Рис. 1-2. P-N переход с прямым смещением

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

1.2 Обратное смещение

Когда p-n переход имеет обратное смещение, то отрицательный потенциал подается на анод, а положительный - на катод (рис. 1-3). Это приводит к тому, что в результате обедненная область расширяется, а это вызывает увеличение сопротивления протеканию тока. Когда на p-n переходе создается обратное смещение, то имеет место максимальное сопротивление протеканию тока; а данный переход действует в основном как разомкнутая цепь.

Обедненная область

Рис. 1-3. P-N переход с обратным смещением

При определенном критическом значении напряжения обратного смещения сопротивление протеканию тока, которое возникает в обедненной области, оказывается преодоленным и происходит стремительное нарастание тока. Значение напряжения обратного смещения, при котором ток быстро нарастает, называется пробивным напряжением.

1.3 Взаимооотношение напряжение-ток

Для любого полупроводникового прибора можно использовать графическое изображение взаимоотношения напряжения и тока, чтобы продемонстрировать соотношения между напряжением и током на этом приборе как при прямом, так и при обратном смещении. На горизонтальной оси графика, показанного на рис. 1-4, откладывается подаваемое напряжение, а на вертикальной оси - ток, идущий через p-n переход. Ток прямого смещения откладывается выше горизонтальной оси. Ток обратного смещения - ниже горизонтальной оси.

Ток прямого смещения

Ток обратного смещения

Рис. 1-4. График напряжение - ток

Как указывалось выше, когда p-n переход имеет прямое смещение, то обедненная область сужается до тех пор, пока не возникнет минимальное сопротивление протеканию тока. После того, как достигнута эта точка минимального сопротивления, любое незначительное изменение напряжения приводит к значительному увеличению тока.

Когда p-n переход имеет обратное смещение, то более обширная обедненная область создает препятствие движению тока. При нарастании напряжения ток, протекающий через этот прибор, остается минимальным до тех пор, пока не будет достигнуто пробивное напряжение. Посли достижения этой точки небольшое изменение напряжения вызывает значительное возрастание тока. На графике, отображающем соотношение напряжения и тока, эта область носит название области пробоя. Явления пробоя имеет место только при обратном смещении p-n перехода.

Большинство полупроводниковых приборов не предназначены для работы в своих областях пробоя, так как то количество теплоты, которое возникает при повышенном протекании тока, может повредить этот прибор. Для того, чтобы избежать повреждения полупроводникового прибора в результате прохождения через него повышенного тока, обратное напряжение должно поддерживаться на уровне ниже критического пробивного напряжения.

Вопросы

1-1. Что такое p-n переход?

1-2. Верно или неверно. Обедненная область определяет ширину p-n перехода.

1-3. Назовите два типа смещений, которые могут применяться на p-n переходе для того, чтобы изменять ширину обедненной области; расскажите об особенностях каждого типа смещения.

а.

б.

1-4. Определите напряжение пробоя.

Вопросы 1-5 и 1-6 касаюся графика напряжение-ток, показанного ниже.

1-5. В какой точке на данном графике возникает пробой?

1-6. Верно или неверно. Судя по данному графику, независимо от величины подаваемого напряжения, значительное нарастание тока не будет происходить, когда p-n переход будет иметь обратное смещение.

2. Стабилитроны и туннельные диоды

2.1 Стабилитроны

Стабилитрон представляет собой специальный диод, который способен работать в условиях обратного смещения в зоне пробоя без какого-либо ущерба для себя. На рис. 2-1 приведено схематическое изображение стабилитрона.

Рис. 2-1. Схематическое изображение стабилитрона

График напряжение-ток для стабилитрона (рис. 2-2) похож на ранее приводившийся график напряжение-ток для p-n перехода обычного диода. Когда стабилитрон имеет прямое смещение, то, также, как и в любом обычном диоде, ток, проходящий через него, возрастает при увеличении подаваемого напряжения. Когда же стабилитрон имеет обратное смещение, то ток бывает минимальным до того момента, пока подаваемое напряжение не достигнет значения напряжения пробоя для данного диода. Когда такое напряжение достигается, то происходит значительное увеличение протекающего тока. Однако, в отличие от обычного диода, стабилитрон предназначен для работы в условиях обратного смещения в зоне пробоя.

Рис. 2-2. График напряжение-ток для стабилитрона

В процессе изготовления стабилитрона, к основным исходным материалам добавляют определенное количество других материалов, присадок, так что во время работы данного прибора пробой происходит при совершенно конкретном значении напряжения. Стабилитрон рассчитывается под то напряжение, при котором происходит пробой; именно это напряжение и называется напряжением стабилитрона.

Если подаваемое на стабилитрон напряжение превышает установленное для него напряжение пробоя на достаточно большую величину, то тепло, которое сопровождает прохождени через стабилитрон чрезмерного тока, может вызывать серьезные повреждения. Для того, чтобы предотвратить подобные неприятности, цепи со стабилитроном обычно имеют установленный последовательно резистор, который должен ограничивать величину тока, протекающего через стабилитрон. Если выбрано правильное значение сопротивления, то ток в цепи не будет превышать максимальное значение тока для стабилитрона.

На рис. 2-3 приведена схема простой цепи, в которой установлен стабилитрон. Данная цепь собрана таким образом, что полярность напряжения источника питания обеспечивает постоянное обратное смещение стабилитрона.

Рис. 2-3. Простая электрическая схема, в которой использован стабилитрон

Если же подаваемое напряжение меньше, того, на которое рассчитан стабилитрон, то сопротивление протеканию тока будет значительным и этот диод будет оставаться в основном в разомкнутом состоянии, однако, когда подаваемое напряжение станет равно или превысит рассчетное напряжение стабилитрона, то сопротивление току окажется преодоленным, и ток потечен через стабилитрон и по цепи.

При различных значениях напряжения выше напряжения стабилитрона, изменение внутреннего сопротивления возникает в результате изменений обедненной области прибора. В результате этого падение напряжения на стабилитроне будет относительно постоянным. Падение напряжения должно поддерживаться на уровне, близком к значению напряжения стабилитрона. Остальное напряжение источника электропитания понижается на последовательно подключенном резисторе.

Поскольку напряжение на стабилитроне ?? значительно превышает напряжения стабилитрона, то цепь, которую мы только что описали, может быть использована для обеспечения подачи регулируемого напряжения на нагрузку. Если нагрузка включена параллельно со стабилитроном, как это показано на рис. 2-4, то падение напряжение на нагрузке будет равно падению напряжения на стабилитроне.

Рис. 2-4. Простая цепь с нагрузкой, соединенной параллельно с стабилитроном

В цепи, которая показана на рис 2-4, стабилитрон рассчитан на напряжение 10 вольт. При подаче напряжения, превышающего 10 вольт, внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается пропорционально увеличению тока. Результатом этого является то, что падение напряжение на стабилитроне и параллельно включенной нагрузке будет поддерживаться на уровне очень близком к напряжению стаблилитрона данного прибора.

