- •Полупроводниковые приборы
- •Полупроводники
- •Электронно-дырочный переход
- •Вентильное свойство идеального p-n перехода
- •Емкость идеального p-n перехода
- •Полупроводниковый диод
- •Вольт-амперная характеристика реального p-n перехода. Пробой
- •Полупроводниковые приборы с одним выпрямляющим переходом
- •Биполярный транзистор
- •Полевые транзисторы
- •Особенности мощных высоковольтных транзисторов
- •Однопереходные транзисторы
- •Тиристоры
- •Усилители
- •Каскадирование как принцип построения электронных устройств
- •Классификация усилителей
- •Основные параметры усилителей
- •Обратные связи в усилителях
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Обеспечение начального режима работы усилителя
- •Усилитель с эмиттерной стабилизацией
- •Математические модели биполярного транзистора
- •Расчет усилителя с эмиттерной стабилизацией по переменному току
- •Усилитель с ок
- •Фазоинверсный каскад
- •Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель
- •Выходные каскады
- •Операционный усилитель
- •Операционный усилитель как идеальный усилитель
- •Передаточная характеристика оу
- •Скорость нарастания оу
- •Упрощенная внутренняя структура оу
- •Основные схемы включения оу
- •Компенсация смещения
- •Ослабление синфазных сигналов
- •Частотная коррекция операционного усилителя
- •Использование оу при однополярном питании
- •Усилители с промежуточным преобразованием
- •Импульсные усилители
- •Общие требования к ключевым каскадам
- •Ключи на биполярных транзисторах
- •Общая характеристика
- •Расчет ключа на биполярном транзисторе
- •Повышение быстродействия ключей на биполярных транзисторах
- •Ключи на полевых транзисторах
- •Общая характеристика
- •Особенности управления мощными полевыми транзисторами
- •Регулирование мощности с использованием ключевых схем
- •Схемы формирования заданного тока и напряжения
- •Источники вторичного электропитания
- •Структура и основные параметры
- •Выпрямители
- •Устройства стабилизации мгновенных значений напряжения
- •Устройства стабилизации среднего значения напряжения
- •Импульсные стабилизаторы напряжения
- •Генераторы сигналов
- •Частотно-зависимые устройства
- •Аналоговые фильтры
- •Синтез корректирующих звеньев
- •Схемная реализация корректирующих звеньев
- •Схемная реализация регулятора
- •Библиографический список
- •Оглавление
-
Особенности мощных высоковольтных транзисторов
При построении устройств автоматики нередко возникает необходимость в использовании биполярных транзисторов, напряжение которых должно составлять несколько сотен вольт при достаточно больших (десятки ампер) токах. Рассмотрим особенности строения таких транзисторов.
Работа биполярного транзистора может протекать при низком или при высоком уровне инжекции, что определяется плотностью тока, протекающего через эмиттерный переход. В зависимости от конструкции транзистора величина граничной плотности тока может составлять сотни А/см2, однако в силу малой площади эмиттерного перехода (см2) в транзисторе будет наблюдаться высокий уровень инжекции при невысоких — менее 100 мА токах.
Ранее отмечалось, что величина коэффициента передачи тока базы должна быть постоянной, но на практике этого не наблюдается. При работе реального транзистора данный коэффициент нелинейно зависит от тока эмиттера.
Если транзистор работает при невысоком уровне инжекции, то основной причиной непостоянства коэффициента передачи является рекомбинация носителей заряда в зоне эмиттерного перехода. Данный процесс ведет к снижению значения при уменьшении тока эмиттера.
При высоких уровнях инжекции концентрация неосновных носителей в базе, инжектированных эмиттером, становится соизмерима или больше равновесной концентрации основных носителей базы. Будем считать, что основные носители заряда (дырки для транзистора обратной проводимости) распределены в базе равномерно. В связи с тем, что концентрация неосновных носителей в базе уменьшается от эмиттерного перехода к коллекторному, в базе возникает внутреннее электрическое поле (рис. 32).
|
Рис. 32 |
|
|
а) |
б) |
Рис. 33
Кроме рассмотренного эффекта, в биполярном транзисторе при высоких значениях токов, а также при высоких значениях обратного напряжения на коллекторном переходе возникают другие процессы, приводящие к уменьшению коэффициентов передачи токов: эффект Кирка и эффект квазинасыщения. Эффект Кирка состоит в увеличении зоны коллекторного перехода при значительных токах и высоком обратном напряжении в сторону коллектора. Тем самым увеличивается протяженность базы и снижается коэффициент переноса. Квазинасыщение связано с накоплением зарядов обоего знака в коллекторной области на границе с базой. В этом случае также имеет место увеличение протяженности базы. Квазинасыщение проявляется при относительно невысоких значениях .
Таким образом, увеличение тока, протекающего через транзистор, вызывает существенное уменьшение коэффициентов и , что требует увеличения мощности управляющих цепей. Следовательно, биполярные транзисторы, имеющие рассмотренную относительно простую структуру, в сильноточных цепях применять нецелесообразно.
Для увеличения коэффициента передачи тока в мощных высоковольтных транзисторах применяют составную структуру, называемую схемой Дарлингтона (рис. 34,а). Транзисторы и выполняют на одном кристалле (рис. 34,б). Достоинством таких транзисторов является большой коэффициент передачи тока, примерно равный произведению коэффициентов передачи каждого транзистора: . Эмиттерные переходы транзисторов обычно зашунтированы резисторами, что положительно сказывается на быстродействии транзистора.
Так как мощные транзисторы предназначены главным образом для работы в режиме переключения, характеризующимся переходом транзистора из состояния отсечки с высоким обратным напряжением, в состояние насыщения с высоким прямым током, то к ним предъявляются специфические требования: высокое пробивное напряжение эмиттер-коллектор, высокое значение тока коллектора, малое падение напряжения в открытом состоянии, малая длительность переходных процессов.
|
|
а) |
б) |
Рис. 34
Составные транзисторы, построенные по схеме Дарлингтона, имеют большие значения коэффициента передачи базового тока , однако, все равно требуют приложения мощности в управляющей цепи. Полевые транзисторы мощность по цепи управления практически не потребляют, однако проигрывают биполярным по такому важному показателя, как падение напряжение в открытом состоянии. В настоящее время широко используются мощные транзисторы, являющиеся гибридами полевых и биполярных транзисторов — биполярные транзисторы с изолированным затвором1. УГО такого транзистора показано на рис. 35,а, а упрощенная внутренняя структура — на рис. 35,б.
а) |
б) |
Рис. 35
Данные транзисторы сочетают достоинства биполярных и полевых транзисторов. Основная область применения — мощные переключающие каскады.