POŁPRZEWODNIKI
Energetyczny model pasmowy W krysztale na skutek wzajemnych oddziaływań atomów, następuje rozszczepienie poziomów energetycznych i otrzymuje się pasma o dozwolonych lub niedozwolonych poziomach w ramach danego zakresu zmian energii. Ponieważ właściwości elektr. półprzewodnika zależą od zjawisk zachodzących w paśmie walencyjnym i kolejnym wyższym paśmie dozwolonych energii (paśmie przewodnictwa), model pasmowy ogranicza się do przedstawienia tych właśnie dwu pasm. W temp zera bezwzględnego pasmo walencyjne półprzewodnika jest całkowicie zapełnione elektronami a pasmo przewodnictwa jest puste. W miarę wzrostu temp części elektronów z pasma walencyjnego przeskakuje do pasma przewodnictwa, pozostawiając w paśmie walencyjnym wolne miejsca zwane dziurami. W energetycznym modelu pasmowym przewodnika nie ma pasma zabronionego. Pasmo walencyjne i przewodnictwa wzajemnie zachodzą na siebie. Zatem wszystkie elektrony walencyjne są nośnikami swobodnymi i proces przewodzenia prądu nie może być poprzedzony dostarczeniem odpowiedniej energii do pokonania pasma zabronionego, ponieważ nie ma go. Natomiast w modelu półprzewodników obszar między wierzchołkiem pasma walencyjnego a dnem pasma przewodnictwa jest nazwany pasmem zabronionym. (7,8)
Pojęcie dziury- dziura jest zerwanym wiązaniem kowalencyjnym 2 atomów, powstałym wskutek wyrwania elektronu z tego wiązania. Dziurze przypisano ładunek dodatni, równy co do wielkości bezwzględnej ładunkowi elektronu. W przypadku braku zewnętrznego pola elektrycznego ruch dziur jest nieuporządkowany w innym razie następują kolejne przesunięcia elektronów z wiązań kowalencyjnych do sąsiednich luk w zerwanych wiązaniach.
Półprzewodnik samoistny i niesamoistny Samoistny- półprzewodnik bez defektów sieci krystalicznej oraz domieszek, w którym liczba dziur jest równa liczbie elektronów ni=pi ni-liczba elektronów Niesamoistny- materiał półprzewodnikowy, w którym wprowdzono umyslnie zanieczyszczenia (domieszki), które tworzą dodatkowe mechanizmy powstawania nosników swobodnych ładunku.
Półprzewodnik typu n powstaje poprzez wprowadzenie do półprzewodnika samistnego domieszki donorowej. Domieszkami tymi są głównie pierwiastki 5 grupy (np. fosfor) Cztery elektrony walencyjne atomu fosforu biorą udział w wiązaniach kowalencyjnych z czterema sąsiadującymi atomami krzemu, natomiast piąty elektron nie zaobsorbowany wiązaniem może być łatwo oderwany od atomu fosforu (przejdzie do pasma przewodnictwa, a w węźle pozostanie zjonizowany dodatnio atom fosforu). W półprzewodniku typu n elektrony są nosnikami wiekszościowymi,a dziury niejszościowymi. Ma on więcej elektronów niż dziur. n>p p<>n (10)
Półprzewodnik typu p powstaje przez dodanie do półprzewodnika samoistnego domieszki akceptorowej Domieszkami są najczęsciej pierwiastki 3 grupy (np. bor). Brak czwartego elektronu uzupełniany jest poprzez oderwanie sąsiadującego wiązania kowalencyjnego (zabranie elektronu z pasma walencyjnego, co powoduje powstanie dziury i jonizowanie atomu boru w sieci krystalicznej) W półprzewdniku typu p dziury są nosnikami wiekszościowymi, a elektrony są nosnikami mniejszościowymi. Ma on więcej dziur niż elektronów. (11)
Podstawowe własności półprzewodników- materiał, którego rezystywność jest wieksza niż rezystywność przewodników oraz mniejsza niż rezystywność izolatorów. Własności różniące półprzewodniki od przewdoników: a)właściwości elektr półprzewodników, a przede wszystkim ich rezystywność silnie zależą od znikomo małych zanieczyszczeń materiału b)na rezystywność półprzewodników duzy wpływ ma różnego rodzaju promieniowanie zewn c)temperaturowy wspł rezystancji półprzewodników ma dyuże ujemne wartości (ze wzrostem temp maleje o ok. 5-10% na 1°C), natomiast w przewodnikach ma wartości małe i na ogół dodatnie (ze wzrostem temp zwiększa się o ok. 0,3-0,6% na 1°C)
ZŁĄCZE P-N
Budowa złącza p-n- jest to obszar półprzewodnika monokrystalicznego utworzony przez dwie graniczące ze sobą warstwy typu p i typu n. W półprzewodniku typu n istnieją dodatnie nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki donorowej i ujemne ładunki ruchomych elektronów -nosników wiekszościowych. Ponadto istniej niewielka liczba dziur- nosników mniejszościowych. W półprzewodniku typu p istnieją ujemne ujemne nieruchome ładunki zjonizowanych atomów domieszki akceptorowej oraz dodatnie ładunki ruchomych dziur- nosników
wiekszościowych. Jest tam jeszcze niewielka liczba elektronów -nosników mnieszościowych. Oba obszary przed zetknięciem zachowuja obojetność elektryczną. Po zetknięciu n i p, wskutek dużej koncentracji ruchomych nosników ładunku, nastapi proces dyfuzji elektronów z materiału n do p i dziur z p do n. Powstaną 2 strumienie prądu dyfuzyjnego Jpd i Jnd. Proces ten ma na celu wyrównanie koncentracji nosników ładunku. Wskutek dyfuzyjnego przepływu elektronów w obszarze granicznym półprzewodnika n pozostaja nieskompensowane ładunki dodatnie nieruchomych jonów donorowych, natomiast wskutek dyfuzyjnego przepływu dziur w obszarze granicznym półprzewodnika p pozostają nieskompensowane ładunki dodatnie nieruchomych jonów akceptorowych. Nieskompensowane jony w n i p tworzą dipolową warstwę ładunku wytwarzającą pole przeciwdziałające dalszej dyfuzji nosników wiekszościowych. Skutkiem działania tego pola jest powstanie 2 strumieni pradu unoszenia nosników (dziur z obszaru n do p -prad Jpu i elektronów z obszaru p do n -prąd Jnu) skierowane przeciwnie do odpowiednich strumieni pradów dyfuzyjnych. W złączu dichodzi do równowagi dynamicznej co powoduje istnienie warstwy zaporowej. Jpd-Jpu=0 Jnd-Jnu=0 Jpd-gęstość prądu dyfuzyjnego dziur Jpu-unoszenia Jnd-gęstość pradu dyfuzyjnego elektronów Jnu-unoszenia (20)
Polaryzacja złącza p-n Polaryzacja złącza p-n w kierunku zaporowym ma miejsce, gdy zewnętrzne źródłó napięcia jest połączone biegunem dodatnim z obszarem typu n, a biegunem ujemnym z obszarem typu p. W tym przypadku polaryzacja zewn jest zgodna z biegunowością napięcia dyfuzyjnego. Bariera potencjału złącza zwiększa się o wartość napięcia zewn. Maleją składowe dyfuzyjne prądu elektronowego i dziurowego. Przy tej polaryzacji płynie prąd nosników mniejszościowych (prad unoszenia) w duzym zakresie niezależny od przyłózonego napięcia. Prąd ten jest nazywany prądem nasycenia Is.
