Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5
Шрифт:
Импульсный трансформатор тот же, что и в предыдущей схеме. Замена симистора двумя тиристорами показана на рисунке:
Все три обмотки импульсного трансформатора Т1 содержат по 100 витков. При этом мощность нагрузки можно увеличить до 2 кВт.
В заключении необходимо отметить, что все рассмотренные регуляторы мощности имеют один существенный недостаток — создают большие импульсные радиопомехи как в сети, так и в окружающем пространстве, т. к. выключение симистора или тиристора происходит по окончании полупериода,
Полевой транзистор
Патент на устройство, аналогичное униполярному ПТ с изолированным затвором, был получен английским учёным О. Хейлом в 1939 году, задолго до появления биполярного транзистора. В 1952 году Шокли дал теоретическое описание униполярного полевого транзистора, а в 1955 Дейси и Росс изготовили и провели аналитическое рассмотрение характеристик транзисторов, которые впоследствии получили название полевых транзисторов с управляющим р-n переходом.
В 1960 году М.Аталла и Д.Кант предложили использовать структуру металл — диэлектрик — полупроводник, в которой проводимость поверхностного канала изменялась в полупроводнике под действием напряжения, приложенного к металлическому электроду, изолированному тонким слоем окисла полупроводника. Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, в котором ток основных носителей, протекающих через канал, управляется электрическим полем. Основа такого транзистора — созданный в полупроводнике и снабжённый двумя выводами (исток и сток) канал с электропроводностью n- или р-типа. Сопротивлением канала управляет третий электрод — затвор, соединённый с его средней частью р-n переходом.
Поскольку ток канала обусловлен носителями только одного знака, ПТ относят к классу униполярных транзисторов.
В идеальном случае эффект управления током достигается без потери энергии (входной ток почти равен нулю). Электрод, через который в проводящий канал втекают носители заряда, называют истоком, а электрод, на который подаётся управляющий электрический сигнал, называется затвором. Проводящий канал — это область в полупроводнике, в которой регулируется поток носителей заряда.
В связи с тем, что управление током в выходной цепи осуществляется входным напряжением (аналогично электровакуумным приборам) и входные токи ПТ чрезвычайно малы, параметры и характеристики полевых транзисторов существенно отличаются от характеристик биполярных транзисторов.
ПТ обладают рядом преимуществ по сравнению с биполярными:
— высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой частоте, отсюда и малые потери на управление;
— высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и рассасывания неосновных носителей);
— почти полная электрическая развязка входных и выходных цепей, малая проходная ёмкость (т. к. усилительные свойства ПТ обусловлены переносом основных носителей заряда, верхняя граница эффективного усиления мощных ПТ выше, чем у биполярных, и применение
— квадратичность вольт — амперной характеристики (аналогична триоду);
— высокая температурная стабильность;
— малый уровень шумов.
Используя большое входное сопротивление ПТ, можно увеличить коэффициент передачи и существенно снизить коэффициент шума в УНЧ, предназначенных для работы от высокоомных источников сигнала. Наличие термостабильной точки позволяет снизить дрейф в ряде усилителей постоянного тока (УПТ). В качестве примера показаны передаточные характеристики транзистора КП103 при двух значениях температуры окружающей среды:
Линейная зависимость крутизны ПТ от управляющего напряжения обеспечивает более сильное подавление перекрёстных помех и нелинейных искажений во входных каскадах радиоприёмных устройств. ПТ имеют преимущество и в качестве сопротивления, управляемого напряжением в устройствах регулирования уровня сигнала (компрессорах, цепях АРУ). Применение ПТ в синхронных выпрямителях (СВ) позволяет получить КПД до 0.962 и выше. В ряде случаев ПТ не боятся перегрузки, т. к. имеют естественное ограничение тока.
Несомненны и преимущества ПТ и в качестве ключей высоковольтных преобразователей, в отличии от биполярных транзисторов, применение которых ограничено "вторичным пробоем". Явление "вторичного пробоя" обусловлено концентрацией тока в пределах малых областей активной структуры транзистора. Распределение теплоты в кристалле является неравномерным и зависит от плотности тока и приложенного напряжения. При больших напряжениях коллектора ток стягивается в узкую область, что приводит к существенному изменению активной площади р-n перехода, в результате чего увеличивается тепловое сопротивление. Если игнорировать это явление, то уже при относительно небольших мощностях может произойти сильное сужение тока в структуре и резкое повышение её температуры в области прохождения тока до температуры плавления, что вызывает разрушение транзистора. Генераторы тока на ПТ предельно просты, (см. раздел 3)
По принципу действия и технологии изготовления ПТ можно разделить на 2 группы:
— ПТ с управляющим р-n переходом и барьером Шотки;
— ПТ с изолированным затвором со структурой металл — диэлектрик — полупроводник (МДП — транзистор), иногда его называют МОП — транзистором (металл — окисел — полупроводник).
В свою очередь ПТ с изолированным затвором подразделяются на:
— с индуцированным каналом (обогащённого типа);
— со встроенным каналом (обеднённого типа).
В настоящее время выпускается большое количество ПТ разного типа:
— канал проводимости обогащённого типа;
— канал проводимости обеднённого типа;
— переход PN;
— переход NP;
— Р-канал на подложке;
— N-канал на подложке;
— затвор изолированный.
Облегчить задачу выбора ПТ в зависимости от их конструкции и технологии изготовления поможет таблица, в которой приведены характерные структуры ПТ, их режимы работы и полярность напряжений на электродах транзисторов относительно истока: