Реферат Принцип работы биполярного транзистора
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
15. Изобразите структурную схему и объясните принцип работы биполярного транзистора
p
-
n
-
p
.
Биполярным транзистором (БТ) называется трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p
-
n
-переходами, предназначенный для усиления электрических колебаний по току, напряжению или мощности. Слово «биполярный» означает, что физические процессы в БТ определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они располагаются достаточно близко – на расстоянии, меньшем диффузионной длины. Два p
-
n
-перехода образуются в результате чередования областей с разным типом электропроводности. Крайние области называются эмиттер и коллектор, а средняя – база. Условное изображение структуры p-n-p и условное графическое обозначение на принципиальных схемах показаны на рис. 1.
Рис. 1
· Э - эмиттер,
· Б - база,
· К - коллектор,
· ЭП - эмиттерный переход,
· КП - коллекторный переход
Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе n-p-n–типа через базу к коллектору движутся электроны, инжектированные эмиттером, а в транзисторе p-n-p–типа–дырки. Для этого к электродам транзистора подключают источники тока обратной полярности.
Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере транзистора p-n-p типа включенного по схеме с (ОБ) общей базой (рис.1.2). Между р- и n- областями возникают p-n переходы. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным (ЭП), а переход между коллектором и базой - коллекторным (КП). Как показано на рис.1.2, коллекторная цепь транзистора подключается к источнику э.д.с. - Екб т.е. КП смещен в обратном направлении. В коллекторном переходе напряженность поля под действием Екб возрастает. Это приводит к появлению незначительного обратного тока Iко в коллекторной цепи, обусловленного движением неосновных носителей зарядов. Этот ток существенно возрастает с увеличением температуры, поэтому его называют тепловым током коллектора – Iко.
Эмиттерный переход внешним источником напряжения смещен в прямом направлении (ЭП, рис.1.2). Напряженность поля эмиттерного перехода при этом уменьшается. Через эмиттерный переход происходит инжекция дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер. В цепи эмиттера появится ток, равный сумме токов, обусловленных электронной Iэ(n) и дырочной Iэ(p) электропроводностями:
| Iэ = Iэ(n) + Iэ(p) ≈ Iэ(p) | (1) |
Особенность транзистора состоит, в том, что концентрация дырок в эмиттере намного больше концентрации электронов в базе. Поэтому дырочная составляющая тока эмиттера значительно больше электронной (1). В базе происходит накопление неосновных носителей зарядов–дырок. В результате диффузии дырки перемещаются к коллекторному переходу. Часть дырок при этом рекомбинирует в базе с электронами, что создают ток в цепи базы Iб. Но так как толщина базы очень мала (несколько микрометров), доля рекомбинированных дырок незначительна. Вблизи коллекторного перехода дырки оказываются под действием электрического поля, обратновключенного перехода, увлекаются им через переход в коллекторную область и далее – к выводу коллектора, где рекомбинируют с электронами, поставляемыми через внешнюю цепь источником э.д.с, что создает ток в коллекторной цепи Iк.
Таким образом, ток эмиттера равен сумме токов базы Iб и коллектора Iк:
| Iэ = Iк + Iб | (2) |
Ток коллектора состоит из потока дырок инжектируемых эмиттером за вычетом тока базы и собственного теплового тока коллекторного перехода:
| Iк = Iэ(p) – Iб +Iко =α Iэ + Iко , | (3) |
где α = Iк/Iэ – коэффициент передачи тока эмиттера; Iк0 – тепловой ток обратно включенного коллекторного перехода.
Отсюда, ток базы равен:
| Iб = Iэ - Iк= (1 – α) Iэ - Iко | (4) |
Этот ток составляет не более 1% от тока эмиттера.
Все сказанное справедливо также для транзистора n-p-n–типа с учетом высказанных ранее замечаний о перемене на противоположное направление движения токов и смене знаков источников питания схемы транзистора.
Рис.1.3.