Polaryzacja złącza p-n w kierunku przewodzenia ma miejsce wtedy gdy źródło zewnętrzne jest połaczone biegunem dodatnim z obszarem typu p półprzewodnika, abiegunem ujemnym z obszarem typu n. Wtym przypadku polaryzacja zewn jest przeciwna w stosunku do biegunowości napięcia dyfuzyjnego. Bariera potencjału złącza maleje o wartość napięcia zewn. Wzrastają składowe prądów dyfuzyjnych elektronów z obszaru n do p i dziur z obszaru p do n. Składowe prądu unoszenia pozostają na nie zmienionym, małym poziomie. Wraz ze wzrostem polaryzacji prąd dyfuzyjny zwieksza się i przeważa nad pradem unosznia. Przy tej polaryzacji płynie prąd nośników większościowych (prąd dyfuzyjny), którego wartość silnie zalezy od przyłożonego napięcia zewn. Przy obydwu rodzjach polaryzacji spadek napięcia na złączu (napięcie dyfuzyjne) zachowuje taką bioegunowość jak w przypadku złącza niespolaryzowanego. Przyłożone napięcie zewn powoduje jedynie wzrost bariery potencjału (polaryzacja w kier zaporowym) lub zmniejszenie się tej bariery (polaryzacja w kier przewodzenia) (21,22)
Przebicie złącza p-n nazywamy zjawisko gwałtownego przyrostu pradu przy polaryzacji w kierunku zaporowym napięciem o wartości wyższej niż pewna charakterystyczna dla danego złącza wartość, nazywana napięciem przebicia. Wyróżnia się 2 podstawowe przyczyny gwałtownego wzrostu prądu tj. przebicie Zenera i przebicie lawinowe. Przebicie Zenera wystepuje w diodach o cienkiej warstwie zaporowej. Natężenie pola, przy polaryzacji w kierunku zaporowym, może osiągnąć takie wartości, że jest możliwe wyrwanie elektronów z wiązania kowalencyjnego atomów w sieci krystalicznej co powoduje powstanie pary nośników elektron-dziura. Zjawisko lawinopwej jonizacji polega na rozerwaniu wiązań w sieci krystalicznej na skutek dostarczania energii przez swobodny nośnik ładunku rozpędzony w silnym polu elektr. Rozrywa on wiązanie atomów w sieci i powstaje w ten sposób para nosników elektron-dziura, a te kontynuują proces jonizacji. Następuje w ten sposób wzrost liczby nosników w polu elektr (warstwie zaporowej), który z kolei powoduje wzrost wartości pradu. (23)
Właściwości złącza p-n 1)Wpływ temperatury na charakterystyke napięciowo-prądową złącza. W miarę wzrostu temperatury napięcie na złączu maleje (w tempie 2mV/C). Dryft temperaturowy jest ujemny i wynosi własnie -2mV/C. W zakresie zaporowym ze wzrostem temp rośnie wartość prądu nasycenia złącza (zwieksza się ok. 10C przy wzroście temp) 2)zmiany szerokości warstwy zaporowej przy zmianie napięcia polaryzacji złącza. Szerokość w. Zaporowej ld ulega zmianie przy polaryzacji łącza ld=v(|Ud-U|). Przy polaryzacji w kierunku zaporowym warstwa zaporowa rozszerza się. 3)pojemności wystepujace w złączu A)Pojemność w. Zaporowej Cj jest pojemnością jakby kondensatora utworzonego z dipolowych warstw ładunków oddalonych od siebie na odległość równą szerokości w. Zaporowej. Cj~1/(v (|Ud-U|)) B)Pojemność dyfuzyjna Cd -przy polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia nastepuje wstrzykiwanie nośników miejszościowych do obszarów półprzewodnika po obu stronach złącza. Najwieksza koncentracja tych nosników jest już przy granicy złącza, a w miarę oddalania w głąb materiału typu p i n koncentracja maleje, istnieje zatem proces gromadzenia ładunków w obszarach półprzewodnika po obu stronach złącza p-n. (24)
DIODY
Dioda- element dwukoncówkowy składający się z bryły półprzewodnika mającego złącze p-n, zamkniety w obwodzie z wyprowadzeniami elektr osobno z obszaru p i n.
Diody prostownicze- służą do prostowania prądu przemiennego. Przepuszcza prąd w jednym kierunku, wtedy gdy chwilowa polaryzacja diody jest w kierunku przewodzenia i nieprzepuszczania prądu, gdy zaporowa. Polaryzacja w kierunku przewodzenia wystepuje, gdy na anodzie diody napięcie jest wyższe niż na katodzie. Diody te pracują od 50Hz do kilkudziesięciu kHz. Parametry (charakter) diody: napięcie przewodzenia Uf przy If, prąd wsteczny Ir przy Urwm. Parametry graniczne: max średni prąd przewodzenia Io, podstawowy szczytowy prąd przewsodzenia Ifrm, szczytowe napięcie wsteczne pracy Urwm, powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne Ursm. Max moc admisyjna Pa= (Tj-Ta)/Rth Tj-temp złącza Ta-temp otoczenia Rth-rezyst cieplna. Ze względu na moc admisyjną diody dzielimy na: małej mocy Pa<1W, średniej mocy 1W<Pa<10W, dużej mocy Pa>10W. Stosowane są do układów prostowników napięcia przemiennego.
Diody uniwersalne- są to diody germanowe i krzemowe. Zakres pracy: do 100V i do 100mA. Stosowane w ukł detekcyjnych i prostowniczych. Parametry statyczne: napięcie przewodzenia Uf przy If, prąd wsteczny Ir przy Ur. Parametry dynamiczne: pojemność diody, sprawność detekcji parametry graniczne: max stały prąd przewodz Ifmax, max szczytowy prąd przewodz Ifmmax, max stałe napięcie wsteczne Urmax, max szczytowe nap wsteczne Urmmax.
