6.Dioda Zenera

Dioda Zenera wykorzystuje tę właściwość złącz p-n, która w przypadku zwykłych diod jest zgubna, a mianowicie przekroczenie maksymalnego napięcia wstecznego, przy którym prąd bardzo szybko wzrasta. W przypadku diod Zenera napięcie to jest dokładnie określone i nazywane jest napięciem Zenera UZ.

Symbol graficzny diody Zenera przedstawiony jest na rys. 1, a charakterystyka tej diody na rys. 2 Jak widać na rys. 2 stabilizacja na diodzie zenera polega na tym, że dużym zmianom prądu diody DID towarzyszą bardzo małe zmiany spadku napięcia DUAK i przyjmuje się, że napięcie na diodzie nie zmienia się i jest równe napięciu Zenera UZ.

Diody takie stosuje się do stabilizacji napięć stałych. Produkuje się diody na napięcia Zenera od 1,5V do 200V, ale trzeba pamiętać, że im mniejsze jest to napięcie tym gorsza stabilizacja.

Najprostszy układ stabilizacji napięcia stałego z wykorzystaniem diody Zenera przedstawiony jest na rys. 3 Rezystor R1 ustala wartość prądu płynącego przez diodę i do obciążenia. Wartość tego rezystora musi być tak dobrana aby zapewnić właściwe warunki stabilizacji dla danego typu diody Zenera. Właściwy prąd można zawsze odczytać z danych katalogowych diody. Przedstawiony układ może służyć jako źródło napięcia odniesienia. Taki układ ma jednak kilka wad np. takich jak wpływ temperatury czy wpływ zmian prądu płynącego przez diodę na napięcie stabilizacji.

1 2 3

7. Tyrystor SCR(klasyczny, prostownikowy - SCR z ang. silicon controlled rectifier)

Tyrystor to element półprzewodnikowy: czterowarstwowym o trzech elektrodach: anodzie, katodzie i bramce. Dzięki silnemu wewnętrznemu sprzężeniu zwrotnemu (efektowi tyrystorowemu) w tyrystorze podtrzymywany jest stan przewodzenia po załączeniu krótkim impulsem prądu bramki. Tyrystor jest zaworem półsterowalnym gdyż jego wyłączenie nie jest możliwe przez samą zmianę sygnału sterującego. Jego największą zaletą jest wytrzymałość napięciowa dochodząca do 10 kV przy prądach znamionowych kilku kiloamperów. Wadą jest utrudnione wyłączanie i mała częstotliwość przełączeń (do 1 kHz). Tyrystory wciąż są stosowane w układach wielkiej mocy: napędach przekształtnikowych, w sprzęgach i liniach przesyłowych sieci elektroenergetycznych, falownikach wielkiej mocy do grzania indukcyjnego i układach sterowania fazowego: sterownikach napięcia przemiennego, prostownikach sterowanych i falownikach o komutacji napięciem odbiornika.

Tyrystory specjalne:

• Dynistor - tyrystor bez wyprowadzonej bramki załączany napięciem. Stosowany w systemach zabezpieczeń jako element wyzwalający po przekroczeniu określonego napięcia

• Diak - element pięciowarstwowy załączany podobnie jak dynistor mogący przewodzić prąd w obu kierunkach. Stosowany w układach zabezpieczających.

• Triak - tyrystor dwukierunkowy. Stosowany w sterownikach fazowych i układach zabezpieczeń.

• Tyrystor GTO - tyrystor wyłączalny prądem bramki. Konstrukcja umożliwiająca wyłączanie znacznie pogarsza wytrzymałość napięciową w stanie zaworowym. W stanie blokowanie ma podobną wytrzymałość jak zwykły tyrystor. Stosowany w układach wielkiej mocy przy nieco większych częstotliwościach niż inne tyrystory - do 2 kHz.

Tyrystor możemy załączyć impulsem bramkowym, ale tylko gdy jest prawidłowo spolaryzowany (anoda:+ katoda:-). Oczywiście może załączyć się także jak dynistor przy dużych du/dt - skokach napięcia między anodą a katodą. Jednak takiego załączania unikamy (w końcu chcemy sterować). Metoda przekroczania napięcia przełączenia (w dynistorze napięcie włączenia) jest niedopuszczalna - może nastąpić trwałe uszkodzenie elementu!