В зависимости от того какой из выводов транзистора является общим между входным источником сигнала и выходной цепью транзистора существуют три основные схемы включения транзистора в электрическую цепь: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ) (рис. 1.3).
| | | |
28. Устройство, принцип работы, условное обозначение и область применения газоразрядного цифрового индикатора.
Для визуальной индикации электрических сигналов широко используются цифровые и буквенные индикаторы — многоэлектродные приборы тлеющего разряда, в которых имеется несколько катодов в форме арабских цифр (от 0 до 9), букв, символов и других знаков (запятая, минус, плюс и т. д.). При горении разряда яркое свечение того или иного катода наблюдается через купол или боковую стенку баллона лампы.
Такие индикаторы применяются в счетно-решающих устройствах, в различных измерительных приборах и другой аппаратуре дискретного действия, для визуального представления выходных данных. Индикаторы отличаются высокой яркостью и контрастностью изображения, малой потребляемой мощностью (десятые доли ватта), простотой и надежностью. Индикаторы обычно наполняются неоном и имеют оранжево-красное свечение.
Катоды индикатора имеют самостоятельные выводы и расположены один за другим на расстоянии около 1 мм. Форма катодов и их размеры выбираются так, чтобы создать лишь минимальное перекрытие цифр и знаков, расположенных сзади. Этим же определяются порядок расположения цифр, а также конструкция сетчатого анода. Свечение тлеющего разряда около горящего катода имеет достаточную ширину (до 2 мм), поэтому остальные электроды экранируют не более 20 % светового потока, не ухудшая четкости индикации горящего светового знака.
Значение рабочего тока ограничивается сопротивлением в цепи анода (рабочий ток — ток в цепи анода прибора).
При подаче напряжения на один из катодов в лампе возникает тлеющий разряд, при этом ток должен быть таким, чтобы достаточно ярко светился весь катод. В процессе эксплуатации рабочий ток не должен выходить за пределы, указанные в справочных данных. При больших значениях тока возможен переход в область аномального тлеющего разряда, возрастает распыление материала катода и сокращается долговечность прибора.
Снижение рабочего тока также недопустимо, так как в процессе работы поверхность катодов загрязняется (из-за распыления с соседних катодов), и для хорошего свечения всей поверхности катодов требуется несколько большее напряжение горения. Поэтому установленное значение рабочего тока обычно должно превышать значение тока индикации. (Ток индикации — ток через прибор, при котором покрытые разрядным свечением катоды — цифры, буквы, символы — обеспечивают надежную визуальную индикацию.)
В ряде случаев используется питание анода импульсным напряжением. Ток в импульсе может быть достаточно большим, кажущаяся яркость свечения повышается благодаря инерции зрения, хотя среднее значение тока оказывается ниже номинального. Благодаря этому поддерживаются высокая яркость свечения и надежная индикация цифр — катодов, в то же время долговечность приборов не снижается.
Долговечность индикаторов уменьшается, если разряд длительное время идет на один и тот же катод. Желательно, чтобы при работе прибора поочередно использовались все катоды, при этом периоды нагрузки каждого катода должны быть короткими.
Для нормальной работы индикатора тлеющего разряда необходима определенная начальная ионизация, снижающая время запаздывания зажигания разряда. Такая ионизация обычно создается внешним освещением. В темноте время запаздывания увеличивается и может составлять 1с.
Газоразрядные индикаторы, класс газоразрядных приборов, предназначенных для визуального воспроизведения информации; разновидность отображения информации приборов. Широко применяются в устройствах автоматики, промышленной электроники, контрольно-измерительных приборах, ЭВМ и др. Условное обозначение представлено на рис.2
Рис.2 Индикатор тлеющего разряда ИН-1. Катоды в форме арабских цифр высотой 17 мм.
Индикация осуществляется через купол баллона.
Оформление — стеклянное, с цоколем (РШ19). Масса 35 г.
