6.4. Способы включения и выключения тиристоров

Переключение тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется с помощью введения тем или иным способом в одну или обе его базовые области неравновесных носителей заряда (то есть накопление избыточного отрицательного заряда электронов в п₁-базе, и избыточного положительного заряда дырок в р₂-базе) достаточного для выполнений условий включения.

Способами включения тиристора из закрытого состояния в открытое являются:

- повышение напряжения, приложенного к тиристору вплоть до величины напряжения переключения – включение по аноду;

- включение с помощью тока управления (подача сигнала на управляющий электрод);

- включение тиристора под действием теплоты (нагрев тиристорной структуры);

- включение тиристора под действием света;

- включение тиристора путем быстрого увеличения анодного напряжения на нем (переключение по dU/dt).

Практическое применение нашли включение с помощью тока управления и включение тиристора под действием света.

Сущность всех способов выключения заключается в следующем: при работе в открытом состоянии в базах тиристора накапливается большой избыточный заряд неравновесных носителей, чтобы тиристор выключился необходимо, чтобы накопленный заряд в базах уменьшился до значения не превышающего критический заряд включения

Выключение тиристора может быть осуществлено следующими способами:

- путем уменьшения прямого тока до нуля или смены полярности анодного напряжения (выключение по основной цепи);

- подача на управляющий электрод обратного тока;

- смена полярности анодного напряжения с одновременной подачей в р₂ – базу обратного тока (комбинированное выключение);

- путем снятия прямого напряжения или путем разрыва цепи

Наиболее распространен способ выключение по основной цепи.

7. Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью

Во многих современных электронных цепях используются транзисторы, ток носителей которых течет по так называемому каналу, образованному внутри кремниевого кристалла. Этим током можно управлять, прикладывая электрическое поле. Такие приборы называют полевыми транзисторами (в англоязычной литературе применяют сокращение FET - Field Effected Transistor). В настоящее время эти транзисторы играют весьма важную роль, являясь элементами ИС, которые содержат на одном кристалле от тысяч до сотен тысяч полупроводниковых приборов. В свою очередь, на базе таких ИС создают компьютеры, микропроцессорные системы, устройства обработки сигналов и т.д.

Полевой транзистор (ПТ)– это полупроводниковый прибор, в котором изменение тока происходит под действием перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.

Протекание электрического тока в полевых транзисторах обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие транзисторы называют также униполярными в отличие от биполярных.

По физическим эффектам, лежащим в основе управления носителями заряда, полевые транзисторы бывают трех видов: с управляющим p-n-переходом, с управляющим переходом металл полупроводник и со структурой металл–диэлектрик–полупроводник (МДП-транзисторы). Приборы этого типа в зарубежной литературе носят разные названия, в том числе MOSFET (Metal - Oxide - Semiconductor Field - Effected Transistor, то есть полевой транзистор металл - окисел - полупроводник), IGFET (Insulated-Gate Field - Effected Transistor, то есть полевой транзистор с изолированным затвором), MISFET (Metal - Insulator - Semiconductor Field - Effected Transistor, то есть полевой транзистор металл - изолятор - полупроводник), MOST (Metal - Oxide - Semiconductor Transistor, то есть полевой транзистор металл - окисел - полупроводник), JFET (Junction Field - Effected Transistor, то есть полевой транзистор с управляющим p-n-переходом), MESFET (Metal - Semiconductor Field - Effected Transistor, то есть полевой транзистор с управляющим переходом металл - полупроводник). В полевых транзисторах в качестве полупроводникового материала используют в основном кремний и арсенид галлия, в качестве металлов: алюминий, молибден, золото; в качестве диэлектрика оксид кремния SiО₂ в МОП-транзисторах или сложные структуры, например SiO₂–Al₂O₃, SiO₂–Si₃N₄ в МДП-транзисторах.

Полевые транзисторы проще биполярных по структуре, кроме того, им присущ ряд ценных качеств:

- производство этих приборов проще, они имеют меньшие габариты и можно добиться более высокой степени интеграции ИС;

- потребляемая ими мощность меньше, чем у биполярных транзисторов (мощность, потребляемая МОП - транзисторами, составляет единицы нановатт, в то время как биполярные транзисторы потребляют единицы милливатт);

- применение полевых транзисторов улучшает экономические показатели изделий;

- характерной особенностью полевых транзисторов является высокое входное сопротивление (свыше 10 МОм) и высокий коэффициент усиления по напряжению;

- на базе полевых транзисторов легко создавать запоминающие устройства, работающие за счет накопления зарядов малыми внутренними емкостями;

- надежность полевых транзисторов выше надежности биполярных.

В области высоких токов полевые транзисторы имеют отрицательный температурный коэффициент, то есть ток в данных приборах уменьшается с повышением температуры, благодаря этому возникает более однородное распределение температуры по площади прибора и снижается вероятность развития теплового или вторичного пробоя, характерного для биполярных транзисторов. Поскольку полевые транзисторы являются униполярными приборами, они не чувствительны к эффектам накопления неосновных носителей, и поэтому имеют более высокие граничные частоты и скорости переключения.