Załączenie tyrystora jak wcześniej wspomniałem następuje przy odpowiedniej polaryzacji i podaniu dodatniego względem katody impulsu bramkowego. Im mniejsze jest napięcie między anodą a katodą, tym większy musi być prąd bramki. Wyłączenie tyrystora następuje przy obniżeniu napięcia anoda-katoda lub spadku wartości przepływającego prądu poniżej IH - prądu podtrzymania.

Jeśli znasz tranzystory bipolarne to może ten schemat zastępczy pomoże zrozumieć Ci zasadę działania:

W stanie spoczynkowym oba traznystory są zatkane (nie przewodzą). Po wciśnięciu przycisku pojawi się prąd bazy - otworzy się tranzystor npn. Prąd jego kolektora spowoduje otwarcie tranzystora pnp. Z kolei prąd kolektora pnp popłynie do bazy npn - podtrzymując jego otwarcie, po puszczeniu przycisku.

Wystarczy więc podać nawet krótki impuls na bramkę, aby otworzyć element na stałe. Układ będzie przewodził aż do zaniku lub zmiany polaryzacji napięcia zasilającego.

8,9. Tranzystory

Tranzystory polowe tak jak i tranzystory bipolarne są elementami półprzewodnikowymi lecz różnią się od bipolarnych tym, że są sterowane polem elektrycznym co oznacza, że nie pobierają mocy na wejściu. Pomimo takiej różnicy oba rodzaje tranzystorów mają wspólną cechę: są to elementy działające na zasadzie sterowania przepływem ładunku. W obu przypadkach są to elementy trzykońcówkowe, w których przewodność między dwoma końcówkami zależy od liczby nośników ładunków znajdujących się między nimi, a z kolei liczba nośników ładunków zależy od wartości napięcia doprowadzonego do elektrody sterującej zwanej bazą w tranzystorach bipolarnych lub bramką w tranzystorach polowych.

Na rys.1 przedstawione są symbole graficzne tranzystorów polowych. Nazwy poszczególnych elektrod to: D - dren, S - źródło, G - bramka. Elektrody te spełniają podobne funkcje jak odpowiadające im elektrody w tranzystorze bipolarnym. Kolektorowi C odpowiada dren D, emiterowi E odpowiada źródło S, a bazie B odpowiada bramka G.

Działanie tranzystora polowego polega na sterowaniu przepływem prądu przez kanał za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez napięcie doprowadzone do bramki. Ponieważ w tranzystorze polowym nie ma żadnych przewodzących złącz więc do bramki nie wpływa ani z niej nie wypływa żaden prąd i jest to chyba najważniejsza cecha tranzystorów polowych. Z właściwości tej wynika duża wartość rezystancji wejściowej tranzystora polowego co szczególnie w zastosowaniach takich jak przełączniki analogowe trudno jest przecenić.

Klasyfikacja tranzystorów polowych. W przypadku tranzystorów bipolarnych rozróżnia się dwa typy npn i pnp, natomiast w przypadku tranzystorów polowych jest sześć typów mogących mieć zastosowanie praktyczne z czego wykorzystuje się pięć.

1

-Sześć typów tranzystorów polowych z ich symbolami graficznymi, charakterystykami i krótkim opisem zastosowania.

-Złączowe: Wzmacniacze zbudowane z elementów dyskretnych. Analogowe układy scalone.

kanał typu n:

Kanał typu p:

Zastosowanie: Wzmacniacze zbudowane z elementów dyskretnych. Analogowe układy scalone.

-Z izolowaną bramką:

z kanałem zubożanym:

typu n:

typu p:

Zastosowanie: Wzmacniacze w.cz. zbudowane z elementów dyskretnych.Cyfrowe układy scalone.

Z kanałem wzbogaconym:

Typu n:

Typu p:

Zastosowanie: Wzmacniacze mocy zbudowane z elementów dyskretnych.Cyfrowe układy scalone.