Среди индикаторов широко представлены цифровые индикаторы: ИН-1 (рис.1), ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-8-2, ИН-12А, ИН-12Б, ИН-14, ИН-16, ИН-1.7, ИН-18. В их числе приборы в миниатюрном и сверхминиатюрном оформлении, с индикацией светящихся катодов — цифр — через купол или боковую поверхность баллона. Используя цифровые индикаторы в сочетании со знакобуквенными (ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН-7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б, ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В), можно создавать многоразрядные информационные устройства с визуальной индикацией не только чисел, но и единиц измерения, вида электрических сигналов, различных символов. В приборах ИН-8-2, ИН-12Б имеется дополнительный электрод — «запятая», а в индикаторе ИН-14— два катода — «запятые». Один из этих катодов может быть использован как дежурный электрод для создания некоторой начальной ионизации, снижающей время запаздывания зажигания разряда.
Для построения многоразрядных систем иногда бывает удобно использовать индикаторы в прямоугольном баллоне, так как при этом уменьшается расстояние между соседними знаками.
Большинство индикаторов могут работать в диапазоне температур окружающей среды от —60 до +70°С, однако предельные значения ухудшают надежность приборов и допустимы лишь кратковременно.
44. Выходной трансформатор, его основные параметры: коэффициенты трансформации, сопротивление нагрузки.
Выходные трансформаторы применяются для согласования сопротивления громкоговорителя с сопротивлением анодной цепи выходной лампы. Согласование это необходимо для того, чтобы можно было получить от лампы ту мощность, на которую она рассчитана. Отдать же наибольшую мощность лампа может только в том случае, если в анодной цепи ее стоит нагрузка с сопротивлением, являющимся оптимальным для данной лампы. В справочниках эта оптимальная нагрузка обозначается обычно Rа или Rа опт.
Анодная нагрузка выходных низкочастотных ламп составляет обычно несколько тысяч ом, в то время как сопротивление обмоток современных громкоговорителей равна единицам ом. Если громкоговоритель с такой низкоомной звуковой катушкой включить прямо в анодную цепь лампы, то только маленькая доля мощности будет расходоваться на громкоговорителе, а вся остальная мощность будет бесполезно тратиться на нагрев лампы. При включение же в анодную цепь лампы понижающего трансформатора, к выходной обмотке которого подключен громкоговоритель, положение резко изменится.
Трансформатор, понижая напряжение, действующее в анодной цепи лампы, в то же время как бы «повышает» сопротивление, подключенное к анодной цепи. Если коэффициент трансформации выходного трансформатора равен 20:1, т.е. во вторичной (выходной) обмотке в 20 раз меньше витков, чем в первичной (анодной), то напряжение, подводимое к громкоговорителю, будет в 20 раз меньше действующего на аноде лампы, а сопротивление, «ощущаемое» лампой, станет в 400 раз больше сопротивления обмотки громкоговорителя, т.е. возрастет в 20*20=202 раз.
60. Начертите схему блокинг-генератора и объясните назначение каждого элемента схемы, принцип работы и области его применения.
Блокинг-генератор, одноламповый или однотранзисторный генератор с сильной трансформаторной обратной связью, создающий импульсы малой длительности, периодически повторяющиеся через сравнительно большие промежутки времени. Рабочая схема блокинг-генератора приведена на рис. 4
Рис. 4 Автоколебательный блокинг-генератор.
Выходное напряжение (пнк импульса)
≈ напряжение источника питания, где
Тр
i
= 1:1,
Tp
1
=
5 : 1 (
типовой случай); частота
= 1
/
R
1
C
1
; максимальная импульсная мощность = (выходное напряжение) 2/полное сопротивление нагрузки; средняя рассеиваемая мощность
≈ максимальная импульсная мощность
x
рабочий цикл;
C
1
≈ 0,1 - 10 мкФ;
R
1
≈ 0,5 МОм или меньше.
Рис.4.1 Форма выходного сигнала типового блокинг-генератора.
Длительность импульса зависит от отношения С и
R
;
длительность одного периода зависит от постоянной времени
RC
;
рабочий цикл = длительность импульса/длительность одного периода.