Diody pojemnościowe są to diody, w których wykorzystuje się zjawisko zmian pojemności warstwy zaporowej złącza p-n pod wpływem polaryzacji w kierunku zaporowym. Parametry charakterystyczne: pojemność złącza Cj przy określonej częstotliwości i napięciu polaryzacji wstecznej, stosunek pojemności Cj przy dwóch różnych wartościach napiecia polaryzacji wstecznej, parametry pasozytnicze: indukcyjność szeregowa doprowadzen Ls oraz pojemność pasożytnicza Cp. Stosuje się do budowy generatorów o regulowanej częstotliwości, nadajnikach z modulacją częstotliwości
Diody Zenera- są to diody półprzewodnikowe, których typowy obszar pracy znajduje się na odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej, w którym nastepuje gwałtowny wzrost prądu przy polaryzacji zaporowej. Stosowane w ukł stabilizacji napięć lub jako źródło napięć odniesienia. Gwałtowny wzrost prądu przy polaryzacji zaporowej diody może nastapić wskutek zjawiska Zenera lub/i zjawiska powielania laminowego. Parametry charakterystyczne: napięcie Zenera Uz (naopięcie stabilizacji), temperaturowy współczynnik napięcia Zenera TKUz=dUz/Uz*dT (przy czym Iż=const), rezystancja dynamiczna rz=Δ(Uz)/ Δ(Iz), max moc strat Pmax=Uz*Izmax
Diody tunelowe- są to diody, których charakterystyka prądowo- napięciowa przy polaryzacji w kierunku przewodzenia ma odcinek o ujemnej rezystancji dynamicznej. Mają one silnie domieszkowane złącze p-n. Warstwa zaporowa tu jest bardzo cienka, natężenie pola elektr w niej jest b. duże. Zwieksza to prawdopodobieństwo przejścia elektronu z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa (prąd Zenera) i odwrotnie (prąd Esakiego). W stanie równowagi przy braku polaryzacji złącza Iz+Ie =0. Wypadkowa charakterystyka napięciowo-prądowa diody tunelowej jest superpozycją trzech przebiegów tj. charakterystyk Iz(U), Ie(U) i Id(U). Min wartość rezystancji dynamicznej rd(min)=-2Up/Ip. Stosowana w generatorach pracującyh w zakresie b. wysokich częstotliwości rzędu gigaherców.
Diody Schottky'ego- są to diody w których wykorzystuje się właściwości prostujące złącza metal-półprzewodnik (m-s). Odpowiednio dobrane materiały mogą utworzyć złącze o charakterystyce prądowo-napięciowej podobnej do charakterystyki złącza p-n. Diody te charakteryzują się mniejszym spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia oraz nie występuje w nich pojemność dyfuzyjna. Pozwala to na pracę tej diody w zakresie b. wielkich częstotliwości.
Fotodiody- jest to dioda półprzewodnika, której parametry elektr zależą od padającego promieniowania świetlnego. Przy polaryzacji wstecznej złącza bez oświetlenia jesgo powierzchni płynie tzw. Prad ciemny fotodiody. Odpowiada on prądowi nasycenia złącza p-n. Jeśli na złącze pada promieniowanie świetlne, powoduje ono dostarczenie energii do złącza, w wyniku czego nastepuje generacja par elektron-dziura. Prąd płynący przez złącze jest wtedy sumą dwóch składowych: pradu nasycenia (prądu ciemnego) i pradu proporcjonalnego do natężenia oświetlenia. Jeśli oświtlona fotodioda jest rozwarta (nie płynie przez nią prąd), to wielkość napięcia powstałego na jej zaciskach nazywamu napięciem fotowoltaicznym. Sprawność prtzetwarzania energii świetlnej przez fotodiodę jest niewielka i wynosi ok. 14%. Stosuje się jako baterie słoneczne, czujniki świetlne. (36)
Diody elektroluminescencyjne- zwane też diodami LED, emitują promieniowanie świetlne, gdy przepływa przez nie prąd przewodzenia. W trakcie przepływu pradu przez złącze spolaryzowane w kierunku przewodzenia nastepuje proces rekombinacji elektronów i dziur z wydzieleniem pewnej porcji energii. Energia ta nagrzewa kryształ. Natężenie promieniowania diody zalezy od wartości pradu przewodzenia. Charakt prądowo-napieciowa diody ma kształt charakterystyki złacza p-n.
Tyrystory
Trystor GTO -może być włączony lub wyłączony prądem bramki. Włączany może być poprzez dodatni prąd bramki natomiast wyłączony może być przez ujemny prąd bramki, tzn. przez prąd o przeciwnym kierunku. Trystor GTO ma strukture czterowarstwową. Trystor ten posiada katodę podzieloną na wiele segmentów otoczonych metalizowanym obszarem bramki oraz posiada katodę o złożonej konstrukcji. Aby wyłączyć tyrystor prądem bramki nnależy doprowadzić do bramki krótkotrwały impuls o wartości ujemnej. Amplituda tego impulsu pradowego musi być b. duża ok. 20-30% wartości pradu anodowego. Czas trwania impulsu może być b. krótki do kilkunastu mikrosekund. Układ sterujący pracą od strony bramki musi być dostosowany do przepływu duzych wartości prądu. Sposób działania jest podobny to SCR. Praca przyrządu w stanie blokowania, proces przyłączania w stanie przewodzenia i charakt są takie same jak w tyrystorze SCR(62)
Tyrystor SCR- jest przyrządem półprzewodnikowym o strukturze 4-warstwowej. Ma on trzy wyprowadzenia anodę (A), katodę (K) i bramkę (G). Bramka jest elektrodą sterującą, która umozliwia włączenie tyrystora. W zakresie dodatniej polaryzacji anody tyrystor może znajdować się w 2 stanach stabilnych tj. stanie blokowania i stanie przewodz. W zakresie ujemnej polaryzacji anody tyrystor jest w stanie zaworowym. Stan zaworowy i blokowania są stanami wyłączeniea, a tan przewdodz jest stanem włączenia. Włączenie tyrystora może nastąpić na skutek sterowania pradem bramki (podstawa włączenia) może nastapić przy róznych wartościach napięciach anoda-katoda, ale także na skutek 1)wzrostu napięcia anodowego w stanie blokowania tyrystora do wartości przy której nastepuje proces przebicia lawinowego 2)przez skokowe zmiany napięcia anodowego o dużej stromości narastania zboczy3)przekroczenie dopuszcz temp złączy 4)promieniowania świetlnego. Wyłączenie SCR możliwe jest po zmniejszeniu jego pradu anodowego poniżej wartosci pradu podtrzymania Ih. (58,59,60)
Triak- jest tyrystorem dwukierunkowym. W jego strukturze można wyróżnić dwa tyrystory SCR połączone odwrotnie równolegle, przy czym mają jedną bramkę sterującą. Triak ma trzy wyprowadzenia: anodę pierwszą A1, drugą A2 i bramke G. Metody włączania triaka: 1)Ua2>Ua1 wówczas struktura p1-n1-p2-n2 pracuje jak klasyczny tyrystor. Dodatni pradowy impuls bramkowy Ig>0 powoduje wzrost wspł wzmocnienia do wartości bliskiej jedności co przełącza triak ze stanu blokowania na przewodz 2)gdy Ua2>Ua1 i prąd bramkowy jest ujemny Ig<0, wówczas prąd bazy tranzystora n1-p2-n3 wprowadza traiak w stan przewodz 3)gdy Ua2<Ua1, wówczas struyktura p2-n1-p1-n4 pracuje jako klasyczny tyrystor, a bramka jest złącze n3-p2. Doprowadzenie impulsu ujemnego bramki Ig<0 przełącza triak ze st blokowania do przewodz 4)gdy Ua2<Ua1 i impuls bramkowy Ig>0, wówczas bramką jest złącze p2-n2 i wzrost pradu bramki włącza triak.