Характеристики простой цепи со стабилитроном, с помощью которых регулируется напряжение, можно проиллюстрировать одним примером. Предположим, что цепь, представленная на рис. 2-4, рассчитана на подачу нагрузки с регулируемым напряжением в 10 вольт. Нагрузочный резистор подключен параллельно со стабилитроном, пробивное напряжением которого установлено в 10 вольт. Резистор, который соединен со стабилитроном последовательно, обеспечивает безопасный уровень идущего через этот диод тока, то есть, уровень, не способный причинить ущерб стабилитрону. Источник постоянного тока с измненяемыми параметрами (не показан) обеспечивает питание цепи.

Если источник постоянного тока установлен на подачу 12 вольт, то это на 2 вольта превышает пробивное напряжение стабилитрона. Когда в цепь подаются 12 вольт, то внутреннее сопротивление стабилитрона должно измениться таким образом, чтобы падение напряжения сохранялось примерно на том же уровне, что и напряжение на этом диоде. Показания вольтметра, используемого для проверки стабилитрона (рис. 2-5), подтверждают, что напряжение на этом диоде составляет примерно 10 вольт.

Рис. 2-5. Измерение напряжения на стабилитроне

На нагрузочном резисторе, который соединен параллельно со стабилитроном, должен быть приблизительно такое же падение напряжения. На вольтметре, используемом для проверки резистора (рис. 2-6), видно, что падение напряжения такое же, что и падение напряжения на стабилитроне (то есть, примерно 10 вольт).

Рис. 2-6. Измерение напряжения нагрузки

Следующим этапом в нашем примере будет увеличение подаваемого напряжения с 12 вольт до 20 вольт с тем, чтобы проверить, будет ли внутреннее сопротивление стабилитрона продолжать снижаться. Если да, то должно поддерживаться падение напряжения близкое к напряжению стабилитрона. Используя для контроля стабилитрона вольтметр, мы видим, что, судя по его показаниям, падение напряжения на стабилитроне составляет 10,315 вольт (рис. 2-7). Диод сохраняет приблизительно то же самое значение падения напряжения, что и раньше. При проверке с помощью вольтметра нагрузки видно, что падение напряжения составляет и здесь 10,315 вольт.

Рис. 2-7. Показания напряжения стабилитрона при подаче 20 вольт

Данные напряжения указывают, что, когда увеличивается напряжение и возрастает ток, то внутреннее сопротивление стабилитрона падает по мере возрастания тока. В результате этого падение напряжение на стабилитроне поддерживается примерно на постоянном уровне. Нагрузка имеет то же самое падение напряжения, так как она подключена параллельно с этим стабилитроном. Остальное подаваемое напряжение падает на подключенном последовательно резисторе.

2.2 Туннельные диоды

Туннельный диод - это специальный диод, характеристики которого отличаются от характеристик любого обычного диода или стабилитрона. На рис. 2-8 вы видите изображение, обычно используемое для обозначения туннельного диода. Как обычный диод, так и стабилитрон являются очень хорошими проводниками, имея прямое смещение, но ни один из них не проводит хорошо ток в состоянии обратного смещения (исключение составляет область пробоя). Но в материале туннельного диода имеются присадки в гораздо большем объеме, нежели в обычном диоде, а его p-n переход очень узкий. Туннельный диод в силу того, что имеет большое количество присадок и очень узкий p-n переход, исключительно хорошо проводит ток в обе стороны.

Рис. 2-8. Схематическое изображение туннельного диода

Потенциал, который необходим для того, чтобы заставить туннельный диод выступать в роли проводника, будь то в режиме прямого или обратного смещения, очень невелик, обычно этот потенциал находится в диапазоне милливольт. Именно поэтому, туннельные диоды известны как приборы с низким сопротивлением. Они очень слабо противодействуют движению тока в цепи.

Самой уникальной особенностью туннельных диодов является их соотношение напряжение-ток, когда они имеют прямое смещение. На рис. 2-9 приведен график типичного туннельного диода.

Рис. 2-9. График напряжение-ток типичного туннельного диода

Когда туннельный диод имеет прямое смещение (от точки А до точки В на графике) при увеличении напряжения, ток также растет до определенной величины. Как только это значение оказывается достигнутым, дальнейшее повышение напряжения при прямом смещении заставляет ток снижаться до минимального значения (от точки В до точки С). В области, которая находится на графике между максимальным и минимальным потоками тока, туннельный диод имеет отрицательное сопротивление. В этой области отрицательного сопротивления ток, идущий через туннельный диод, фактически снижается при повышении напряжения. Происходит прямо противоположное обычному соотношению напряжение ток. Однако, когда напряжение за точкой С повышается, то данный прибор демонстрирует обычное соотношение напряжения и тока.

В обычных условиях туннельные диоды работают в области своего отрицательного сопротивления. В данной области незначительное уменьшение напряжения включает этот прибор, а небольшое повышение - выключает его. В качестве такого своеобразного выключателя туннельный диод может использоваться либо как генератор, либо как высокоскоростной выключатель: специфическая особенность прибора, низкое сопротивление, позволяет почти мгновенно изменять внутреннее сопротивление. Туннельные диоды могут также использоваться в качестве усилителей, где изменения в подаваемом напряжении в сторону повышения, вызывают пропорционально более значительные изменения тока в цепи.

Вопросы

2-1. Какова основная разница между стабилитроном и обыкновенным диодом?

2-2. Вкратце объяснить соотношение между током и напряжением в стабилитроне с обратным смещением

2-3. Напряжениеобратного смещения,подаваемое на стабилитрон меньше чем напряжение стабилитрона.какое будет сопротивленеие стабилитрона на прохождение тока?

(большим/малым)

2-4. Верно или неверно. Когда стабилитрон используется для регулирования напряжения на нагрузку, то эта нагрузка соединена параллельно с стабилитроном.

2-5. Какой тип диода обозначается приведенным ниже символом?

2-6. Верно или неверно. Туннельный диод представляет собой прибор с большим сопротивлением.

2-7. Вкратце объяснить соотношение напряжение-ток в условиях, когда туннельный диод имеет прямое смещение.

2-8. Верно или неверно. Когда туннельный диод имеет отрицательное сопротивление, увеличение напряжения прямого смещения вызывает уменьшение тока.

3. Светоизлучающие и светочувствительные диоды

3.1 Светоизлучающие диоды

Во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств, используются специальные электронные приборы, которые известны как светоизлучающие диоды, называемые обычно СИД. СИД представляет собой диод с простым p-n переходом. Главной особенностью СИДа является то, что он испускает свет, когда через него идет ток. На рис. 3-1 показан один из таких приборов и приведено его схематическое изображение.

Рис. 3-1. Пример светоизлучающего диода и его схематическое изображение

Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного, простого диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала n-типа через p-n переход и соединяются с дырками в материале p-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с дырками, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светоизлучающих диодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.

СИД могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через СИД. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.

3.1.1 СИД используемый в качестве сигнальной лампочки

Одной из основных областей применения СИД является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

На рис.3-2 приведена схема цепи с сигнальной лампочкой. Как здесь видно, цепь представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: вот это - СИД, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Рис. 3-2. Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на СИД. (СИД разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через p-n переход, соединяются с дырками, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить СИД от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

3.1.2 Использование СИД в цифровых дисплеях

СИД могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах. На рис.3-3 изображен цифровой дисплей для показания одной цифры. С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Рис. 3-3. Цифровой дисплей из семи элементов

Каждый СИД соединен последовательно с резистором и выключателем. На рис. 3-4 каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо СИД, замыкается соответстующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение СИД от чрезмерно большого тока.