Поскольку база жестко смещена в прямом направлении, конденсатор С1 быстро заряжается через смещенный в прямом направлении переход эмиттер — база транзистора. Вследствие быстрого включения коллекторного тока на вторичной обмотке трансформатора Тр1 создается выходной импульс, крутизна которого ограничивается только индуктивностью рассеяния трансформатора Тр1. Прямолинейность вершины этого импульса определяется насыщением тока коллектора. При достижении транзистором режима насыщения сигнал обратной связи спадает и более не создает прямого смещения на транзисторе. При разряде конденсатора С1 транзистор Т1 смещается в обратном направлении; разряд конденсатора происходит медленно (через резистор R1). При появлении прямого смещения на транзисторе цикл колебаний начинается вновь. Постоянная времени R1C1 определяет время выключения (паузы) между импульсами и, следовательно, частоту колебаний блокинг-генератора.
Форма выходного сигнала блокинг-генератора изображена на рис 4.1.
Блокинг-генераторы не пригодны для диапазона звуковых частот или в тех случаях, когда требуется сигнал синусоидальной формы (или хотя бы близкий к синусоидальной форме). Однако блокинг-генераторы представляют собой превосходные формирователи импульсов с крутыми фронтами, которые необходимы в переключающих устройствах. Выходные сигналы блокинг-генератора со временем нарастания импульса порядка 0,1 мкс не являются редкостью.
Рис. 4.2. Ждущий блокинг-генератор.
Выходное напряжение (пик импульса)
≈
напряжение источника питания, где Т
p
= 1:1;
частота = 1/
R
1
C
1
; максимальная импульсная мощность = (выходное напряжение) 2/полное сопротивление нагрузки;
R
1
≈
0,5
МОм или меньше
≈
входное полное сопротивление генератора; С1
≈
0,1 — 10
мкФ; средняя рассеиваемая мощность
≈
максимальная импульсная мощность
x
рабочий цикл; обратное смещение
≈
пиковое значение импульса запуска
X 0,5;
С1
≈ 1
/частота
x
R
1.
Блокинг-генераторы можно использовать и в качестве ждущих генераторов, где после подачи запускающего импульса формируется одиночный выходной импульс. Для этого требуется сместить переход эмиттер - база транзистора в обратном направлении, как показано на рис. 4.2. В этой структуре транзистор первоначально находится в режиме отсечки, при этом запускающий импульс смещает рабочую точку транзистора в активную область, что достаточно для начала цикла импульса.
Достоинства блокинг-генератора это простота устройства; лёгкая синхронизация и стабилизация колебаний; возможность получения большой мощности в импульсе при малой средней мощности. Одно из основных достоинств блокинг-генератора состоит в том, что между импульсами он потребляет незначительный ток. Следовательно, в течение короткого времени с его выхода можно снять мощные импульсы тока без превышения мощностных параметров транзистора.
Его применяют в импульсной технике для получения мощных импульсов малой длительности, в телевизионных и радиолокационных развёртывающих устройствах, в делителях частоты и др.
При расчете схем необходимо принимать во внимание следующие специальные характеристики.
Напряжение выходного сигнала. Если первичная и вторичная обмотки трансформатора Тр1 имеют одинаковое число витков (соотношение числа витков 1:1), то выходное напряжение (пик импульса) приблизительно равно напряжению источника питания. Как правило, вторичная обмотка трансформатора Тр1 содержит меньшее число витков, чем первичная обмотка, что обеспечивает пониженное выходное напряжение. При использовании разновидности схем (рис. 4.2), реализованной на трансформаторе без отвода (конденсатор С1 подключен ко вторичной обмотке), полное выходное напряжение в течение короткого пика импульса прикладывается к базе транзистора. В определенных условиях это может привести к выходу транзистора из строя. Можно рекомендовать использовать соотношение числа витков обмоток 5: 1, при этом выходное напряжение составит приблизительно одну пятую напряжения источника питания.