Najlepsze właściwości triak wykazuje przy 1 metodzie, najgorsze przy 4. Wyłączenie triaka nastepuje gdy wartość pradu anodowego zmniejszy się poniżej wartości pradu podtrzymania Ih. (64)
TRANZYSTORY UNIPOLARNE są półprzewodnikowymi przyrządami, których działanie polega na sterowaniu prądu za pomoca pola elektr.
Tranzystor polowy z izolowaną bramką MOSFET Metalowa bramka połączona jest z izolacyjną warstwą tlenku, który z kolei sąsiaduje z materiałem podłoża. Elektrody źródła S i drenu D doprowadzone są do obszarów typu n w głębi płytki. Żadna kombinacja napięć doprowadzonych do komórek S i D nie powoduje przepływu prądu między elektrodami, gdyż co najmniej jedno zlącze p-n (podłoże-źródło, podłoże-dren) będzie spolaryzowane zaporowo. Transmisja prądu zatem może się odbywać tylko przy udziale bramki G, która oddziałuje polem elektr poprzez warstwę izolatora. Jeżeli uziemimy podłoże B, a na bramke podamy napiecie dodatnie, to pole elektr będzie skierowane prostopadle przez warstwę izolatora. Linie sił pola będą dochodzic do zaindukowanych w półprzewodniku ładunków ujemnych, które w podłozu typu p są nośnikami mniejszościowymi. Ze wzrostem napięcia bramki zwieksza się zaindukowany ujemny ładunek elektronów, zgromadzony w sąsiedztwie izoaltora. Obszar będzie miał nagromadzone w nadmiarze nośniki typu n i może się okazać, że jest ich tak duzo, że nastapiła inwersja czyli zmiana typu materiału półprzewodnikowego. Oto bowiem w bezpośrednim sąsiedztwie izolatora koncentracja elektronów w półprzewodniku okaże się wieksza od koncentracji dziur i dren zostaną elektrycznie połączone przez materiał o tym samym typie przewodnictwa typie n. Zacznie wtedy miedzy tymi elektrodami płynąć prąd, którego wielkość jest zalezna od napięcia sterującego bramki, gdyż w ten sposób regulowana jest grubość zaindukowanego kanału. (55,57)
Tranzystor polowy złączony JFET jest to tranzystor z kanałem typu n. Po obu stronach płytki znajduje się elektroda zwana bramką i oznaczona G. Jest ona zbudowana z materiału półprzewodnikowego przeciwnego typu niż kanał. Źródło S jest elektrodą, przez którą nosniki wiekszosciowe wpływają do wnętrza płytki. Stanowia one prąd źródła Is. Dren D jest elektrodą przez którą nośniki wiekszościowe opuszczaja płytkę. Tworzą one prad drenu Id. Pomiędzy elektrody drenu i źródła doprowadzone jest napięcie Uds. Bramka G jest elektrodą sterującą. Pomiędzy bramką, a źródłem przyłożone jest napięcie sterujące Ugs, tak aby złącze bramka-kanał było spolaryzowane w kierunku zaporowym.
Omówienie charakterystyk wyjściowych JFET- gdy Ugs=0 i Id=0, kanał miedzy złączmi bramki jest całkowicie otwarty. Po doprowadzeniu małego napięcia Uds płytka półprzewodnikowa działa jak prosty rezystor liniowy i prąd Id wzrasta liniowo ze wzrostem Uds. Jest to zakres nienasycenia tranzystora. Przy zwiekszeniu się prądu spadek napięcia na rezystancji obszaru kanału między źródłem, a drenem zacznie polaryzować złącze w kierunku zaporowym i przewodząca część kanału zacznie się zwężać. Dzięki temu, że spadek napięcia rozkłada się równomiernie na całej długości kanału, to zwężanie to nie jest jednorodne, lecz wzrasta w miarę oddalania się od źródla. Ostatecznie osiągnięte zostanie Ugs przy którym kanał jest zaciśnięty (odcięty). Jest niemozliwe, aby kanał zamknął się całkowicie i prąd drenu zmalał do zera. Jest to spowodowane zjawiskami towarzyszącymi zmianie ruchliwosci nosników przy b. duzych natężeniach pola elektr, co ma miejsce na krótkim odcinku zamykającego się kanału.(52,53)
TRANZYSTOR BIPOLARNY
Budowa i rozpływ prądów tranzystora Tranzystor jest to trójkońcówkowy element półprzewodnikowy zdolny do wzmacniania sygnałów pradu stałego i zmiennego. Emiter jest pierwszą warstwą, która dostarcza nosników mniejszościowych do drugiej warstwy tj. bazy. W bazie przebiegaja podstawowe procesy transmisji. Trzecia warstwa -kolektor- zbiera te nośniki. Złącze baz-emiter (B-E) jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baz-kolektor (B-C) w kierunku zaporowym. Przy takiej plaryzacji tranzystor pełni funkcje elementu czynnego tj. może słuzyć do liniowego wzmacniania sygnałów elektr. Jest to praca w tzw. Obszarze aktywnym. Wskutek polaryzacji złącza B-E w kierunku przewodzenia z emitera do bazy są wstrzykiwane elektrony. W bazie istnieje wbudowane pole elektr Ewb spowodowane nierównomiernym rozkładem koncentracji domieszek. Elektrony wstrzyknięte z emitera do bazy są unoszone przez to pole w kierunku kolektora. Po przejściu przez bazę elektrony dostają się do warstwy zaporowej złącza B-C, w której istnieje silne pole elektr “wyrzucające” te elektrony dalej do obwodu kolektora. Nie wszystkie jednak elektrony, które zostały wstrzyknięte do bazy przez złącze B-E, dotrą do złącza B-C. Część z nich rekombinuje w bazie. Ubytek spowodowany rekombinacją musi być uzupelniany przez dopływ nośników do bazy. Zatem z zewn obwodu bazy dopływa prąd uzupełniający straty ładunku dodatniego. Wynika stąd podstawowe równanie dotyczące rozpływu prądów w tranzystorze: Ie=Ib+Ic. Równanie to obowiązuje również dla małych przyrostów