			C				G

Рис. 3-4. Схематическое изображение внешней цепи управления

для цифрового дисплея, состоящего из семи элементов

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

3.2 Светочувствительные диоды

Светочувствительные диоды представляют собой диоды, которые используют энергию света для создания напряжения. На рис. 3-5 приведено обычное схематическое изображение светочувствительного диода.

Рис. 3-5. Схематическое изображение светочувствительного диода

Когда свет попадает на светочувствительный диод, то энергия этого света, попавшего на светочувствительный материал, вызвает появление напряжения, которое заставляет электроны двигаться через p-n переход. Существует два типа светочувствительных диодов: фотоэлектрические и фотопроводящие.

Фотоэлектрические светочувствительные диоды являются единственным источником напряжения для цепи, в которой они установлены. Одним из примеров такого фотоэлектрического диода может служить фотоэкспонометр используемый в фотографии для определения освещенности. Когда свет попадает на светочувствительный диод в фотоэкспонометре, то возникающее в результате этого напряжение приводит в действие измерительный прибор. Чем выше освещенность, тем большее напряжение возникает на диоде.

Фотопроводящие светочувствительные диоды, их часто называют фотодиодами, используются для управления электрическими цепями, на которые потенциал подается извне, то есть с постороннего источника. Например, они могут регулировать включение и выключение уличного освещения или же открывать и закрывать автоматические двери.

В типичной цепи, в которой установлен фотодиод, потенциал, подаваемый на диод, имеет смещение в обратном направление, а его значение немного ниже пробивного напряжения диода. По такой цепи ток не идет. Когда же свет попадает на диод, то дополнительное напряжение, которое начинает двигаться через p-n переход, вызывает сужение обедненной области и создает возможность для движения тока через диод. Количество проходящего тока определяется интенсивностью светового потока, попадающего на фотодиод.

Вопросы

3-1. Какова основная особенность светоизлучающего диода?

3-2. Когда СИД используется как индикатор, то яркость можно изменять путем изменения

3-3. Обычно, когда светоизлучающий диод испускает свет, то он имеет

смещение.

(прямое,обратное)

3-4. Обведите правильный ответ кружком.

Светочувствительный диод, который является единственным источником напряжение в цепи, называется:

а. фотодиодом

б. фотопроводящим диодом

в. фотоэлектрическим диодом

г. светоизлучающим диодом

4. Однопереходные транзисторы

Однопереходные транзисторы представляют собой специальные переключательные транзисторы Обычно они используются в колебательных контурах для генерирования повторяющихся форм волны. На рис.4-1 приведено схематическое изображение однопереходного транзистора.

Рис. 4-1. Схематическое изображение однопереходного транзистора

Как видно на рис. 4-2 материал n-типа однопереходного транзистора имеет два вывода: первую базу (В1) и вторую базу (В2). С материалом n-типа контактирует материал p-типа, который известен как эмиттер (Е). Точка физического соприкосновения материала p-типа и материала n-типа является p-n переходом однопереходного транзистора. В транзисторах этого типа p-n переход носит название "затвор".

Рис. 4-2. Строение однопереходного транзистора

4.1 Как действует однопереходный транзистор

Проводимость между двумя выводами однопереходного транзистора регулируется путем изменения полярности напряжения смещения, подаваемого на эмиттер. Характерной особенностью однопереходного транзистора является то, что существует критическое значение напряжения смещения (разница потенциалов между эмиттером и его выводами на материале n-типа), которое вызывает очень быстрое увеличение проводимости между выводами.

Когда p-n переход однопереходного транзистора имеет обратное смещение, то обедненная область полностью распространяется по всему основному веществу и препятстсвует движению значительного тока от В1 к В2 (рис. 4-3). В этом случае говорят, что однопереходный транзистор "выключен". В таком положении он остается даже в том случае, если на однопереходном транзисторе появляется прямое смещение, правда, до тех пор, пока это напряжение прямого смещения остается ниже критического значения.

Рис. 4-3. "Выключенный" однопереходный транзистор

Когда напряжение оказывается равно или превышает критическое напряжение прямого смещения, то обедненная область очень быстро сужается, открывая тем самым путь для протекания тока от В1 до В2 (рис. 4-4). Говорят, что однопереходный транзистор в этих условиях "включен". Когда на однопереходный транзистор подается напряжение смещения, полярность которого периодически изменяется, то этот прибор будет при каждом таком изменении то включаться, то выключаться, при этом он будет посылать резкие регулярные импульсы тока всякий раз, когда будет достигаться критическое напряжение для запуска.

Рис. 4-4. "Включенный" однопереходный трансзистор

4.2 Применение однопереходного тр?нзистора в стандартном колебательном контуре

На рис. 4-5 приведена схема расположения однопереходного транзистора в стандартном колебательном контуре. Этот транзистор установлен как часть делителя напряжения - при данном расположении с обеих сторон однопереходного транзистора последовательно установлены резисторы. Конденсатор и еще один резистор, подключенный параллельно с делителем напряжения, завершают данный колебательный контур. Аккумулятор обеспечивает подачу питания на данный контур. Зарядно-разрядный цикл работы конденсатора обеспечивает равномерное изменение напряжения смещения для того, чтобы включать однопереходный транзистор. Чтобы включить его, эмиттер должен иметь относительно В1 положительное смещенное напряжение.

Рис. 4-5. Схематическое изображение стандартного колебательного контура

Когда по цепи, изображенной на рис. 4-5 протекает ток, то конденсатор начинает заряжаться. По мере нарастания заряда, вывод конденсатора, соединенный с отрицательно заряженной стороной аккумулятора, накапливает электроны и приобретает еще больший отрицательный потенциал. Но так как заряды взаимно отталкиваются друг от друга, то электроны на пластине конденсатора, соединенной через резистор с положительно заряженной стороной аккумуляторы покидают эту пластину, а это приводит к тому, что она становится все более положительно заряженной. Когда эта пластина конденсатора станет положительно заряженной в достаточной степени относительно потенциала на В1, то на переходе однопереходного транзистора возникает прямое смещение. Обедненная область на этом переходе уменьшается до минимума и ток течет через переход с прямым смещением. Когда это происходит, то однопереходный транзистор включается.

Когда этот транзистор включается, то ток протекает по нему от В1 к В2 . Ток получает также возможность двигаться от отрицательно заряженной пластины конденсатора через В1 и через затвор однопереходного транзистора к положительно заряженной пластине конденсатора.

Когда потенциал на обеих пластинах конденсатора сравнивается, то потенциал на эмиттере становится отрицательным, а на переходе возникает обратное смещение. Через затвор однопереходного транзистора ток не течет, а обедненная область перехода увеличивается в основном материале до тех пор, пока ток, идущий серез однопереходный транзистор от В1 к В2 не уменьшиться до минимума. На рис. 4-6 показана пилообразная форма волны, создаваемой зарядно-разрядным напряжением на конденсаторе.

Рис. 4-6. Пилообразная форма волны

Разница потенциалов на пластинах конденсатора постепенно изменяется до тех пор, пока не будет достигнута включающая полярность однопереходного транзистора. После этого она (разница потенциалов) стремительно падает, так как конденсатор разряжается через затвор этого транзистора.