Выбор трансформатора. В блокинг-генераторе можно применять трансформаторы любого типа при условии, что первичная обмотка выдерживает работу при токах и напряжениях, соответствующих подключению к вторичной обмотке требуемого выходного полного сопротивления. На первичной обмотке трансформатора существует мгновенный выброс напряжения, равный приблизительно удвоенному значению напряжения источника питания. Для использования в блокинг-генераторах часто конструируются специальные трансформаторы. Такие трансформаторы снабжаются справочными данными по расчету схем блокинг-генераторов. Эту информацию и необходимо использовать при проектировании.
Выбор транзистора. Выбранный транзистор должен обеспечивать режим генерации на требуемой частоте и выдерживать длительное время приложенное полное напряжение источника питания. Мгновенное напряжение, сосредоточенное на первичной обмотке трансформатора, также прикладывается к транзистору. Таким образом, в течение пика импульса коллектор транзистора может находиться при удвоенном напряжении источника питания. Этого можно избежать, если включить в первичную обмотку трансформатора диод CR
1 который обозначен на рис. 4 штриховой линией. Выбранный диод должен быть рассчитан на двойное приложенное напряжение источника питания (без пробоя). Поскольку любой диод характеризуется некоторым током утечки и прямым падением напряжения, то введение в схему этого диода может привести к уменьшению напряжения выходного сигнала.
В блокинг-генераторе трудно рассчитать ток через транзистор и результирующую мощность рассеяния. Поделив квадрат предполагаемого выходного напряжения (на вторичной обмотке трансформатора) на предполагаемое полное сопротивление нагрузки, найдем в первом приближении максимальную мощность импульса. Средняя же мощность, которую рассеивает транзистор, зависит от расстояния между импульсами (скважности импульсов).
Требования по организации смещения. Автоколебательная разновидность схемы блокинг-генератора в начальном состоянии имеет прямое смещение, которое задается через резистор R
1. Уровень этого смещения не является критичным. Чтобы схема перешла в режим возбуждения, к переходу эмиттер — база прикладывается полное прямое смещение и полное обратное смещение при заряде и разряде конденсатора С1. Для ждущей разновидности блокинг-генератора (рис. 4.2) требуется создание обратного смещения перехода эмиттер — база. Это смещение не должно превышать напряжения запускающего сигнала. Ориентировочно выбирают это напряжение обратного смещения равным приблизительно половине напряжения импульса запуска.
Рабочая частота колебаний. Рабочая частота колебаний приблизительно обратно пропорциональна постоянной времени R
1
C
1. Точное же значение этой частоты вычислить трудно, поскольку на процесс заряда и разряда конденсатора оказывают влияние и параметры транзистора, и параметры трансформатора. Напряжение источника питания также может влиять на частоту колебаний. Однако блокинг-генераторы обладают очень высокой стабильностью относительно пульсаций напряжения источника питания. Для обеспечения заданной постоянной времени (следовательно, частоты колебаний) можно использовать любые номиналы R и С. Однако в основном целесообразно придерживаться следующего правила. Для работы автоколебательного блокинг-генератора в диапазоне звуковых частот при номинале конденсатора С1 в пределах 0,1 —10 мкФ значения резистора не должны превышать 0,5 МОм. При увеличении номинала конденсатора С (при соответствующем снижении номинала резистора R), который определяет требуемую постоянную времени RC, возрастает длительность импульса относительно полного цикла, т. е. возрастает время включения транзистора (цикл полезной работы). При этом возрастает рассеиваемая транзистором мощность, а также и средняя мощность выходного сигнала.
77. Начертите схему электронного параметрического стабилизатора напряжения постоянного тока на полупроводниковом стабилитроне, объясните принцип его работы, достоинства недостатки.
В большинстве случаев радиоэлектронные устройства требуют для своей работы стабильного напряжения, которое не должно зависеть от колебаний сетевого напряжения, а также от изменения тока в нагрузке. Для стабилизации напряжения применяются параметрические стабилизаторы.