prądów: ?Ie=ΔIb+ΔIc α0-wspł wzmocnienia prądowego dla prądu stałego w konfiguracji pracy wspólnej bazy (WB) α0=Ic/Ie α =ΔIc/ΔIe α0= 0,98-0,995 β0-wspł wzmocnienia prądowego dla rpądu stałego w konfiguracji pracy wspólnego emitera (WE) beta-wspł wzmocnienia prądowego dla składowych zmiennych w konfiguracji pracy (WE) β0=Ic/Ib β =ΔIc/Δiv, po przekształceniach β0= α0/(1-α0) β= α/(1- α) wynika stąd, że wspł wzmocnienia β0 jest zawsze znacznie > od 1 np. α0=0,98 β0=50 α=0,995 β=200. Na powyzszym rysunku wystepuje jeszcze jedna skłądowa pradu bazy, którą jest prąd Icbo. Jest to tzw. Prąd zerowy złącza kolektor-baza. Prąd zerowy jest pradem nosników mniejszościowych generowanych w obszarze w. Zaporowej złacza B-C spolaryzowanej w kierunku zaporowym. Para elektron-dziura powstająca w w. Zaporowej jest natychmiast “wymiatana” przy czym elektron podąża do kolektora, a dziura do bazy. Ic= α0*Ie +Icbo Prąd zerowy jako prąd nasycenia złącza B-C przy jego polaryzacji w kierunku zaporowym (silnie zalezy od temperatury). Prąd ten podwaja swą wartość wraz ze wzrostem tem o 10C (38,41,43)
Zakresy pracy tranzystora Tranzystor spełnia funkcje elem wzmacniającego przy polaryzacji złącza B-E w kierunku przewodzenia i złącza B-C w kierunku zaporowym. Wynikają z tego zasady polaryzacji, rozkładu potencjału na poszczególnych koncówkach tranzystora: Uc>Ub>Ue dla tranzystora n-p-n Uc<Ub<Ue dla p-n-p napięcia te mierzone są względem jakiegoś potencjału wspólnego (najczęsciej względem zerowego potencjału masy układu) (45)
Konfiguracje pracy tranzystora Tranzystor ma trzy końcówki (elektrody), z których jedna słuzy jako wejście sygnału, druga jako wyjście, a trzecia jest wspólna. Do uzyskania wzmocnienia trzeba, aby baza była zawsze jedną z koncówek wejściowych, co powoduje, że możliwe są trzy konfiguracje pracy tranzystora. WB- konfiguracja wspólnej bazy, wejście sygnału jest między emiterem a bazą, a wyjście pomiędzy kolektorem, a bazą, baza jest elektrodą wspólną WE- konfiguracja wspólnego emitera, wejście sygnału jest między bazą, a emiterem, a wyjście miedzy kolektorem, a emiterem. Emiter jest elektrodą wspólną. WC- konfiguracja wspólnego kolektora, wejście syganłu jest między bazą, a kolektorem, wyjście między emiterem a kolektorem, kolektor jest elektrodą wspólną (45)
Charakterystyki statyczne W każdej konfiguracji tranzystor ma różne właściwości i różne charakterystyki. Tranzystor można traktować jako czwórnik o napięciu wejściowym U1, prądzie wejściowym I1, mapięciu wyjściowym U2 i pradzie wyjściowym I2. Równania impedacyjne U1=f(I1,I2) U2=f(I1,I2) rów admitacyjne I1=(U1,U2) I2=(U1,U2) rów mieszane U1=(I1,U2) I2=(I1,U2). Charakterystyka statyczna jest to graficzne przedstawienie związków jednej wielkości zaleznej i dwu niezaleznych, przy czym jedna z wielkości niezaleznych traktowana jest jako parametr. Na podstawie równań mieszanych można okreslić 4 rodziny charakt statycznych: charakt wejściowe U1=f(I1) przy U2=const -kształt przebiegu podobny do charakt diody przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, zwrotne U1=f(U2) przy I1=const -na skutek modulacji efektywnej grubości bazy istniej (niwielkie) oddziaływanie zwrotne w tranzystorze. Prąd bazy jest parametrem charkt zwrotnej, przejściowe I2=f(I1) przy U2=const- w przyblizeniu jest liniowa ponieważ Ic=Ib* β0. Napięcie Uce wpływa na tą zależność przez zmianę efektywnej grubości bazy, wyjściowe I2=f(U2) przy I1=const- na początku szybko wzrasta. Tranzystor wychodzi ze stanu nasycenia i pracuje w obszarze aktywnym. Ten zakres pracy jest niemal stałą wartością pradu kolektora, która jest proporcjonalna do wartosci prądu bazy Ic=Ib* β0 (47)
PODSTAWOWE UKŁADY WZMACNIACZY
Modele tranzystora bipolarnego
Model fizyczny Elbersa-Molla- zasadniczą ideą leżącą u podstaw tego modelu jest połączenie schematów tranzystora odpowiadających opisom transmisji normalnej i inwersyjnej w jeden schemat. Umozliwia to modelowanie wszystkich zakresów pracy tranzystora. Model ten stosowany jest do symulacji komputerowej ukł elektr. Daje to mozliwość badania i przewidywania właściwości tych układów w różnych warunkach wymuszeń napięciowo-prądowych.(71)
Model macierzowy z parametrami h- modele macierzowe są modelami liniowymi. Charakteryzują one tranzystor jako czwórnik. Ograniczając się do modeli dla składowych zmiennych, wyróżnia się opis tranzystora przy wykorzystaniu: macierzy hybrydowej z parametrami mieszanymi h, macierzy admitacyjnej y i macierzy rozproszenia s. W zakresie częstotliwości do setek kHz stosujemy macierz h, w zakresie od sete kHz do 100-200 MHz najczęściej stosowane parametry macierzy y, przy >1GHz macierz s. (72,76,77)
