Режимы работы транзистора

Область работы транзистора	Эмиттерный переход	Коллекторный переход
I.Активная облаять	Открыт	Закрыт
II.Область отсечки	Закрыт
III.Область насыщения	Открыт	Открыт
IV.Область обратной проводимости	Закрыт

Рис. 3. Графическое обозначение транзисторов: а — типа р — п — р; б — типа п — р — п

Вторая и третья области характеризуют работу транзистора в качестве пе­реключательного элемен­та, а первая — работу в усилительном режиме.

На рис. 5 приведены вольт - амперные характе­ристики транзистора.

В первом квадрате изображены зависимости I к =f (Uкэ) с Iб в качестве параметра. Область 1 – активная область, в которой эмиттерный переход открыт, а коллекторный – закрыт. Эта область используется при работе в усилительном режиме.

Рис.4: Структура сплавного диффузионного транзистора.

Рис. 5. Вольт – амперные характеристики

Если эмиттерный переход закрыт, т. е. базовый ток имеет положительное направление , то рабочая точка находится в области 3. В области 2 коллектор­ный и эмиттерный перехо­ды открыты, т. е. и

Крутизна характери­стики представ­ляет собой коэффициент усиления транзистора по току, т. е.

В третьем квадранте представлена входная ха­рактеристика транзисто­ра. Масштаб рис. 5 не позволяет изобразить ха­рактеристики в области запирания. Зависимость обратных токов от U_бэ приведена на рис. 6.

Когда эмиттерный переход закрыт (U_бэ > 0), остаточные токи транзис­тора почти перестают за­висеть от базового напря­жения.

Большой интерес представляет работа транзистора в качестве переключающего элемента, когда необходимо добиться приближения его свойств к электрическим свойствам металлического контакта, т. е. сопротивление участка переключение перехода коллектор – эмиттер в непроводящем слое сделать максимально возможным.

Рис.6: Зависимость обратных токов от U_бэ

Когда транзистор выключен (рис. 7), т. е. эмиттерный переход закрыт, рабочей точкой является точка А, находящаяся на нагру­зочной прямой, соответствующей сопротивлению R_n. С увеличением силы тока базы по абсолютной величине рабочая точка пе­ремещается по нагрузочной прямой к

большим значениям силы тока коллектора. При достижении силы тока базы значения - I_б.вкл которое соответствует точке Е, коллекторный переход открывается. Этому моменту соответствует обратное напряжение перехода кол­лектор- эмиттер U_{кэ ост}. Дальнейшее увеличение силы тока базы не приводит к возрас­танию силы тока коллектора, так как он ограничивается сопротив­лением нагрузки R_H, следовательно:

(3.1.)

И

(3.2.)

Обе рабочие точки определяют два крайних состояния транзи­сторного «ключа», определяя возможные значения его сопротив­лений.

Рис. 7. Эквивалентная схема включения и вольтамперная характеристика транзистора в ключевом режиме

8. Переключающие и управля­емые диоды — тиристоры. Тиристор- полупроводниковый прибор, с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (или более) выпрямляющих перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое, и наоборот. Различают диодные (неуправляемые) и триодные (управляемые) тиристоры. Диодный тиристор называют динистором, а триодный – тринистором.

Ос­новой тиристора является кри­сталл кремния, в котором соз­даны четыре чередующихся слоя р и п проводимостей (рис. 8, а) Омические контакты выведены от крайнего р слоя, являющегося анодом, и край­него п слоя — катода.

Четырехслойную структуру p₁ – n₁ – p₂ – n₂ типа можно рассматривать как два транзисто­ра типов p₁ – n₁ – p₂ и n₁ – p₂ – n₂ объединенных коллекторны­ми переходами (см. рис. 8, 6).

При подаче небольшого положительного напряжения на край­ний р слой переходы f₁ и f₂ оказываются смещенными в прямом на­правлении и действуют подобно эмиттерам транзисторов. Пере­ход f₂ при этом смещен в обратном направле­нии и является коллекторным переходом для обоих транзисторов. Так как падение напряжения на отрытых эмиттерных переходах незначительно, почти все внешнее напряжение оказывается приложенным к переходу f₂.

Ток, протекающий через коллекторный переход f₂ определяется суммой токов обоих транзисторов и тепловым обратным током I_к0 перехода f₂. Для транзистора типа p₁ – n₁ – p₂ ток через переход f₂, определяемый количеством дырок, инжектированных эмиттером и прошедших через базу п₁, равен где — коэффициент пе­редачи тока эмиттера, — эмиттерный ток транзистора типа p₁ – n₁ – p₂.

Аналогично для второго транзистора ток через переход f₂ соз­дается электронами области п₂ и равен . Общий ток перехода f_2:

(3.3.)

Поскольку через все последовательно соединенные переходы проходит один и тот же ток, равный силе тока внешней цепи, то

(3.4.)

Из (3.3) и (3.4) получим

(3.5.)

Из анализа соотношения (3.5) видно, что при < l ток I

превышает тепловой ток I_ко, но останется небольшим, так как в

кремниевых диодах величина I_ко может быть очень незначительной.

Этот режим соответствует выключенному (закрытому)

состоянию периода, когда сопротивление его максимально.

Рис. 9. Схематическое устройство тиристора, условное графическое обозначение и вольт - амперные характеристики тиристора

При подаче на тиристор напряжения обратной полярности ток тиристора остается незначительным до напряжений, меньших

Uобр max.

Характеристики управления тиристора приведены на рис. 10. Заштрихованная область показывает возможные изменения управляющей силы тока и напряжения, при которых происходит выключение тиристора для различных температур (от -65 до +125°С).

Вследствие разброса управляющего тока в схемах, где требуется точное фиксирование момента включения, желательно управлять импульсами напряжения с крутым передним фронтом.

Инерционность процессов включения переключающих диодов и тиристоров характеризуется временем включения — временем с момента подачи отпирающего импульса до открытия приборов.

Время выключения — время, в течение которого на пе­реключающие диоды и тиристоры должно быть подано отрицательное запирающее напряжение. За это время происходит восстановление электрической прочности диода или тиристора (запирающей способности).

Тиристоры и переключающие диоды имеют ряд важных преимуществ перед другими приборами и устройствами: большой срок службы, высокая механическая прочность, высокий к. п. д. вследствие малого падения напряжения в прямом направлении (порядка 1—2 В), небольшие размеры и массу, быстрый переход из запертого состояния в открытое и обратно, большой допустимый интервал рабочих температур (от -50° до +100...150°С). Эти преимущества обусловливают возможность широкого применения тиристоров и переключающих диодов в системе электроники.