1.9 Сит транзисторы и сит-тиристоры

Статические индукционные SIT и SITh(Static Induction Transistor или Thyristor). Индукционные – значит полевые, статические потому, что при нулевом напряжении на затворе они находятся в открытом состоянии. Считается, что это недостаток прибора, так как схемным образом необходимо обеспечить его начальное закрытое состояние. Достоинством является низкое сопротивление в открытом, ключевом состоянии 0,1 – 0,025 Ом (обеспечивается высокий КПД, например, для ветроэлектростанций). Примерный вид характеристик SIT-транзистора изображен на рисунке 1.6.

Рисунок 1.61 – Выходные характеристики SIT-транзистора

Условные изображения SIT-транзистора те же, что и у полевого транзистора, что вызывает затруднение в их идентификации, поэтому надо смотреть спецификацию к схеме, и по ней определять тип транзистора.

1.10 Новые разработки транзисторов и тиристоров

OptiMOS, HEXFET – первый – полевой транзистор, с оптимизацией конструкции и технологии, второй – тоже самое, но с ячеистой структурой HEX – гексагональной – рисунок 1.53,б.

Основные свойства:

• низкое сопротивление во включенном состоянии – 3 мОм (милиом);

• малое время переключения (до нескольких сот килогерц);

• высокая устойчивость к короткому замыканию;

• коммутируемый ток до сотен ампер;

• количество элементов до 1235 на квадратный сантиметр.

CSTB – транзистор (си ес ти би) – пятое поколение (Mitsubishi electric), IGBT (Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor) (Высокочастотное Запоминание Затвор Биполярный Транзистор), т.е. биполярные транзисторы с изолированным затвором с накопительными носителями. Графики сравнения IGBT пятого поколения с диодом изображены на рисунке 1.62.

Рисунок 1.62 – Характеристики диода и IGBT транзисторов разных поколений

SiC-ключи – разные типы ключей на основе карбида кремния (SiC).

• высокая рабочая температура кристалла (более 600⁰ С) против 150⁰...200⁰ С у кремния;

• высокая радиационная устойчивость;

• другие достоинства в сравнении с транзисторами и тиристорами на основе кремния.

Интеллектуальные, инженерные транзисторы и ключи (так же транзисторы, но в ключевом режиме), одно из представлений которых изображено на рисунке 1.63.

Рисунок 1.63 – Интеллектуальный транзистор

В прямоугольнике помещаются схемы защиты от перегрузок, коротких замыканий, перенапряжений и возможные другие. Интеллектуальные, инженерные транзисторы обладают рядом дополнительных полезных свойств, но дороже в сравнении с обычными транзисторами.

CSITMOS – Composite Static Induction Thyristor – позволяет решить проблему открытого состояния для высоковольтного СИТ-тиристора.

1.11 Обратные связи

Типовой транзисторный каскад с общим эмиттером изображен на рисунке 1.64.

б)

а)

Рисунок 1.64 – Типовой транзисторный каскад с общим эмиттером а); режим ожидания б)

В этой схеме R_б1 и R_б2 – делитель, одно из назначений которого обеспечить ток смещения, то есть установку режима ожидания, например, режима А. Из графика рисунка 1.64,б) следует, что для установки режима ожидания необходимо обеспечить базовый ток I_{б ожидания}, цифровое значение которого определяется штриховой базовой характеристикой. После определения цифры I_{б ожидания} (а также R_k ≈E₀ : I_k - отношение цифровых значений отрезков, обозначенных фигурными скобками) устанавливаются резисторы R_б1 и R_б2 такой величины, чтобы ток базы был равен I_{б ожидания}, напряжение на выходе U_{k ожидания}, ток I_{k ожидания}, как показано на рисунке 1.64, а) дополнительными графиками в базовой, коллекторной и эмиттерной цепях. Причем, в базовой цепи ток, так как транзистор управляется током, а в выходных цепях – напряжения, употребляющиеся при анализе более часто, чем токи. На рисунке 1.64, а) обозначены штриховыми линиями.

Теперь наложим в базовой цепи усиливаемую переменную составляющую, обозначенную двумя полупериодами синусоиды. Первый полупериод синусоиды вверх – положительный полупериод базового тока призакрывает транзистор, следовательно, на коллекторном электроде первый полупериод отрицательный, то есть напряжение стремится в пределе к –E₀, на эмиттерном электроде первый полупериод стремится к нулю, то есть расположен в положительной области и т.д. Если бы каким-то образом образовать цепь передачи сигнала из коллекторной цепи в базовую (например, через резистор), то полупериоды были бы противонаправлены, вычитались друг из друга, что называется отрицательной обратной связью, которая, как известно, всё улучшает (стабильность, уменьшает искажения, расширяет полосу пропускания), кроме коэффициента усиления, который соответственно, уменьшается.

В эмиттерной цепи первый полупериод напряжения совпадает по фазе с первым полупериодом тока в базовой цепи (и напряжениям, так как ток базы образуется в конечном счете напряжением), поэтому, казалось бы, что здесь положительная обратная связь, но ведь транзистором управляет ток базы, а значит напряжение перехода эмиттер-база, но оно определяется разностью между напряжением базового и эмиттерного электродов, следовательно, здесь тоже отрицательная обратная связь, всё улучшающая, кроме коэффициента усиления. Говорят, что на эмиттерном резисторе имеет место отрицательная обратная связь как по постоянной составляющей, так и по переменной составляющей одновременно. Но если параллельно R_э установить конденсатор, то отрицательная обратная связь по переменной составляющей в значительной степени компенсируется, остается только отрицательная обратная связь по постоянной составляющей, стабилизирующая каскад. В итоге, второе назначение делителя и эмиттерного резистора – стабилизировать каскад по режиму ожидания постоянной составляющей.

Каскады могут быть соединены друг с другом непосредственно (гальваническая связь), в этом случае одновременно усиливаются как постоянные, так и переменные составляющие; через конденсаторы или трансформаторы (усиливаются только переменные составляющие).

На рисунке 1.65 изображена одна из схем с конденсаторами в цепях связи для иллюстрации обратных связей.

Рисунок 1.65 – Схема для иллюстрации обратных связей

Из схемы следует, что I и III обратные связи положительные, II – отрицательная, в IV и V обратных связях происходит вычитание сигналов (они противофазны), но так как конечный эффект рассматривается относительно базовых электродов, то это в целом положительные обратные связи; VI обратная связь складывает положительные полупериоды первого и третьего каскадов, общая амплитуда первого полупериода на эмиттерном электроде первого транзистора возрастает, поэтому больше эффект вычитания из базового сигнала первого транзистора, в целом это отрицательная обратная связь.