Wzmacniacz z tranzystorem w ukł wspólnej bazy- ukł taki jest rzadko wykorzystywany w zakresie małych częstotliwości jako samodzielny wzmacniacz. Najczęściej wystepuje w połączeniu z innymi układami. Ukł ten posiada b. małą (w porównaniu z innymi konfiguracjami) rezystancję wej (10-100Ω) ale dość dużą rezystancję wyjściową (0,1-12). Wzmocnienie napięciowe jest stosunkowo duże (kilkadziesiąt dB) pradowe małe (<1). Konfiguracja WB ma dobre właściwości częstotliwościowe co pozwala uzyskać wzmocnienie napięciowe w takich zakresach częstotliwościowych, gdy praca w innych konfiguracjach jest już niemozliwa. Wzmocnienie napięciowe takiego wzmacniacza jest b. małe <1 (<0kB), kp-wzmocnienie mocy jest również małe (najmniejsze ze wszystkich konfiguracji do kilkudziesięciu dB). Ze względu na to, konfiguracja ta ma dużą impedancję wejściową a małą wyjściową, wzmacniacz ten ma zastosowanie przy dopasowaniu do siebie różnych stopni wzmacniaczy lub np. wzmacniacz i obciążenie. (86)
Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego kolektora- nazywany jest wtórnikiem emiterowym. Nap wejściowe ma prawie taką samą wartość jak napięcie wyjściowe (wzmocnienie np. ku=1). Faza napięcia wyjściowego jest zgodna z fazą nap wejściowego w przeciwieństwie do wzmacniacza z tranzystorem w ukł WE (wspólny emiter). R1,R2,R3 ustalają punkt pracy wzmacniacza. Rezystancja Rb wynikająca z równoległego połączenia R1,R2 polaryzujących bazę tranzystora zmniejsza znacznie rezystancję wej układu, pobnieważ sama Rwej tranzystora ma dużą wartość. Celowe jest zatem stosowanie duzych wartości R1 i R2 ograniczone stałością punktu pracy (stałóść Ic). Rwe jest duża (1kΩ -15 MΩ) Rwyj jest mała (0,01-50 kΩ) (84)
Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego emitera układ ten jest zwykle stosowany do wzmacniania sygnałów charakteryzujących się szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości. Ku=U2/U1[V/V]= 20logU2/U1 [db] -wzmocnienie napięciowe Przy małych f reaktancja kondensatorów C1 i C2 włączonych w tor sygnału i kondensatora Ce bocznikującego rezystor emitorowy Re, wzrasta co powoduje spadek wzmocnienia (przedział c). Wraz ze wzrostem f reaktancja maleje, ku-wzrasta. W środkowej części charakterystyki wzmocnienie jest stałe i praktycznie nie zalezy od częstotliwości. W zakresie duzych częstotliwości (przedział c) wzmocnienie maleje ze względu na spadek wzmocnienia samego tranzystora, a także z powodu istnienia pojemności montażowych. Wzmacniacz ten charakteryzuje się niezbyt dużą rezystancją wejściową Rwe(0,2-100 kΩ) w porównaniu z Rwe wzmacniacza z tranzystorem w ukł OC/WC. Rwy -rezyst wyjściowa jest dość duża (0,01-2 MΩ). Wykorzystywany w ukł elektronicznych. Posiada duże wzmocnienie napięciowe i prądowe. Parametry robocze: wzmocnienie napięciowe ku, pradowe ki, rezystancja wej Rwe, wyj Rwy (79,80)
RODZAJE WZMACNIACZY
WZMACNIACZE- są układami elektronicznymi, których zadaniem jest dostarczenie wymaganej (przewaznie dużej) mocy wyjściowej przy mozliwie dużej sprawności i małych zniekształceniach sygnału. Bilans mocy: Pz-moc dostarczana z zasilacza Pc-moc strat we wzmacniaczu Po-moc użyteczna uzyskanie najwiekszej mocy wyjściowej i jednoczesnie jak najmniejszych strat w kolektorach tranzystorów wyjściowych jest jedną z głównych przesłanek przy konstrukcji wzmacniaczy.
Wzmacniacz klasy A z obciążeniem rezystancyjnym- jest to najprostszy wzmacniacz jednotranzystorowy z obciążeniem rezystancyjnym włączonym w obwód kolektora. Tranzystor pracuje w ukł WE, a więc takim, w którym ma wzmocnienie napięciowe i pradowe, a zatem i wzmocnienie mocy. Chwilowy punkt pracy tranzystora porusza się po linii prostej (prosta obciązęnia) Najwiekszą moc wyjściową osiąga gdy spoczynkowy punkt pracy Q lezy na hiperboli mocy admisyjnej Pcmax. Jeśli napięcie kolektora zmienia się sinusoidalnie tzn. Uc(t)=Ucq + Ucm*sinwt, moc sygnału zmiennego wydzielona na Rl jest mocą użyteczną i jest iloczynem wartości skutecznych napięcia i prądu. W granicznym idealnym przypadku Ucm=Ucq P0=Pcmax/2 średnia moc pobierana ze źródła Pz nie zlaezy od mocy wyjściowej Moc średnia pobierana ze źródła zasilania Pz=2Pcmax i zalezy od mocy wyjściowej. Największa teoretycznie sprawność układu wynosi @max=P0max/Pz=1/2=0,25%. Średnia moc całkowita na obciążeniu rosnie wraz ze wzrostem amplitudy napiecia wyjsciowego przy jednoczesnym spadku całkowitej mocy średniej traconej na korektorze. Dzieje się tak ponieważ moc składowej zmiennej na obciążeniu Rl rosnie dodając się do Pldc. Moc skłądowej zmiennej na kortektorze odejmuje się od mocy składowej stałej Pcdc zmniejszając całkowita moc traconą na korektorze. Zatem przy stałej mocy dostarczonej z zasilacza nastepuje wzajemny podział pomiędzy odbiornik Rl, a tranzystor. Przy braku sygnału w tranzystorze i w obciążeniu tracona jest taka samo moc równa połowie mocy dostarczonej z zasilacza. Praktycznie najwieksza sprawność w tym układzie nie przekracza 20%. Powodem jest fakt, ze w rzeczywistym ukł spełnienie warunku Ucm=Ucq nie jest możliwe, ze względu na nasycenie trazystora. Wady układu to mała sprawnosć i przepływ składowej stałej pradu przez obciążenie. Zaletą jest prostota układowa (132)