Принцип действия основан на свойствах полупроводниковых стабилитронов. Полупроводниковые стабилитроны, работающие в режиме пробоя р-n перехода, можно успешно использовать в качестве стабилизаторов напряжения.
Различные типы стабилитронов имеют номинальные напряжения пробоя от 2,4 до 200 В с допустимым отклонением 5—20 % номинального значения. В стабилизаторах этого типа используется нелинейное свойство вольтамперных характеристик стабилитронов, а именно свойство сохранять почти постоянным напряжение при изменении тока через прибор, при этом изменяется сопротивление стабилитрона по постоянному току, определяемое как результат деления напряжения пробоя на ток, протекающий через стабилитрон. Так как напряжение почти постоянно, то сопротивление уменьшается с ростом тока и, напротив, увеличивается, если ток уменьшается.
Рис.5
В параметрических стабилизаторах напряжения стабилитрон включен последовательно с балластным резистором Rs, имеющим постоянное сопротивление, и параллельно с нагрузкой RL (рис. 5). Поэтому параметрические стабилизаторы относятся к разряду параллельных стабилизаторов. Для получения отрицательного выходного напряжения достаточно изменить полярность входного напряжения и последовательность включения электродов стабилитрона. Ток, протекающий через резистор Rs, равен сумме токов стабилитрона и нагрузки. При изменениях входного нестабилизированного напряжения напряжение на стабилитроне и нагрузке постоянно, и, следовательно, все изменение входного напряжения выделяется на резисторе Rs. Это приводит к изменению тока через резистор Rs и тока стабилитрона. Следует помнить, что нормальная работа стабилитрона гарантируется, если ток стабилитрона лежит в допустимых пределах.
10. Импульсный трансформатор, устройство, назначение, область применения.
Импульсный трансформатор (ИТ) — трансформатор, предназначенный для преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе. Импульсные трансформаторы , предназначенные для трансформирования коротких импульсов с минимальными искажениями и работающие в режиме переходных процессов, находят применение в различных импульсных устройствах.
Импульсные трансформаторы позволяют изменить уровень и полярность формируемого импульса напряжения или тока, согласовать сопротивление генератора импульсов с сопротивлением нагрузки, отделить потенциалы источника и приемника импульсов, получить на нескольких раздельных нагрузках импульсы от одного генератора, создать обратную связь в контурах схемы импульсного устройства. Импульсный трансформатор может быть также использован и как преобразовательный элемент, например дифференцирующий трансформатор.
Генерация мощных импульсов современных параметров невозможна без применения высоковольтных импульсных трансформаторов. Получаемая форма выходных импульсов во многом определяется свойствами ИТ, особенно при большом коэффициенте трансформации. Применение выходных повышающих ИТ позволяет резко сократить габариты, вес и стоимость генерирующих устройств, хотя и негативно влияет на форму квазипрямоугольных импульсов, увеличивая относительные длительности фронта, среза и неравномерность вершины. В связи с этим величина коэффициента трансформации современных выходных ИТ при длительности импульсов в единицы и десятки микросекунд возрастает до 10 - 20 и более.
Наибольшее распространение получили ИТ, трансформирующие импульсы, по форме близкие к прямоугольным, которые обладают крутым фронтом и постоянством напряжения вершины импульса, необходимыми для работы широкого класса нагрузок. Импульс прямоугольной формы должен быть трансформирован с малыми искажениями, длительность фронта импульса должна быть значительно меньше длительности импульса и переходные процессы при трансформации фронта и вершины импульса рассматриваются раздельно.
Эквивалентные схемы ИТ при раздельном рассмотрении переходных процессов упрощаются и позволяют установить связь между параметрами эквивалентных схем и конструктивными параметрами ИТ и найти такие соотношения между ними, при которых удовлетворяются требования к длительности фронта и скосу вершины импульса.
