ściąga2 1, PW Transport, Elektrotechnika

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

TRANZYSTOR UNIPOLARNY  (POLOWY)

Są to przyrządy półprzewodnikowe, których działanie polega na sterowaniu prądu za pomocą pola elektrycznego. W przewodnictwie bierze udział jeden rodzaj ładunku (elektrony lub dziury). Istnieją dwa typy:

@  tranzystor polowy złączowy – JFET;

@  tranzystor polowy z izolowaną bramką – MOSFET (IGFET, MISFET)

Różnią się od bipolarnych:

#  wykorzystują jeden typ nośników;   #  łatwiejsze do wytwarzania;

#  w postaci scalonej zajmują mniej miejsca;   #  duża rezystancja wejściowa ( > niż kilkaset MW);   #  mają mniejsze szumy.     

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                                        

Jest to tranzystor z kanałem typu n (typ płytki do której doprowadzono dren D i źródło S). Po obu stronach płytki znajduje się bramka G (elektroda sterująca) typu przeciwnego niż pozostałe elektrody.

Przez źródło S nośniki większościowe wpływają do wnętrza płytki (prądem Is), a opuszczają ją przez dren (prąd ID). Między S i D doprowadzone jest napięcie UDS. Między G i S doprowadzone jest napięcie, aby zaporowo spolaryzować złącze bramka – źródło. Taka polaryzacja powoduje zmianę szerokości kanału. Większe napięcie UGS to węższy kanał i większa jego rezystancja, czyli mniejszy prąd ID. Jest to tzw. efekt polowy.

Spadki napięć na obszarze kanału powodują, że jego szerokość jest nierównomierna. Całkowite zamknięcie kanału jest niemożliwe.

¬ Charakterystyka przejściowa

UT – napięcie odcięcia (progowe);

Charakt. wyjściowa ¯   -  gdy UGS  = 0:

$  ID = 0 kanał jest całkowicie otwarty;

$  Przy małym napięciu UDS. płytka działa jak rezystor – jest to zakres nienasycenia;

$  Przy zwiększaniu się prądu spadek nap na rezyst kanału polaryzuje złącze w kier zap i kanał się zwęża, ale nierównomiernie – tym więcej im dalej od S;

$  Przy pewnej wartości UGS kanał jest zaciśnięty;

Warunek zaciśnięcia kanału: wyznacza linię przerywaną oddzielającą zakresy pracy tranzystora;

$  Kanał nie zaciśnie się całkowicie więc płynie prąd nasycenia – tran jest w stanie nasycenia;

- gdy zwiększamy UGS :

$  przy dodatkowej polaryzacji zaporowej zaciśnięcie kanału nastąpi dla mniejszego ID

- gdy zwiększamy UDS. (poza rysunek):

$  to dochodzi się do obszaru lawinowego przebicia złącza bramki;

$  gwałtownie wzrasta prąd drenu;

$  im większe UGS tym mniejsze napięcie przebicia;

Częściej stosuje się tran z kanałem typu n, bo są szybsze.

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

MOSFET – z izolowaną bramką

Metalowa bramka połączona jest z izolacyjną warstwą tlenku, który sąsiaduje z podłożem. S i D doprowadzone są do obszarów n w głębi płytki. Niemożliwy jest przepływ prądu między D i S. Prąd płynie przez G. B jest uziemione. Pod wpływem dodatniego potencjału na G zaindukuje się w obszarze p kanał typu n, którego rezyst zależy od szerokości od której zależy prąd płynący przez kanał.

Podział ze względu na typ przewodnictwa:

@  z kanałem typu n (B typu p);    @  z kanałem typu p (B typu n);

Podział ze względu na sposób uzyskania właściwości sterujących:

#  normalnie wyłączone (z kanałem wzbogaconym);     #  normalnie włączone ( z kanałem zubożonym).

Tranz mają kanał specjalnie wbudowany lub zaindukowany, przy UGS = 0 kanał istnieje i może płynąć duży prąd drenu.

Działając odpowiednio dużym napięciem G można zaindukować (włączyć) kanał.

Charakterystyka wyjściowa­

$  w zakresie nienasycenia (UDS. mniejsze niż UGS) kanał jest rezystorem;

$  w miarę wzrostu UDS. zwiększa się ID i na rezyst kanału (też jest nierównomierny) odkłada się spadek napięcia;

$  dalszy wzrost napięcia prowadzi do usunięcia inwersji z części kanału;

$  kanał zostaje odcięty i tran pracuje w stanie nasycenia;

$  ID osiąga wartość stałą.

Linia rozgraniczająca stany pracy wynika z warunku zaciśnięcia kanału.

TYRYSTORY

Są to półprzewodnikowe przyrządy mocy. Mają dwa stany:

^  włączenia (mała rezyst);                           ^  wyłączenia (dyża rezyst);

SCR

A – anoda

G – bramka – elektroda sterująca

K – katoda

Ma strukturę czterowarstwową, a bramka umożliwia włączenie tyrystora.

Charakt  Prądowo – napięciowa

Wyróżniamy zakresy dodatniej i ujemnej polaryzacji A względem K.

Przy polar dodatniej tyryst może znajd się w 2 stanach stabilnych: blokowania i przewodzenia (dodatnie UAK). Przy polaryzacji ujemnej tyryst jest w stanie zaworowym (ujemne UAK) i ma właściw jak dioda.

Stan przewodzenia jest stanem włączenia tyryst

Zdolność zaworowa jest ogran szczytowym i niepowtarzalnym szczytowym nap zwrotnym URRM, URSM.

W stanie blok. dla IG =0

przebieg jak w stanie zaworowym. Przekroczenie UBO przełącza tyryst w stan przewodzenia tym szybciej im , większe IG.

UDRM, UDSM – szczytowe i niepowtarzalne szczytowe nap blok.

IHS – prąd załączenia (prąd płynący po przełączeniu ze stanu blokowania do przewodzenia);   IH – prąd podtrzymania (powodujący przełączenie ze stanu przewodzenia do blokowania;

gdzie:

GTO

Różnice z SCR polegają na:

^  podziale katody na wiele elementów otoczonych obszaram bramki;

^  złożonej konstrukcji anady.

Sposób działania podobny do SCR.

Umożliwia wyłączenie poprzez doprowadzenie do G ujemnego impulsu prądowego (kilkanaście ms) rzędu 20 – 30 % prądu anodowego.

Może być włączany dodatnim a wyłączany ujemnym prądem bramki.

Układ sterujący od strony bramki dostosowany do przepływu dużych wartości prądu, co wpływa na złożoność budowy tego tyrystora.

TRIAK

Jest tyrystorem dwukierunkowym o strukturze złożonej z dwóch tyrystorów SCR połączonych odwrotnie równolegle z jedną bramką sterującą.

Pracują złącza  p1, n1, p2, n2  lub  p2, n2, p1, n4

Charakterystyka prądowo – napięciowa

Jest symetryczna względem (0,0) dlatego bez względu na polaryzacje triak pracuje w dwóch stanach:

#  blokowania;              #  przewodzenia;

Metody włączania:

1           UA1 > UA2

Struktura p1-n1-p2-n2 pracuje jak tyrystor. Dodatni IG przełącza triak do stanu przewodzenia

2           UA1 > UA2 i IG < 0

Prąd bazy tranzystora n1-p2-n3 wprowadza triak w stan przewodzenia

3           UA1 < UA2...