Z obciążeniem transformatorowym- We wzmacniaczu A połowa mocy zasilania wydziela się na obciążenie bezuzytecznie, niezaleznie od maplitudy sygnału zmiennego. W układzie jednotranzystorowym można uniknąć tych strat dołączając obciążenie do tranzystora poprzez transformator. Charakterystyka obciążenia jest prostą wynzaczoną przez przetransformowaną rezystancję obciążenia Rl'=n^2Rl gdzie n-przekładnia transformatora. Jest to tzw. Dynamiczna prosta obciążenia, gdyż dotyczy pracy wzmacniacza dla składowych zmiennych. Statyczna prosta obciążenia ma b. niwielkie nachylenie i można powiedzieć, że napięcie stałe miedzy emiterem, a korektorem tranzystora jest równe napieciu zasilania. W idelanym przypadku tj. gdy zaniedbamy nasycenie tranzystora Icm=Icq i Ucm=Ucc. Optymalna rezystancja obciążenia tranzystora Rl'opt=n^2optRl. Jeśli napięcie korektora zmienia się sinusoidalnie tj. Uc(t)=Ucq +Ucmsinwt moc sygnału zmiennego wydzielanego na obciążeniu Rl' jest mocą użyteczną. W granicznym przypadku gdy Ucm=Ucc na obciążeniu wydziela się max moc syganłu, zatem max moc użyteczna wynosi P0max=Pcmax/2. Moc średnia wydzielan na obciążeniu Pz=Pcmax. Najwieksza sprawność przy pelnym wysterowaniu 50%. W rzeczywistych ukł sprawność zawiera się w 30-40%. Zaleta dwukrotnie wieksza sprawność niż rezystancyjny. Wada przy braku sygnału moc pobierana z zasilacza jest znaczna mimo braku mocy użytecznej. Koniecznośc stosowania transformatora-wada. (134,136)
Wzmacniacz klasy B- Jest to wamacniacz przeciwsobny z tranzystorami o symetrii komplementarnej. Parę tranzystorów komplementarnych stanowią tranzystory p-n-p i n-p-n, które różnią się jedynie typem przewodnictwa, a parametry elektryczne mają identyczne. Przy wykorzystaniu 2 źródeł zasilania obciążenie Rl może być przyłączone bezpośrednio do emiterów tranzystorów T1 i T2. Umozliwia to transmisje małych częstotliwości sygnału do skladowej stałej włącznie. Przy jednym źródle zasilania konieczna jest separacja obciążenia Rl od składowej stałej, co wymaga zastosowania kondensatora. Zwieksza to jednak dolną częstotliwość graniczną wzmacniacza. Przy braku sygnału prąd nie płynie przez T1 i T2. Gdy chwilowe napięcie sygnału jest dodatnie przewodzi tranzystor T1. Jest on w konfiguracji WC co zapewnia wzmocnienie napieciowe około jedności i zanczne wzmocnienie pradowe. Przy ujemnym sygnale przewodzi T2. Oba tranzystory nigdy nie przewodzą jednoczesnie. W przypadku wzmacniacza zasilanego jednoczesnie z 2 źródeł energia dostarczana jest na przemian z zasilaczy +Ec i -Ec. Dla wzmacniacza o 1 źródle, źródłem energii dla dodatniej połówki sygnału jest zasilacz +Ec a dla ujemnej źródłem jest ładunek zgromadzony na kondensatorze podczs trwania poprzedniej fazy pracy wzmacniacza. Najwieksza sprawność wynosi 78% =Pomax/Pzmax. 22% jest tracone. Przy braku sygnału Ie=0 moc z zasilacza nie jest pobierana. Moc p0max=5Pcmax co oznacza pięciokrotnie lepsze wykorzystanie tranzystorów niż w klasie A.(137,139)
Wzmacniacz klasy AB jest kompromisem między dużą sprawnością a małymi zniekształceniami. Przy małych sygnałach pracują obydwa tranzystory. Dla duzych sygnałów jeden z tranzystorów zostaje odcięty i pracuje tylko drugi. Uzyskiwana w tych wzmacniaczach sprawność jest nieco mniejsza niż we wzmacniaczach klasy B i zalezy od wielkości pradu w spoczynkowym punkcie pracy. Ważnym problemem pracy przy wzmacniaczu AB jest utrzymanie stałej wartosci pradu spoczynkowego w szerokim zakresie zmian temperatury. Przy nagrzewaniumsie tranzystorów prad spoczynkowy bowiem rosnie. Może to prowadzic do dalszego wzrosru temp tranzystora i dalszego wzrostu pradu spoczynkowego. Zjawisko to nazywamy termicznym dodatnim sprzeżeniem zwrotnym. Może ono prowadzić do uszkodzenia cieplnego tranzystorów koncowych stopnia mocy wzmacniacza. Wzrostowi prądu spoczynkowego można zapobiec zmniejszając wartość napiecia polaryzacji wstepnej jednocześnie ze wzrostem temp tranzystorów. W tym celu można zastosować diody mieszane na radiatorach tranzystorów lub w strukturze układu wzmacniacza, gdy jest on konstrukcją scaloną. Nie muszą płynąć prądy wyrównacze powodujące w konsekwencji termiczne dodatnie sprzężenie zwrotne. Aby otrzymać dużą moc wyjściową wzmacniacza trzeba stosować tranzystory o dużej wartości wspł wzmocnienia prądowego -beta. W tym celu uzywa się często 2 tranzystorów zestawianych w konfiguracji Darlingtona. Oba tranzystory można traktować jako jeden o koncówkach jak na rys. Wspł wzmocnienia Darlingtona wynosi β= β1*β2
(141,142)
ZASILACZE
Zasilacz- urządzenie, którego zadaniem jest przekształcenie napięcia zmiennego na napieie stałe. Podstawowymi funkcjami jakie pełni zasilacz jest transformacja napięcia zmiennego do odpowiedniej wartości, prostowanie, filtracja i stabilizacja. Funkcją transformatora jest izolowanie galwaniczne zasilanych obwodów sieci. Energia przekazywana jest bowiem przxez pole magnet transformatora i wystepuje brak bezpośredniego połączenia odbiorników ze źródłem energii, jakim jest sieć energetyczna. Daje to mozliwość racjonalnego rozłożenia potencjałów w zasilanym urządzeniu. Układ prostowniczy przekształca prąd dwukierunkowy uzwojenia wtórnego transformatora na prąd jednokierunkowy Filtr ma za zadanie wygładzać tetnięcia pradu stabilizator służy do ustakania napiecia zasilającego jako niezaleznego w pewnych zakresach, od zmian pradu obciążenia jak i wahań naopięcia dostarczonego z filtru prostownika.