Jak widać każdy rodzaj tranzystora polowego dzieli się dodatkowo na tranzystor z kanałemn typu n lub p. Rodzaj kanału zależy od rodzaju nośników prądu. Dla tranzystorów z kanałem p są to dziury, a dla tranzystorów z kanałem n są to elektrony. Dla tranzystorów z kanałem n prąd płynący przez kanał jest tym mniejszy im mniejszy jest potencjał na bramce, a dla tranzystorów z kanałem p jest odwrotnie. Widać to dokładnie na charakterystykach umieszczonych w tabeli na rys. 4.2.2.

W tranzystorach polowych złączowych JFET (junction FET) największy prąd drenu płynie przy napięciu sterującym UGS=0, co widać na charakterystyce. Tak samo zachowują się tranzystory z izolowaną bramką z kanałem zubożanym.

Tranzystory polowe z kanałem wzbogacanym przy takim samym napięciu UGS=0 nie przewodzą prądu. Z takich zachowań w przewodzeniu prądu wynika to, że tranzystory JFET oraz MOSFET z kanałem zubożanym nazywane są normalnie włączonymi, a tranzystory MOSFET z kanałem wzbogacanym - normalnie wyłączonymi.

W tranzystorach z kanałem wzbogacanym prąd płynie wówczas gdy napięcie UGS przekroczy pewną wartość progową Up.

Tranzystory MOSFET mają często wyprowadzoną czwartą końcówkę B podłączoną do podłoża (bulk). Elektroda ma podobne działanie jak bramka i jest izolowana od kanału warstwą zaporową. Jednak na ogół nie wykorzystuje się jej właściwości i jest ona łączona ze źródłem.

Typowe parametry tranzystorów polowych

Wartości parametrów typowych dla tranzystorów polowych przedstawię na przykładzie tranzystora polowego złączowego JFET małej mocy BF245B i typu MOSFET dużej mocy IRF530. Zestawienie tych parametrów jest przedstawione w poniższej tabeli.

Typ	BF245B	IRF530
Technologia	Złączowy	MOS
Rodzaj	Kanał typu n zubożany	Kanał typu n wzbogacany
Parametry graniczne Napięcie dren-źródło UDSmax Prąd drenu IDmax Napięcie bramka-źródło UGSmax Moc strat Pstrma	30V 25mA -30V 300mW	100V 10A ±20V 75W
Parametry charakterystyczne Napięcie progowe UP Prąd drenu przy UGS=0 IDSS Transkonduktancja gmm Rezystancja w stanie włączenia rdson Maksymalny prąd bramki IGmax Prąd drenu w stanie odcięcia IDmax Pojemność wejściowa CweS Pojemność wyjściowa CwyS Pojemność zwrotna CwS Pole wzmocnienia fS Czas włączenia ton Czas wyłączenia toff	-1,5...-4,5V 6..15mA 5mA/V 200W 5nA 10nA 4pF 1,6pF 1,1pF 700MHz	1,5...3,5V 5A 5A/V 0,14W 0,5mA 1mA 750pF 300pF 50pF 30ns 50ns

10.Punkt pracy tranzystora bipolarnego

Punkt pracy tranzystora bipolarnego

Punkt pracy tranzystora można jednoznacznie określić w polu charakterystyk wyjściowych, jeżeli znane są
, oraz rezystancje
i napięcia źródeł zasilania
. W rzeczywistości postępujemy na ogół inaczej: przyjmujemy parametry tranzystora w punkcie pracy i dla zadanych napięć źródeł zasilania dobieramy odpowiednie wartości rezystancji

Postępując podobnie jak w układach z diodami możemy oddzielić część liniową obwodu od części nieliniowej. Część nieliniowa (tranzystor) ma znaną charakterystykę prądowo-napieciową. Charakterystyka części liniowej obwodu jest liniowa. Dwa punktu tej charakterystyki określamy zwierając i rozwierając elektrody C i E tranzystora. Przy zwarciu można napisać

gdzie

Zatem

Przy rozwarciu

Punkt przecięcia tak wyznaczonej prostej (prostej obciążenia) z charakterystyką tranzystora odpowiadającą prądowi
który w tym wypadku będzie również stanowił prąd IBQ wyznaczy współrzędne punktu pracy
oraz
tranzystora.

---