Биполярлық транзистор

КІРІСПЕ

Тиристор (тринистор) деп екі негізгі  және бір басқарушы шықпасы бар  екі орныққан күйде болатын шала өткізгішті кремнийден жасалған басқарылмалы құралды айтамыз. Әдетте, тиристор төрт р-п-р-п қабаттан тұрады. Бұл қабаттардың арасында үш р-п өтпесі бар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тиристорлар

     Тиристор дегеніміз ауыстырып қосуға арналған, үш және одан да көп         р - п асулары бар жартылай өткізгіш элемент.

    Бұлардың ішіндегі ең қарапайымы диодты тиристор (динистор). Мұндай тиристордың екі электроды бар. Оның вольт-амперлік сипаттамасы          2-б - суретте тұтас сызықпен көрсетілген. Тұтыну кернеуі П1 мен П3 асулары ашық, ал П2 асуы жабық болатындай етіп беріледі. Соған байланысты тиристор аркылы өтетін ток аз болады.

1-сурет.

     Кернеу көзінің электр қозғаушы  күші өскен кезде тиристордағы U_тура тура кернеу де жоғарылайды, бірақ тура токтың І_тура өсуі U_тура кернеуі өзінің U_қос қосу кернеуінің мәніне жеткенге дейін көп емес. Қалай U_тура=U_қос болады, солай П2 асуының кедергісі тез азаяды да, І_тура тогы жоғарылайды. Осының салдарынан R жүктемедегі кернеу тез жоғарылап, тиристордағы кернеу төмендейді. Яғни, тиристордың ауысып қосылуы жүзеге асады. Ал егерде І_тура тогын азайтатын болсақ, онда тиристор жабылады. 

Вольт-амперлік сипаттамасында теріс мәнді диференциалдық  кедергісі болатын облысы бар, р-п-р-п  немесе п-р-п-р құрылымды 4-қабатты  шала өткізгіш аспаптарды тиристорлар  деп аталатынын білеміз. Тиристорлар  құрылымы мен жұмыс істеу принципі бойынша мына түрлерге бөлінеді: динисторлар, тринисторлар және симисторлар. Динистор- бұл екі электроды бар диодты тиристор. Динистордың бір күйден екінші күйге өтуі шығыстағы кернеу полярлығы мен мәнің өзгеруінен іске асады. 3-суретте динистордың  құрылысы мен графикалық белгіленуі көрсетілген

+       - 

 

 

Сурет  2. Динистордың графикалық белгіленуі және төрт қатпарлы құрлысы. 

 

Кристалдағы төрт қатпарлы құрылысында  үш р-п өткелі бар. Шеткі аудандағы  р және п  -ді эмиттер дейді, ал ортанғыны база деп атайды.П1 және П3 өткелдерді эмиттер деп аталады, П2 коллектор дейді. Эмиттерлік аудандарға қосылғыштар жалғанған. Сыртқы п-облысын  электрлік байланыспен қамтамасыз ететің электрод катод деп аталады, ал сыртқы р-облыспен анод деп аталады. 

3-сурет. Тиристор құрылымы

Динисторға кернеуді қосқан кезде, П1 және П2 өткелдері ығысады тікелей бағытта, ал ортанғы өткел кері бағытта. Кернеуді бөлу кристаллдың бөлек участкілерінде кедергі сәйкес келеді.  П1 және П3 ашық өткелдері кіші кедергімен иеленеді. Сондықтан, барлық қойылған кернеулер П2 өткелге түседі. Пайда болған өрістің әсерінен р1 және п4 ауданынан П1және П3 өткел арқылы негізгі заряд тасмалдаушылар бағытталады: р1 және п2-ден кемтіктер және п4 және р3 –тен электрондар. Динистордың құрылысы екі транзистордың түйіскен түрінде көрсетуге болады, ЖЭ схемасы нда қосылған. 

4-сурет. Динистордың ВАСы

    Арнайы жасалған үшінші  электродтың көмегімен ПЗ асуына U_б басқару кернеуін беру арқылы қосу кернеуін азайтуга болады. Басқару І_б тогының жоғарылауымен қосу кернеуі азаяды. 2-б - суретте І_б1>І_б2. Мұндай тиристорларды триодты (тринистор) деп атайды

Тиринистор деп үш қосқышы бар, біреуі ішкі қатпардан жасалынған және оны басқарушы электорд деп атаймыз (БЭ). Сонымен, тиринисторларда немесе тиристорларда аспапты басқару жағдайын үшінші басқарушы электрод тізбегі арқылы іске асады

                БЭ

 

5-сурет. Тринистордың шартты белгісі.

6-сурет. Тринистор

 

Басқарушы электрод тізбегі арқылы тиристордың  күйін өзгерту бір немесе екі  операция арқылы іске асады. Осыған байланысты бір немесе екілоперациялық тиристор анықталады.Біроперациялық тиристорда басқарушы электрод тізбегі  бойынша  тиристордың ашылуы іске асырылады. Сол мақсатпен басқарушы электродқа оң тиісті катод импульс кернеуі  беріледі. Біроперациялық тиристорды жабу анод тізбегі арқылы анод-катод  кернеу полярлығы өзгеруімен іске асады. Екіоперациялық тиристор басқарушы  электрод тізбегі арқылы аспаптың  ашылу мен  жабылуын да  іске асырады.Басқарушы  электродқа жабылу үшін, кернеудің  теріс импульсы беріледі. Барлық айтылған аспаптар контактісіз кілт функциясын орындайды, токтын бір бағытта жүруіне  иелі. Екі бағытта токтын өтуін  қамтамасыз ететің аспап симистор (симметриялық тиристор)деп атайды. Симистордың орындау функциясы екі тиристордың жұмысын атқарады, қарама-қарсы қосылған.  

 

7-сурет. Симистордың шартты белгісі

 

.

Тиристордың жұмыс істеу режимі

 

    Тиристордын тогы  транзистормен екінші транзистормен эмиттерлерінің тогына тең немесе транзисторлардың коллекторының тең болатындығы төменгі берілген.

Мында     

I=I_э1= I_э2= I_к1+ I_к2= α₁ I_э1+945;₂ I_э2 + I_к0 + β₂ I_у=I(α₁ + α₂)+ I_к0 + β₂ I_у

• α₁ и α₂   -  транзисторлардың эмитторлардың тасмалдау коэфициенттер;
• I_к0   -  коллекторлық аусуларының жылу тоқтарының қосындысы;
• I_у   -  басқару тоғы;
• β₂   -  екінші транзистордын тоқ бойыншы күшейту коэффициенты.

Ақырында тиристор арқылы өтетін тоқ үшін мынадай өрнек  аламыз:

 

 

Мында α - 2 транзистордің эмиттірліқ тоқтарын тасмалдау коэффициент- терінің қосындысы.

Тиристордың волт-амперлік сипаттамасы  (ВАС)

 

Суретте тиристордың ВАСы берілген. I₁=0   U>Uа тиристор арқылы өтетін өте аз болады (I < I_қ).

Егер ( I > I_қ; U > U_қ) тиристордың кедергісі теріс мән қабылдайды яғни dU/dt <0.

Тиристордың басқаратын тармағына  сырттан көрмеу беру арқылы одан тоқтын өту өтпеун реттеуге болады. Басқаратын тоқтын шамасы белгілі бір мәннен асқаннан кейін тиристордың вольтамперлік  сипаттамасында оның терісмәнді электр өткізушілеріне сайкесті бөлік пайда  болады. Тиристор кәдімгі шала өткізгуштен  жасалған диодқа айналады.

Егер тиристордан өтетін тоқ белгілі бір шамадан кіші болса, онда тиристор мына  ...  тиристор жабылады.

 

8-сурет. Tиристордың ВАСы

 

 

Тиристордың негізгі  сипаттамалары:

U_{А қосу} – қосу кернеуі

I_ұст – ұстаушы ток

I_бас.эл – басқарушы электродтың тұрақты тогынын минималды мәні

U_бас.эл – басқарушы электродтағы кернеу 

I_{макс.пер}– период бойынша максималды орташа мәні 

U_{макс.кер} – максималды кері кернеу

Р_макс – максималды қуат