Prostownik jednopołówkowy- czas rozładowania jest bliski okresowi zmian napięcia sieci zasilającej T=1/f gdzie częstotliwość sieci zasilanej=f. Wtedy to miedzyszczytowe napiecie tętnień wynosi Ut=Io/fc Dioda praqcująca w układzie tego prostownika z filtrem pojemnościowym musi spełniać: dopuszcz średni prąd przewodzenia Io>Ul/Rl ,dopuszcz szczytowe napięcie wsteczne Urwm>2Um
Prostownik dupołówkowy- W pierwszym półokresie przewodzi dioda D1, w drugim D2. Dla tego prostownika wartość wspł tętnienia kt=0,48. Mimo, że prąd wyprostowany jest dwukrotnie wiekszy niż w przypadku jednopołówkowego z obciążeniem rezystancyjnym, to jednak średni prąd płynący przez każdą diodę pozostaje bez zmian. Max napięcie wsteczne na każdej diodzie osiąga wartość 2Um. Jeżeli równolegle do obciążenia dołączy się kondensator filtrujący skłądową zmienną, to taki układ pracuje podobnie jak jednopołówkowy z filtrem (T zmieniamy na T/2) Czas rozładowania tr jest bliski połowie okresu sieci zasilającej. Diody pracujące w omawianym ukł prostownika z obciążeniem rezystancyjnym muszą spełniać wymagania: dopuszcz średni prąd przewodzenia Io>Um/πRl, dopuszcz szczytowe napięcie wsteczne Urwm>2UM (150,151)
Prostownik dwupołówkowy mostkowy- w dodatnim półokresie napięcia wejściowego prad płynie w obwodzie D1,Rl,D2 w ujemnym D4,Rl,D3. Kierunek przepływu pradu przez obciążenie jest w obu półokresach jednakowy i dlatego na obciążeniu utzrymuje się wyprostowane napiecie dwupołówkowe. Prąd średni płynący przez każdą diodę, ma taką wartość jak w przypadku prostownika jednopołówkowego. Wymagania, gdy duże diody pracują szeregowo: dopuszz średni prąd przewodz Io/ πRl, dopuszcz szczytowe napiecie wsteczne Urwm>Um. Jeśli równolegle do obciążenia dołączy się kondensator to: Io>Ul/2Rl i Urwm>Um (152)
STABILIZATORY
Stabilizator parametryczny- jest najprostszym układem stabilizachi napiecia. Jego działanie polega na zmianie rezystancji statycznej diody pod wpływem zmian napięcia wejsciowego Uwe i pradu obciążenia Io. Punkt przecięcia charakt pradowo -napięciowej diody i prostej obciążenia wyzancza wartość pradu płynącego w obwodzie. Aby okreslić współrzedne pu któw przecięcia osi przez prostą obciążenia rozpatruje się przypadki, gdy napiecie na diodzie Zenera wynosi 0V (dioda zwarta) i prąd płynący przez diodę =0A (dioda rozwarta) napięcie wyjściowe U jest jednoczesnie napięciem Zenera Uz diody dlatego badanie zmian napięcia wyjściowego jest formalnie badaniem zmian punktu pracy diody. (156)
Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym Napięcie wyjściowe Uz jest satbilizowane dzieki tranzystorowi T włączonemu między źródło U1 i obciązęnie. Tranzystor ten spełnia funkcję szeregowego elem regulacyjnego. Układ ten jest układem z ujemnym napięciowym sprzężeniem zwrotnym. Wszelkie zmiany napiecia wyjściowego względem ustalonej wartości odniesienia powoduja powstawanie T, gdy napiecie U ma tendencję zmiejszania się i zmiejszania przewodnika T gdy napięcie Uz się zwieksza. Jest to zatem układ śledzący zmiany napięcia wyjściowego względem napiecia wzorca i regulujący zawszw wtedy gdy na wyjściu nastepuje odchylenie od warunków znamionowych. Szybkość reakcji na zmiany w duzym stopniu zalezy od wzamcniacza. Działanie stabilizacyjne tego ukłądu sprowadza się do tego, że pod wpływem wiekszego lub mniejszego napięcia pobieranego z dzielnika R1,R2 tranzystor T2 przewodząc silniej lub słabiej odprowadza ze wspónego węzła w obwodzie kolektora wiekszą lub mniejszą pradu płynącego przez rezystor Rb, wskutek czego do bazy traznystora regulacyjnego T1 dopływa mniejsza lub wieksza częśc tego prądu. Poprawienie tłumienia tętnień napięcia wejściowego umiozliwaia zastosowanie w obwodzie sterującym wstepnej filtracji tętnień przez włączenie odpowiednio dużej pojemności C1 w sposób pokazany na rys linią przerywaną (157,158)
Zabezpieczenia przed przeciążeniem- w miarę warostu obciążenia stabilizatora star się on dostarczyć żądaną wartość pradu i utrzymać zanmionowe napięcia. Po przekroczeniu najwiekszego prądu wyjściowego w zakresie stabilizacji na lelem regulacyjnym może się wydzielić zbyt duża moc prowadząc do uszkodzenia cieplnego tranzystora. W stabilizatorach bez zabezpieczenia b. duzy zakres pracy w obszarze przeciążenia sprzyja temu zjawisku. (159)
Stan blokowania- charkt jest parametrami: powtarzalnym szczytowym napieciem blokowania Udrm i niepowtarzalnym szczytowym napięciem blokowania Udsm. Warunki te nie powinny być przekraczane w warunkach normalnej eksploatacji. Przy dodatnim napięciu anoda-katoda, gdy rpąd bramki nie płynie. Przekroczenie napięcia Ubo powoduje przełączenie tyrystora w stan przewodz. Przełączenie tyrystora w ten stan przy napięciu mniejszym niż Ubo wymaga przepływu pradu bramki o wartosci tym wiekszej, im mniejsze jest napięcie pomiedzy anoda i katodą. Złącze J2 jest spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan przewodz- min wartość pradu jaka musi płynąć tuż po przełączeniu ze st. Blokowania jest okreslona przez prąd Jhs. Wartość graniczna przy przejściu ze st przewodz do st blok okreslamy prądem podtrzymania Jh. Złacze J2 spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan zaworowy- przy ujemnym napięciu anoda-katoda własności tyrystora podobne są do właściwości diody. Dopóki napięcie nie przekroczxy pewnej granicznej dopuszcz wartosci doputy przez tyrystor płynie niewielki prąd, którego wartość zalezy od temp złącza J1 i J2. Spolaryzowane są w kier zaporowym.