В нашем примере, движение тока, проходящего через однопереходный транзистор можно косвенно наблюдать, считывая показания падения напряжения на R1 и R2, так как падение напряжения будет пропорционально потоку тока. Поскольку однопереходный транзистор включается и выключается очень быстро, то форма волны будет представлять собой ряд последовательных острых импульсов (рис. 4-7). Подъем острого импульса происходит, когда однопереходный транзистор включается, а поток тока, идущего через транзистор от В1 к В2, быстро нарастает. Резкое падение импульса происходит в тот момент, когда однопереходный транзистор выключается и поток тока от В1 к В2 быстро уменьшается. Импульс представляет собой фктически падение напряжение на R1 и R2, вызываемое быстрым изменением потока тока, двигающегося через них, когда однопереходный транзистор включается и выключается.

Рис. 4-7. Форма волны, состоящая из острых импульсов

Цепи, подобные той, что была описана здесь, являются типичными и обычно используются для создания импульсов с равными промежутками времени для управления или запуска других цепей. В следующем разделе вы сможете познакомиться с примером обычного применения колебательного контура, приведенного здесь.

Вопросы

4-1. Верно или неверно. Однопереходный транзистор представляет собой специальный переключательный транзистор, который обычно используется для генерирования повторяющейся формы волны.

4-2. Укажите, как называются части однопереходного транзистора, показанного на приведенном ниже изображении.

4-3. Проводимость между двумя выводами однопереходного транзистора управляется с помощью изменения .

4-4. Обведите правильный ответ кружком.

У однопереходного транзистора с обратным смещением обедненная область:

а. сужается

б. расширяется

в. остается без изменений

4-5. Что происходит, когда запускается однопереходный транзистор?

4-6. Посмотрите рисунок 4-5.

Когда на однопереходном транзисторе происходит быстрая смена циклов запуска и выключения, то форма волны, возникающей на R1 и R2 будет .

5. Однооперационные Триодные тиристоры

Триодный тиристор представляет собой специальные электронный прибор, который имеет три p-n перехода. На блок-схеме, показанной на рис. 5-1, эти переходы обозначены буквами J1, J2 и J3. Материал n-типа на одной стороне триодного тиристора является катодом, а материал p-типа на другой его стороне - анодом.

Рис. 5-1. Блок-схема триодного тиристора

Как видно на рис. 5-2, когда на катод триодного тиристора подается отрицательный потенциал, а на его анод - положительный, то переходы J1 и J3 имеют прямое смещение, а переход J2 - обратное. Поскольку переход J2 имеет обратное смещение, то он ведет себя как разомкнутая цепь до тех пор, пока не появится достаточно большой подаваемый потенциал, способный преодолеть сопротивление его обедненной области.

Рис. 5-2. Напряжение, подаваемое на триодный тиристор

5.1 Движение тока через триодный тиристор

Когда на триодный тиристор впервые подается какой-то потенциал, то очень малый ток протекает через этот прибор, так как J2 имеет обратное смещение и действует в основном как разомкнутая цепь. Когда подаваемый потенциал вырастает до значения, при котором сопротивление обедненной области J2 оказывается преодоленным, то триодный тиристор становится очень хорошим проводником и ток, идущий через него, начинает очень быстро нарастать. Потенциал, при котором триодный тиристор становится очень хорошим проводником, называется напряжением включения тиристора. Эффект подобного напряжения включения тиристоров четко виден на графике на рис. 5-3, отражающем характерную кривую триодного тиристора. Вертикальная линия отображает значения тока, протекающего через прибор, а горизонтальная линия - значения подаваемого напряжения.

Рис. 5-3. Характерная кривая триодного тиристора

Как видно из графика, линия тока, протекающе?? через прибор, направлена почти вертикально вверх, когда достигается напряжение включения тиристора. Для того, чтобы предотвратить повреждение триодного тиристора в результате появления столь большого тока, этот прибор должен иметь либо какую-то нагрузку, либо подаваемый потенциал должен быть уменьшен.

Потенциал, который необходим для того, чтобы триодный тиристор стал хорошим проводником, может быть очень небольшим по сравнению с напряжением включения тиристора. Величина тока, протекающего через триодный тиристор в то время, когда подаваемый потенциал минимален, называется удерживающим током триодного тиристора. Триодный тиристор будет оставаться хорошим проводником до тех пор, пока ток, протекающий через него, не сравняется или не станет выше необходимого удерживающего тока.

5.2 Управление величиной напряжения включения тиристоров

Величина напряжения, при котором происходит включение тиристора при прямом смещении, а триодный тиристор становится хорошим проводником,если контролировать, подавая положительный потенциал на материал p-типа обратно смещенного перехода (J2). Этот материал p-типа называется затвором. Потенциал, подаваемый на затвор, называется потенциалом затвора. Когда на затвор подается положительный потенциал, то обратное смещение p-n перехода будет преодолено. А так как значение напряжения включения триодного тиристора в этом случае уменьшится, то сам прибор станет хорошим проводником при более низком напряжении, подаваемом с источника питания.

На графике на рис. 5-4 показано, что происходит с током, протекающим через триодный тиристор, когда на затвор подаются различные потенциалы. Линия, обозначенная буквой А, представляет соотношение напряжение-ток в том случае, когда на затвор не подается никакого дополнительного потенциала. Резкий поворт правой части кривой отображает напряжение включения тиристора. Линии, обозначенные буквами В и С, отображают соотношение напряжение-ток, когда подается потенциал затвора. На линии В видно, что, когда подается этот потенциал, то напряжение включения тиристора значительно уменьшается, приводя к тому, что триодный тиристор становится хорошим проводником при более низком напряжении, подаваемом от источника тока. На линии С видно, какой эффект получается при увеличении значения потенциала затвора: напряжение включения тиристора уменьшается, а триодный тиристор становится хорошим проводником даже при еще меньшем напряжении, подаваемом с источника тока. Любое конкретное значение напряжения включения тиристора в диапазоне триодного тиристора можно получить, изменяя потенциал затвора данного прибора.

Рис. 5-4. График влияния различных потенциалов,

подаваемых на триодный тиристор

5.3 Применение триодных тиристоров

На рис. 5-5 дано обычно используемое схематическое изображение триодного тиристора.

Рис. 5-5. Схематическое изображение триодного тиристора

На рис. 5-6 приведена схема, отображающая электрическую цепь, в которую включен триодный тиристор. Кроме того, в этой цепи имеются: источник напряжения постоянного тока, источник напряжения затвора, два выключателя и нагрузка. (В показанной на рисунке цепи в роли такой нагрузки выступает лампочка). Источник напряжения затвора и его выключатель (выключатель 2) включены шунтом к затвору триодного тиристора и катоду.

Рис 5-6. Схема цепи с триодным тиристором

Если выключатель 1 включен, как это показано на рис. 5-7, то в цепь подается напряжение от источника: отрицательный потенциал - на катод триодного тиристора, а положительный потенциал - на его анод. Пока подаваемое напряжение меньше напряжения включения триодного тиристора, то этот выпрямитель представляет собой разомкнутую цепь, и лампочка не горит.

