çà ñòðóì óòðèìàííÿ.

Îñíîâí³ ïàðàìåòðè äèí³ñòîðà:

– íàïðóãà âìèêàííÿ äèí³ñòîðà U

âì 

, ùî ñòàíîâèòü (20

¸

1000) Â;

– ìàêñèìàëüíå ñåðåäíº çíà÷åííÿ ïðÿìîãî ñòðóìó çà çàäàíèõ óìîâ

îõîëîäæåííÿ I

ïð max 

, ùî ñòàíîâèòü (0,1

¸

2) À;

– ñòðóì óòðèìàííÿ I

óò 

– ì³í³ìàëüíèé ïðÿìèé ñòðóì óâ³ìêíåíîãî äè-

í³ñòîðà, ïðè ïîäàëüøîìó çíèæåíí³ ÿêîãî äèí³ñòîð ïåðåõîäèòü ó íåïðî-

â³äíèé ñòàí, ñòàíîâèòü (0,01

¸

0,1) À;

– ìàêñèìàëüíå äîïóñòèìå àìïë³òóäíå çíà÷åííÿ çâîðîòíî¿ íàïðóãè

U

çâ max

, ñÿãຠäî 1000 Â;

– ÷àñ âìèêàííÿ, òîáòî ÷àñ ïåðåõîäó â³ä çàêðèòîãî ñòàíó äî â³äêðè-

òîãî, çíàõîäèòüñÿ ó ìåæàõ (1

¸

10) ìêñ.

2.6.2. Òðèí³ñòîð (êåðîâàíèé ä³îä)

Äèí³ñòîðè íå çíàéøëè øèðîêîãî ðîçïîâñþäæåííÿ (âèêîðèñòîâóâàëèñü

äëÿ ô³êñóâàííÿ äîñÿãíåííÿ íàïðóãîþ ïåâíîãî çíà÷åííÿ). Çàòå òð³îäíèé

I

çâ

à

I

âì

I

óò

I

ïð

I

ãð

â

á

U

ãð

U

çâ

U

ïð

U

âì

VS

Àíîä

Êàòîä

Çîíà íåãàòèâíîãî îïîðó

-

ÄU

ÄI

0

Ðèñ. 2.36 – ÂÀÕ äèí³ñòîðà òà éîãî

óìîâíå ïîçíà÷åííÿ

60

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

òèðèñòîð (òðèí³ñòîð), ÿêèé º êåðîâàíèì ïåðåìèêàþ÷èì ïðèëàäîì ³ ÷àñ-

ò³øå íàçèâàºòüñÿ ïðîñòî òèðèñòîðîì, ñòàâ îñíîâîþ åíåðãåòè÷íî¿ åëåê-

òðîí³êè 80-õ ðîê³â ìèíóëîãî ñòîë³òòÿ.

Òðèí³ñòî𠖠öå ÷îòèðèøàðîâèé ïåðåìèêàþ÷èé ïðèëàä, ó ÿêîãî â³ä

îäí³º¿ ç áàçîâèõ çîí çðîáëåíî âèâ³ä – êåðóþ÷èé åëåêòðîä.

Ñòðóêòóðà òà óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òðèí³ñòîðà (íàäàë³ – òèðèñòîð)

íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.37.

I

êåð

VS

R

í

Êåðóþ÷èé

åëåêòðîä

Àíîä

Êàòîä

p

p

n

n

U

êåð

_

+

U

À

_

+

Êåðóþ÷èé

åëåêòðîä

Àíîä

Êàòîä

Ðèñ. 2.37 – Ñòóêòóðà òà óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òèðèñòîðà

Ïîäàþ÷è  ì³æ  êåðóþ÷èì

åëåêòðîäîì òà êàòîäîì ïðÿ-

ìó íàïðóãó íà p-n ïåðåõ³ä,

ùî  ïðàöþº  ó  ïðÿìîìó  íà-

ïðÿìêó (çì³íþþ÷è ñòðóì êå-

ðóâàííÿ), ìîæíà ðåãóëþâàòè

çíà÷åííÿ íàïðóãè âìèêàííÿ

U

âì

. Öþ âëàñòèâ³ñòü òèðèñ-

òîðà äåìîíñòðóº éîãî ÂÀÕ,

íàâåäåíà íà ðèñ. 2.38. Ñë³ä

çàçíà÷èòè, ùî ïðàêòè÷íî çà-

ñòîñîâóþòü ðåæèì âìèêàí-

íÿ, ùî â³äïîâ³äຠñòðóìîâ³

êåðóâàííÿ I

êåð4

 íà ðèñ. 2.38.

I

êåð4

>I

êåð3

>I

êåð2

>I

êåð1

=0

I

óò

I

ïð

I

ãð

U

âì1

U

ãð

U

çâ

U

ïð

U

0

I

âì

0

U

âì2

U

âì3

Ðèñ. 2.38 – ÂÀÕ òèðèñòîðà