Эквивалентные схемы
Трансформация фронта импульса с малыми искажениями достигается при малых значениях индуктивности рассеяния и распределенной емкости трансформатора, которые уменьшаются с уменьшением числа витков обмоток и сечения магнитопровода ИТ. В то же время для трансформации вершины импульса с малым спадом следует стремиться к увеличению индуктивности намагничивания трансформатора, возрастающей с увеличением числа витков и сечения магнитопровода.
Удовлетворение одновременно нескольким поставленным требованиям при расчете ИТ потребует нахождения компромиссного решения. Оно должно быть принято в зависимости от значимости того или иного поставленного требования.
Расчеты ИТ производятся на основе приближенной эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами. Индуктивный эффект и потери в проводах обмоток можно учитывать с помощью известной Т-образной эквивалентной схемы.
Выполняют ИТ двух- или многообмоточными и широко применяют в устройствах автоматики, электроники и связи для передачи импульсных сигналов малой длительности. Используют их для изменения амплитуды импульсов и полярности, для согласования сопротивлений и связи между отдельными каналами импульсных устройств, исключения из цепей нагрузки постоянной составляющей тока. Мощность импульсов, передаваемая современными трансформаторами, достигает нескольких ватт, их длительность колеблется от долей микросекунды до нескольких сотен микросекунд.
Основным требованием, предъявляемым к импульсным трансформаторам, является минимальное искажение формы передаваемого сигнала, которое происходит из-за влияния индуктивностей рассеяния, емкостных связей между обмотками и витками обмоток и вихревых токов, индуктируемых в магнитопроводе. В результате этого вместо идеального прямоугольного импульса с напряжением Uид (штриховые линии на рис. 1) получается искаженный импульс (сплошные линии) с передним фронтом уменьшенной крутизны, срезом импульса и послеимпульсной хвостовой частью (стадии восстановления). Чтобы искажение формы передаваемого импульса было минимальным, трансформатор должен обладать линейными характеристиками и иметь постоянную времени, близкую к нулю. Линейность характеристик обеспечивается путем уменьшения индукции в магнитопроводе.
При изготовлении магнитопровода применяют материалы с улучшенными магнитными свойствами при высоких частотах: специальную высоколегированную трансформаторную сталь, железоникелевые сплавы типа пермаллой и д.р. Для уменьшения постоянной времени обмотки трансформатора размещают таким образом, чтобы индуктивности рассеяния у них были минимальными. Для этой цели часто используют тороидальные сердечники, имеющие весьма малое магнитное сопротивление. Как показывает опыт, желательно, чтобы индуктивные сопротивления первичной и вторичной обмоток x
1≈
x
ґ2≈ (0,05ч0,15)z
ґн. Для снижения емкостных связей приходится осуществлять специальную укладку проводов, обеспечивающую симметричное распределение емкостей, применять систему металлических экранов и пр.
22. Устройство и принцип работы тиристора.
Тиристором называется четырёхслойный полупроводниковый прибор, состоящий из последовательно чередующихся областей p- и n – типов проводимости.
Рис.6. Устройство тиристора
При изготовлении тиристора берут пластину полупроводника с параметрами области n1 и методом двухсторонней диффузии формируют области p1 и p2. Затем методом односторонней диффузии формируют область n2. При такой технологии изготовления наименее легированной будет область n1, а наиболее легированной - область n2.
Контакт к внешнему p-слою называют анодом, а к внешнему n-слою - катодом. Внутренние области р- и n-типа называют базами. Выводы от баз образуют управляющие электроды УЭ1 и УЭ2.
Рис. 6.1. Управляемый тиристор (в разрезе): 1 — основание (силовой электрод); 2 — полупроводниковый кристалл; 3 — фторопластовое кольцо; 4 — гибкий внутренний провод; 5 — крышка; 6 — изолятор крышки; 7 — стержень крышки; 8 — гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 — управляющий электрод; 10 — наконечник наружного вывода.
В зависимости от числа выводов тиристоры делят на:
1) диодные (динисторы), имеющие два вывода - от анода и катода
2) триодные (тиристоры), имеющие выводы от анода, катода и одной из баз
3) тетродные, имеющие выводы от всех областей.