Рис. 5-7. Выключатель 1 цепи включен

Положение изменяется, когда замыкается выключатель 2 (рис. 5-8). Когда он оказывается включен, то положительный потенциал подается на затвор триодного тиристора, а значение напряжения включения тиристора, необходимое для того, чтобы триодный тиристор превратился в проводник, понижается до значения меньшего, нежели напряжение от источника. Ток в этом случае двигается по цепи и лампочка горит.

Рис. 5-8. Выключатель 2 цепи включен

После того, как лампочка загорелась, она будет продолжать гореть и в том случае, если выключатель 2 окажется разомкнут (рис 5-9): как только триодный тиристор становится хорошим проводником, то он будет оставаться в таком положении до тех пор, пока ток, протекающий через него , не станет меньше удерживающего тока триодного тиристора.

Рис. 5-9. Выключатель 2 цепи разомкнут; лампочка продолжает гореть

Лампочка будет продолжать гореть до тех пор, пока триодный тиристор не будет выключен. А для этого необходимо, чтобы ток, протекающий через него, стал меньше удерживающего тока. Есть два способа уменьшить протекающий ток: (1) разомкнуть цепь и (2) поменять полярность источника напряжения. Цепь, которая приведена здесь в качестве примера, можно разомкнуть с помощью выключателя 1, разомкнув его, мы разрываем маршрут, по которому двигается ток (рис. 5-10). Когда путь, по которому протекал ток, окажется разорванным, то и триодный тиристор, и лампочка выключатся.

Рис. 5-10. Один из способов выключить триодный тиристор и лампочку

Другим способом выключить триодный тиристор и лампочку является изменение полярности источника напряжения, то есть, изменение полярности потенциалов, подаваемых на катод и анод триодного тиристора. Триодный тиристор может быть выключен с помощью этого способа в том случае, если он находится в цепи переменного тока. Если триодный тиристор находится в цепи переменного тока, то полярность потенциала, подаваемого на его анод и катод, изменяются каждый полуцикл. Когда потенциал изменяется на обратный, то на триодном тиристоре возникает обратное смещение, в этом случае он действует как разомкнутая цепь, то есть не является проводником. На рис. 5-11 изображена схема цепи переменного тока, в которой установлен триодный тиристор. В данную цепь включены также: нагрузочный резистор и цепь однопереходного транзистора, аналогичная той, которая была описана в Разделе 4.

Рис. 5-11. Триодный тиристор, установленный в цепи переменного тока

Всякий раз при запуске однопереходного транзистора, через резистор В1 проходит импульс. Если затвор триодного тиристора соединен через резистор В1 однопереходного транзистора, как это изображено на рис. 5-12, то пусковой импульс, возникающий на этом резисторе В1, подает напряжение на затвор и создает условия для превращения триодного тиристора в проводник. Подобные действия носят общее название "отпирание триодного тиристора".

Рис. 5-12. Затвор триодного тиристора, соединенный с резистором В1

однопереходного транзистора

Во время положительного полуцикла переменного тока на анод триодного тиристора подается положительный потенциал, а на катод - отрицательный потенциал, таким образом, на триодном тиристоре возникает прямое смещение. Когда включается однопереходный транзистор, то положительный затворный потенциал подается на триодный тиристор, в результате чего этот последний становится хорошим проводником. Ток протекает через триодный тиристор и нагрузку в направлении, показанном на рис. 5-13.

Рис. 5-13. Направление движения тока по цепи

Когда положительный потенциал переменного тока уменьшается, то ток, идущий через триодный тиристор в конце концов падает ниже значения удерживающего тока, и этот тиристор перестает проводить ток. Во время отрицательного полуцикла переменного тока отрицательный потенциал подается на анод триодного тиристора, а положительный потенциал - на катод, в результате этого триодный тиристор приобретат обратное смещение. Во время отрицательного полуцикла триодный тиристор не является проводником несмотря на то, что однопереходный транзистор включен.

Эта описанная последовательность повторяется при каждом цикле переменного тока. Триодный тиристор становится проводником только во время положительной части цикла, и ток при этом протекает только в одном направлении. На рис. 5-14 показана форма волны выходного напряжения на нагрузочном резисторе. Как свидетельствует эта форма волны, входящий переменный ток преобразуется на выходе в пульсирующий постоянный ток.

Рис. 5-14. Пульсирующий постоянный ток на выходе

Цепь переменного тока из предыдущего примера представляет собой цепь выпрямителя: она преобразует входящий переменный ток в выходщий постоянный. Данная конкретная цепь выпрямителя представляет собой однополупериодный выпрямитель, так как он срабатывает на выход только во время половины цикла переменного тока. Выход данного выпрямителя триодного тиристора похож на выход той цепь выпрямителя, в которой используется обыкновенный диод. Преимущества цепей с триодным тиристорным выпрямителем заключаются в том, что напряжение постоянного тока на выходе можно регулировать путем управления величиной и временем запорных импульсов, поданных на триодный тиристор.

Величина затворного импульса, подаваемого на триодный тиристор, регулирует выходное напряжение путем установления требуемого значения напряжения включения триодного тиристора при положительной половине цикла переменного тока. До тех пор, пока требуемое значение во время цикла переменного тока не достигнуто, триодный тиристор не будет проводить ток, и, естественно, на выходе не будет никакого тока. Когда же нужное напряжение достигнуто, триодный тиристор начинает выступать в роли проводника. Он продолжает оставаться в таком состоянии в течение всего остального времени положительного цикла. Получаемое в результате на выходе постоянное напряжение имеет форму волны, показанной на рис. 5-15. Здесь изображена только часть исходной половины волны на выходе.

Рис. 5-15. Постоянный ток на выходе цепи, управляемой

триодным тиристором

Выходное напряжение постоянного тока также можно регулировать путем управления временем затворного импульса. Форма выходной волны, похожая на ту, что изображена на рис. 5-15, достигается с помощью подачи затворных импульсов вскоре после начала положительного полуцикла переменного тока. Если затворные импульсы задержать чуть дольше, то выход может быть еще больше сокращен. На рис. 5-16 видна форма выходной волны постоянного тока, состоящая только из небольшой части положительного полуцикла переменного тока. Когда для регулировки выходного напряжения используется контроль за временем импульса, то можно выбирать любую часть положительного полуцикла.

Рис. 5-16. Выход постоянного тока, контролируемый с помощью задержки затворных импульсов

Вопросы.

5-1. Триодный тиристор имеет p-n переходов.

5-2. Дайте определение напряжению включения тиристоров.

5-3. Величина тока, необходимый для поддержания высокой проводимости триодного тиристора во время подачи минимального напряжения, называется .

5-4. Что такое затвор в триодном тиристоре?

5-5. Объясните вкратце эффект увеличения затворного потенциала, подаваемого на триодный тиристор.

5-6. Верно или неверно. Как только триодный тиристор становится хорошим проводником, то он остается в таком положении до тех пор, пока идущий по нему ток не станет меньше конкретного минимального значения.

5-7. Перечислите два способа сделать триодный тиристор прибором, не проводящим тока.

а.

б.

5-8. Каково основное преимущество триодного тиристора перед обычными диодами в цепях выпрямителей?

5-9. Верно или неверно. Единственный способ контроля за выходом триодного тиристора - это задержка в подаче затворных импульсов.

6. Полевые транзисторы

Полевые транзисторы представляют собой специальный класс транзисторов, которые могут использоваться в качестве выключателей, регуляторов тока или усилителей. Полевой транзистор, отличается от обычного транзистора тем, что ток в нем двигается не пересекая p-n перехода. Величиной тока можно управлять путем регулировки затворного потенциала, подаваемого через этот переход. Существует две основные разновидности полевых транзисторов: полевые транзисторы с затвором на основе перехода и полевые транзисторы с изолированным затвором.

6.1 Полевой транзистор с затвором на основе перехода

Как видно на рис. 6-1, полевой транзистор с затвором на основе перехода состоит из канальной области (канала) и затвора. Когда он работает, то ток протекает через канал от клеммы истока к клемме стока. На рис. 6-1. показано, что канал изготовлен из материала n-типа, а затвор - из материала p-типа. Полевые транзисторы с затвором на основе перехода подобного типа называются полевыми транзисторами с затвором на основе перехода с каналом n-типа. На блок-схеме, показанной на рис. 6-1 материал p-типа присоединен с обеих сторон к каналу. Однако во многих транзисторах с каналом n-типа этот материал p-типа бывает обернут вокруг канала сплошным кольцом, образуя, тем самым единый, неразрывный p-n переход. Принципы работы данного прибора в основном те же самые, несмотря на методы, использованные в его конструкции.

Рис. 6-1. Блок-схема типичного полевого транзистор с затвором на основе перехода

6.1.1 Прицип работы полевого транзистора с затвором на основе перехода

Потенциал на затворе определяет проводимость на пути от истока до стока указанного транзистора. Затворный потенциал полевого транзистор с затвором на основе прехода, всегда имеет обратное смещение, чтобы снижать до минимума ток, протекающий через переход. Когда переход имеет обратное смещение, то током, протекающим по каналу, можно управлять с помощью изменения размеров обедненной области. Большие значения потенциала обратного смещения вызывают расширение обедненной области, что ограничивает ток, протекающий по каналу. И наоборот, с помощью уменьшения потенциала обратного смещения, и, тем самым, сокращения размеров обеденной области, создается возможность для протекания большего тока от истока к стоку. Состояние обратного смещения гарантирует, что никакой ток не течет самостоятельно через p-n переход. На рис. 6-2 приведена основная цепь полевого транзистора с затвором на основе перехода; здесь в качестве примера взят транзистор этого типа с каналом n-типа.

Рис. 6-2. Основная схема полевого транзистор с затвором

на основе перехода

Полевой транзистор с затвором на основе перехода, может иметь также и другую конструкцию, то есть, когда для канала используется материал p-типа, а для затвора - материал n-типа. Такой тип транизсторов носит название полевых транзисторов с затвором на основе перехода с каналом p-типа. Их рабочие характеристики аналогичны тем, которые имеют такие же транзисторы с каналом n-типа. Единственная разница заключается в томе что затворный потенциал должен быть положительным, а не отрицательным для того, чтобы поддерживать обратное смещение на p-n переходе. На рис. 6-3 можно сравнить схематическое изображение полевыз транзисторов с затвором на основе перехода с каналом n-типа и каналом p-типа.

канал n-типа канал p-типа

Рис. 6-3. Полевые транзисторы затворами на основе перехода

с каналом n -типа и каналом p -типа

Несмотря на специфическую особенность этих транзисторов, увеличение затворного потенциала уменьшает величину тока, протекающего через канал. Фактически, при критическо? величине затворного напряжения, называемого запирающим напряжением, обедненная область значительно увеличивается и полностью перекрывает канал, прекращая, тем самым, движение тока по нему. Пример подобного явления приведен ниже, на рис. 6-4, где в цепи использован полевой транзистор с затвором на основе перехода с каналом n-типа.

Рис. 6-4. Запирающее напряжение

6.1.2 Полевые транзисторы с затвором на основе перехода в качестве токорегулирующих приборов

Специфические характеристики полевых транзисторов с затвором на основе перехода позволяют их использовать в качестве приборов, регулирующих ток; при этом они поддерживают постоянную величину протекающего тока, несмотря на все изменения в подаваемом напряжении. На рис. 6-5 приведена простая схема, которая может быть использована для иллюстрации подобного явления. Отметим, что исток и затвор непосредственно соединены между собой, обеспечивая таким образом одинаковый потенциал, подаваемый на обе точки.

Рис. 6-5. Схема полевого транзистор с затвором на основе перехода,

используемого для регулировки тока

Когда в цепь первоначально подается ток, то он двигается по каналу. Одновременно с этим наличие потенциала на затворе заставляет расширяться обедненную область. Более широкая обедненная область заставляет протекающий ток стабилизироваться при определенной величине; в данном примере, такой величиной яляется один миллиампер (рис. 6-6).

Рис. 6-6. 1 вольт вызывает ток в 1 миллиампер

На рис. 6-7 показано, каким образом это же значение тока сохраняется даже в том случае, когда напряжение, подаваемое с истока, удваивается. Повышенный затворный потенциал приводит к расширению обедненной области, в результате чего увеличивается внутреннее сопротивление канала. Увеличение внутренного сопротивления канала прямо пропорционально повышению напряжения на истоке, что обеспечивает неизменность тока, двигающегося по цепи.

Рис. 6-7. Внутреннее сопротивление возрастает пропорционально увеличению напряжения на истоке

6.1.3 Полевые транзисторы с затвором на основе перехода в качестве усилителей постоянного тока

Усилитель - это такой прибор, который изменяет небольшой входной ток, превращая его в большой выходной. Полевые транзисторы с затвором на основе перехода могут использоваться в качестве усилителей постоянного тока, поскольку величину тока, протекающего через этот транзистор, можно регулировать, управляя потенциалом, подаваемым на затвор. На рис. 6-8 приведена простая схема цепи полевого транзистора с затвором на основе перехода. В данной цепи имеется источник постоянного тока с напряжением 9 вольт, полевой транзистор с затвором на основе перехода с каналом n-типа, соединенный с ним последовательно резистор с сопротивлением 10 кОм, а также нагрузка, подключенная параллельно с транзистором. Кроме того, в цепи имеется подключенный параллельно входу резистор в 1 мОм и миллиамперметр, который может показывать значение тока, протекающего по цепи.

Рис. 6-8. Пример цепи с полевым транзистором с затвором на основе перехода

Цепь, изображенная на рис. 6-8, усиливает небольшой входной сигнал. Когда в цепь подается напряжение, а на установленный в ней транзистор подается потенциал, на затворе появляется то же значение напряжение, что и в истоке, в этом случае ток, протекающий по каналу n-типа, быстро нарастает до максимума, а затем стабилизируется. Поскольку миллиамперметр дает показания о движении тока по цепи, то падение напряжения на резисторе можно просто подсчитать с помощью Закона Ома. Например, если значение тока составляет 8,5 миллиампер, то это 8,5 миллиампер, умноженные на 10 ком сопротивления, будут равняться 8,5 вольтам, то есть падение напряжения на последовательно включенном с транзистором резисторе составит 8,5 вольт. Источник постоянного тока данной цепи - 9 вольт. Если падение напряжения на резисторе составляет 8,5 вольт, то на полевом транзисторе с затвором на основе перехода падение напряжения составит 0,5 вольта. На нагрузке падение напряжения также будет 0,5 вольта, так как она подключена параллельно с вышеуказанным транзистором.