В начале своего развития тиристоры претендовали на роль многофункционального прибора. На них пытались делать триггеры, счётчики, мультивибраторы и другие самые разнообразные электронные устройства. Однако постепенно выяснилось, что по большинству направлений они не выдерживают конкуренции с другими полупроводниковыми приборами. Единственная область, в которой тиристоры продемонстрировали высокую конкурентоспособность - это мощные токовые ключи различного назначения, в качестве которых они сейчас успешно и широко используются.
При использовании в качестве токового ключа тиристор включается последовательно с источником питания и нагрузкой (рис. 6). Тиристор имеет два силовых контакта, пропускающих рабочий ток (катод и анод) и могут иметь управляющий электрод. Тиристор может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Эти состояния обладают существенно различным сопротивлением между силовыми электродами. В закрытом состоянии сопротивление велико и ток через тиристор не идёт. Открывается тиристор при достижении между силовыми электродами напряжения открывания или током на управляющем электроде. В открытом состоянии сопротивление тиристора резко падает и он проводит ток. Закрытие тиристора происходит при отключении тока или смене его знака.
Рассмотрим физические процессы в тиристоре, для чего представим его в виде двух биполярных транзисторов (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Представление тиристора двумя биполярными транзисторами
На физические процессы в тиристоре основное влияние оказывают два фактора: зависимость коэффициента передачи по току a от тока эмиттера и лавинное умножение носителей в обеднённом слое коллекторного перехода.
Если на анод подано отрицательное напряжение, то центральный переход П2 будет смещён в прямом направлении, а крайние переходы П1 и П3 - в обратном. В этом случае полярность напряжений на переходах соответствует режиму отсечки транзисторов VT1, VT2 и через тиристор будет протекать обратный ток двух последовательно включенных переходов П1 и П3.
При положительном напряжении на аноде крайние переходы П1 и П3 будут смещены в прямом направлении, а центральный переход П2 - в обратном. В этом случае полярность напряжений на переходах соответствует активному режиму работы транзисторов VT1 и VT2. Как видно из рис. 2, выходной ток транзистора VT1 является входным током транзистора VT2, а выходной ток транзистора VT2 - водным током транзистора VT1, т. е. транзисторы VT1 и VT2 образуют двухкаскадный усилитель, выход которого соединён со входом. В такой схеме возможен регенеративный процесс лавинообразного нарастания тока.
При небольших положительных напряжениях на аноде через коллекторные переходы будут протекать обратные токи, которые будут усилены транзисторами VT1 и VT2. Но, так как эти токи малы, а при токе эмиттера Iэ®0 коэффициент передачи тока эмиттера a®0, то в тиристоре установится ток, ненамного превышающий Iк0.
По мере роста напряжения на аноде ток тиристора будет возрастать за счёт лавинного умножения носителей заряда в переходе П2. Это само по себе приводит к увеличению тока тиристора. Но увеличение тока тиристора приводит к возрастанию коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2, что влечёт ещё большее увеличение тока тиристора.
При некотором токе коэффициент усиления по петле, образованной транзисторами VT1 и VT2 превысит единицу. При этом, если ток не ограничен, то в тиристоре возникает регенеративный процесс лавинообразного нарастания тока, заканчивающийся насыщением транзисторов VT1 и VT2, когда все их переходы будут смещены в прямом направлении. Такой процесс будет происходить в электронном ключе на транзисторе. Если ток ограничен, что имеет место при питании тиристора от источника тока при снятии его вольт-амперной характеристики, то с ростом тока через тиристор напряжение на нём будет падать.
Если в цепи управляющего перехода протекает некоторый ток, то это приводит к увеличению тока тиристора и возрастанию коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2, что приводит к уменьшению напряжения, при котором начинается регенеративный процесс включения тиристора. Таким образом, изменяя ток управляющего электрода можно управлять напряжением включения тиристора.