Как видно на рис. 6-9, если на входной резистор подается входное напряжение постоянного тока в 1,5 вольта, то через эту часть цепи пойдет ток. Падение напряжения на входном резисторе приведет к тому, что затвор полевого транзистора будет иметь отрицательный заряд в 1,5 вольта по отношению к полевому транзистору с затвором на основе перехода. Размер обедненной области этого транзистора увеличивается, вызывая уменьшение тока, двигающегося через канал n-типа и резистор, на 0,5 миллиампера. Если мы вновь воспользуемся Законом Ома (0,5 миллиампера, умноженные на сопротивление в 10 кОм, дают 0,5 вольта), то увидим, что падение напряжение на последовательно подключенном резисторе составит 0,5 вольта. Падение напряжения на полевом транзисторе с затвором на основе перехода, составимт 8,5 вольт, и, соответственно, на нагрузке падение напряжения также будет 8,5 вольт, так как она включена параллельно с этим транзистором. Напряжение на нагрузку увеличивается с 0,5 вольта до 8,5 вольт, поскольку значение потенциала, подаваемого на затвор изменилось. Изменение потенциала, подаваемого на затвор, было незначительным (1,5 вольта), но в результате оно возросло на нагрузку гораздо больше (8 вольт). Незначительное изменение во входящем сигнале привело к значительному изменению выходящего сигнала.

Рис. 6-9. Потенциал, подаваемый на входной резистор

6.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевые транзисторы с изолированным затвором отличаются от полевых транзисторов с затвором на основе перехода как по своей конструкции, так и по принципу работы. Обычно в полевых транзисторах с изолированным затвором, как это видно из их названия, затвор изолируется от основного корпуса транзистора тонким слоем окиси металла или каким-нибудь другим изолирующим материалом. Транзисторы этого типа, в которых в качестве изолятора использована окись металла, часто называют полевыми транзисторами со структорой металл-оксид-полупроводник.

Изоляция затвора в этих транзисторах от их основной части обеспечивает им двойное преимущество по сравнению с полевыми транзисторами с затвором на основе перехода. Одно из этих преимуществ заключается в том, что подобная изоляция предотвращает движение тока через затвор независимо от полярности, подаваемого на затвор потенциала. А это, в свою очередь, создает второе преимущество, которое состоит в том, что эти транзисторы могут действовать постоянно, независимо от того подается ли на затвор положительный или отрицательный потенциал.

С точки зрения их конструкции, существует два типа полевых транзисторов со структорой металл-оксид-полупроводник, а именно, работающие в режиме обогащения или обеднения.

6.2.1 Полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник, работающие в режиме обогащения

Полевые транзисторы со структуторй металл-оксид-полупроводник, работающие в режиме обогащения, названы так потому, что, когда потенциал, подаваемый на их затвор, увеличивается, то проводящая способность этих транзисторов также возрастает, или же усиливается. На рис. 6-10 приведена блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник, работающие в режиме обогащения с каналом n-типа. Исток питания и сток, которые изготовлены из материала n-типа, отделены друг от друга блоком из материала p-типа, известного как подложка, или внутренняя структура. Затвор, который фактически представляет из себя тонкую пленку металла поверх изолятора из оксида металла, закреплен на этой подложке.

Рис. 6-10. Блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающего в обогащенном режиме

Провод от истока подключен к одному элементу из материала n-типа, а провод стока - к другому элементу из такого же материала. На блок-схеме видно, что канал для движения тока от истока к стоку отсутствует, поэтому, когда на затвор не подается никакого потенциала, то через транзистор не идет никакого тока. Это обычное "выключенное" состояние этого полевого транзистора, то есть он не является проводником до тех пор, пока на затвор не подан какой-либо потенциал. На рис. 6-11 показано схематическое изображение, которое обычно используют для этих полевых транзисторов с каналом n-типа. Вертикальная линия, обозначающая канал, разорвана, что должно показать, что обычное состояние этого прибора - нерабочее.

Рис. 6-11. Схематическое изображение полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающего в обогащенном режиме

Общая конструкция такого же полупроводникового транзистора, но с каналом p-типа аналогична транзистору с каналом -типа за исключением того, что исток и сток изготовлены из материала p-типа, а подложка - из материала n-типа. На рис. 6-12 показана блок-схема такого полевого транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, работающего в обогащенном режиме, а также схематическое изображение, которое обычно используется для обозначения подобного типа приборов.

Рис. 6-12. Блок-схема и схематическое изображение полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, работающего в обогащенном режиме

На рис. 6-13 видно, как работает полевой транзистор, со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающий в обогащенном режиме. Исток питания в цепи затвора соединен таким образом, что сам затвор относительно источника имеет положительный потенциал. Подложка подсоединен к истоку питания данного транзистора так, что у нее тот же потенциал, что и у истока, который отрицателен относительно затвора. Когда отрицательный потенциал подается на подложку, а положительный - на затвор, то затвор и подложка действуют как положительная и отрицательная пластины конденсатора. Изоляция затвора выступает в роли диэлектрика.

Рис. 6-13. Действие полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводнрик с каналом n-типа, работающий в обогащенном режиме

Положительный потенциал, подаваемый на затвор, притягивает электроны в подложке из материала p-типа к затвору полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник, работающего в обогащенном режиме. Скопление электронов в материале p-типа между материалом источника n-типа и стоком обеспечивает протекание тока между истоком и стоком. Чем больший положительный потенциал будет подаваться на затвор, тем больший ток будет протекать через транзистор от истока к стоку. Однако, когда потенциал перестает подаваться на затвор, то конденсатор начинает разряжаться, и полевой транзистор со структурой металл-оксид-полулпроводник, работающий в обогащенном режиме, выключается.

Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающий в обогащенном режиме, проводит ток только тогда, когда потенциал на затворе положителен относительно истока, и наоборот, полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, работающий в усиленном режиме, будет проводить ток только тогда, когда потенциал на его затворе будет отрицательным относительно истока.

6.2.2 Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p -типа, работающий в обедненном режиме

На рис. 6-14 приведена блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающий в обедненном режиме. В транзисторе обедненного типа существует канал, идущий через весь транзистор. Когда на исток и на сток подается какой-либо потенциал, то ток может протекать по этому канал от истока к стокуу без подачи потенциала на затвор. Обычное состояние транзисторов этого типа - это "включенное" состояние, то есть, они проводят ток, даже если на затвор не подается никакого потенциала. Подложкой в полевых транзисторах со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающим в обедненном режиме, является материал p-типа.

Рис. 6-14. Блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающего в обедненном режиме

На рис. 6-15 изображена блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, работающего в обедненном режиме. В транзисторах этого типа исток, сток и канал изготавливаются из материала p-типа, а подложка - из материала n-типа.

Рис. 6-15. Блок-схема полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, работающего в обедненном режиме

Ниже, на рис. 6-16 показаны схематические изображения полевых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник с каналами n- и p-типов, работающих в обедненном режиме. На обоих изображениях вертикальная линия никуда не подсоединена, что означает, что нормальное состояние данного транзистора "включенное".

Рис. 6-16. Изображения полевых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник с каналами n- и p-типов, работающих в обедненном режиме

На рис. 6-17 видно, как действует полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающий в обедненном режиме. Затвор соединен с источником напряжения таким образом, что на него (затвор) подается отрицательный потенциал относительно истока. Подложка подсоединена таким образом, что имеет тот же потенциал, что и исток, который имеет положительный потенциал относительно затвора. Когда на затвор подается отрицательный потенциал, а на подложку - положительный потенциал, то затвор и подложка действуют как конденсатор. Отрицательный потенциал, подаваемый на затвор, отталкивает электроны в канал n-типа. В канале недостает некоторого количества электронов, поэтому через транзистор протекает меньший ток. Если подаваемый на затвор отрицательный потенциал достаточно велик, то канал будет полностью лишен электронов. Когда это происходит, то ток на выход не подается, и транзистор перестает быть проводником.

Рис. 6-17. Функционирование полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом n-типа, работающий в режиме обеднения.

Такие транзисторы, работающие в обедненном режиме, могут также работать и в обогащенном режиме, если для их работы созданы условия такого режима. На рис. 6-18 потенциал на затворе транзистора с каналом n-типа соединен таким образом, что затвор имеет положительный потенциал по отношению к истоку. Здесь вновь между затвором и подложкой возникает эффект конденсатора. Положительный потенциал на затворе привлекает электроны из подложки p-типа в канал n-типа, и протекающий через транзистор ток возрастает.

Рис. 6-18. Полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник, работающий в режиме обеднения, используемый для работы в режиме обогащения.

В заключение надо сказать, что транзисторы, работающие в режиме обеднения могут использоваться при положительном, и при отрицательным потенциале на своем затворе как в обедненном, так и в обогащенном режиме. Когда такой транзистор с каналом n-типа имеет отрицательный потенциал на своем затворе, то он действует в обедненном режиме; когда на его затворе оказывается положительный потенциал, то он действует в обогащенном режиме. Что касается полевых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник с каналом p-типа, то в нем все происходит наоборот. Когда этот транзистор имеет положительный потенциал на своем затворе, то он действует в обедненном режиме, а когда на затворе отрицательный потенциал, то - в обогащенном режиме.

Вопросы.

6-1. Чем отличается полевой транзистор от обычного транзистора?

6-2. Назовите два основных типа полевых транзисторов.

а.

б.

6-3. Полевой транзистор с затвором на основе перехода состоит из четырех основных частей:

(а) , (б) ,

(в) и (г) .

6-4. Что управляет проводимостью от истока к стоку в полевом транзисторе с затвором на основе перехода?

6-5. Обведите правильный ответ.

Критическое значение потенциала на затворе, при котором движение тока через полевой транзистор с затвором на основе перехода прекращается, называется:

а. напряжением затвора

б. напряжением пробоя

в. напряжением отсечки

г. ни одним из вышеназванных терминов

6-6. Верно или неверно. Полевой транзистор с затвором на основе перехода, может поддерживать постоянную величину протекающего тока несмотря на изменения в подаваемом напряжении.

6-7. Обычно полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник, работающий в обогащенном режиме, находится в состоянии.

(включен/выключен)

6-8. Затвор и подложка полевого транзистора со структурой металл-оксид- полупроводник действуют как пластины .

6-9. Верно или неверно. Полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник, работающие в обедненном режиме, могут действовать и при положительном, и при отрицательном потенциале на своем затворе как в обедненном, так и в обогащенном режиме.

Ответы

1-1. p-n переход представляет собой точку в полупроводниковом приборе, где материал n-типа физически соприкасается с материалом p-типа.

1-2. Неверно

1-3. (Эти ответы могут располагаться в любом порядке)

а. Прямое смещение - уменьшение ширины и уменьшение сопротивления для протекания тока

б. Обратное смещение - увеличение ширины и увеличение сопротивления для протекания тока

1-4. Напряжение пробоя представляет собой определенную величину обратного потенциала, при котором ток быстро нарастает в p-n переходе, имеющем обратное смещение.

1-5. г

1-6. Неверно

2-1. Стабилитрон предназначен для работы в зоне пробоя с обратным смещением.

2-2. В стабилитроне с обратным смещением существует минимальный ток до тех пор, пока поданное напряжение на достигнет значения напряжения пробоя данного диода. Когда это напряжение пробоя достигнуто, то происходит значительное увеличение потока тока.

2-3. Большое

2-4. Верно

2-5. Туннельный диод

2-6. Неверно

2-7. Подаваемое напряжение увеличивается на туннельном диоде с прямым смещением, ток также увеличивается до определенного значения. Как только это значение достигнуто, увеличение напряжения прямого смещения вызывает падение тока до минимума. Когда напряжение все еще продолжает увеличиваться, то ток вновь возрастает, а соотношение напряжение-ток соответствует обычному полупроводниковому диоду.

2-8. Верно

3-1. Светодиоды испускают свет, когда через них идет ток.

3-2. Величина тока, идущего через светоизлучающий диод.

3-3. Прямое

3-4. в

4-1. Верно

4-2. а. вывод - В1

б. вывод - В2

в. эмиттер - Э

4-3. Полярность напряжения на эмиттере

4-4. б

4-5. Когда однопереходный транзистор отпирается, то p-n переход оказывается с прямым смещением, и ток протекает через затвор. Величина тока, проходящего через однопереходный транзистор от В1 к В2, увеличивается до максимума.

4-6. Серии острых импульсов.

5-1. Три

5-2. Напряжение включения тиристоров представляет собой потенциал, при котором кремниевый управляемый тиристор становится очень хорошим проводником.

5-3. Удерживающий ток

5-4. В кремниевом управляемом тиристоре затвор представляет собой материал p-типа в p-n переходе с обратным смещением.

5-5. Когда потенциал, подаваемый на затвор, увеличивается, то значение напряжения включения тиристора уменьшается; кремниевый управляемый тиристор становится хорошим проводником при меньшем напряжении с источника питания.

5-6. Верно

5-7. (Эти ответы могут располагаться в любом порядке)

а. Разомкнуть цепь

б. Поменять полярность потенциала от источника питания.

5-8. Выходное напряжение постоянного тока с кремниевого управляемого тиристора можно регулировать

5-9. Неверно

6-1. В полевом транзисторе ток протекает через прибор, не пересекая p-n переход.

6-2. (Эти ответы могут располагаться в любом порядке)

а. полевой тринзистор с затвором на основе перехода

б. полевой транзистор с изолированным затвором

6-3. (Эти ответы могут располагаться в любом порядке)

а. канал

б. затвор

в. исток

г. сток

6-4. Значение затворного потенциала управляет проводимостью от истока до стока полевого транзистора с затвором на основе перехода.

6-5. в

6-6. Верно

6-7. выключен

6-8. конденсатор

6-9. Верно

ГЛОССАРИЙ

Ниже приводятся термины, использованные при изучении темы "Специальные элетронные приборы". Эти определения даны с точки зрения данного изучаемого материала.

Учебное пособие сосавлено на основе материалов

компании NUS Training Corporation.

Перевод: А.Горбачев

Редакция: В.Шалаев

Дизайн: Н.Бекжанов

Код: M202082R.DOC