Katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych - Notatki - Elektrotechnika, Notatki'z Elektrotechnika. Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz
Eugen89
Eugen8926 March 2013

Katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych - Notatki - Elektrotechnika, Notatki'z Elektrotechnika. Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz

PDF (782.7 KB)
49 strona
462Liczba odwiedzin
Opis
Inżynieria: notatki z elektrochniki - zagadnienia odnoszące się do katalogowe parametry przykładowych elementów energeelektronicznych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 49
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Wydział Elektrotechniki Informatyki i Telekomunikacji

KATALOGOWE PARAMETRY PRZYKŁADOWYCH ELEMENTÓW

ENERGEELEKTRONICZNYCH

Zielona Góra 2005

- 2 -

SPIS TREŚCI

1. ELEMENTY BIERNE………………………………………………………………….3 1.1. Rezystory…………………………………………………………………………3 1.1.1. Parametry rezystorów………………………………………………………3 1.1.2. Oznaczenia rezystorów……………………………………………………..4 1.2. Kondensatory…………………………………………………………………….7 1.2.1 Parametry kondensatorów…………………………………………………..7 1.3. Cewki indukcyjne………………………………………………………………12 1.3.1 Parametry cewek…………………………………………………………..13 2.BIERNE BEZZŁĄCZOWE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE……………15 2.1. Termistory NTC i PTC………………………………………………………….15 2.1.1. Podstawowe parametry termistora NTC i PTC...........................................16 2.3. Warystory……………………………………………………………………….17 2.3.1. Parametry warystorów…………………………………………………….17 3. ELEMENTY JEDNOZŁĄCZOWE………………………………………………….19 3.1.Ogólna charakterystyka diód…………………………………………………….19 3.2. Diody prostownicze bipolarne…………………………………………………..20 3.2.1. Parametry diody prostowniczej…………………………………………...21 3.3. Diody unipolarne Schottyky’ego……………………………………………….23 3.4. Diody stabilizacyjne (Zenera)…………………………………………………..26 3.4.1. Parametry diody stabilizacyjnej…………………………………………..26 4. CZYNNE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE WIELOZŁĄCZOWE……...28 4.1. Tranzystor bipolarny mocy……………………………………………………..28 4.1.1. Parametry tranzystorów…………………………………………………...29 4.1.2. Zastosowanie tranzystorów…………………………………………….....30 4.2. Tranzystor unipolarny FET……………………………………………………..30 4.2.1. Tranzystory polowe złączowe FET……………………………………….31 4.2.2. Zasada działania tranzystora polowego FET……………………………...32 4.2.3. Parametry i charakterystyki tranzystora polowego JFET……………........33 4.3. Tranzystor unipolarny MOSFET……………………………………………….35 4.3.1. Zasada działania tranzystora MIS (MOS)………………………………...35 4.3.2.Charakterystyki tranzystorów MOSFET………………………………....38 4.4. Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką IGBT (BIMOS)……………………39 5. ELEMENTY PRZEŁĄCZNIKOWE……………………………………………..….40 5.1. Diaki…………………………………………………………………………….40 5.1.1. Parametry diaków…………………………………………………………...40 5.2. Triaki………………………………………………………………………………….41 5.2.1 Parametry triaków…………………………………………………………...42 5.3. Tyrystory………………………………………………………………………..43 5.3.1. Parametry i charakterystyki tyrystorów…………………………………….43 5.3.2. Zalety i wady tyrystorów…………………………………………………...47 5.4. Fototyrystor……………………………………………………………………..47 6. LITERATURA………………………………………………………………………...49

- 3 -

1.ELEMENTY BIERNE.

1.1. REZYSTORY

Rezystor to najpopularniejszy element elektroniczny, zwykle zbudowany w postaci

wałeczka z dwoma wyprowadzeniami. Służy on najczęściej do ograniczania prądu lub

uzyskania wymaganych napięć. Najważniejszym parametrem rezystora jest rezystancja

oznaczana literą R. Jest to w uproszczeniu zdolność do przeciwstawienia się przepływowi

prądu.

1.1.1. Parametry rezystorów

Rezystancja nominalna- rezystancja, jaką powinien mieć rezystor.

Tolerancja- (klasa dokładności) - ponieważ ze względu na rozrzuty produkcyjne rezystory

nie mają rezystancji dokładnie zgodnej z rezystancją znamionową, podaje się maksymalne

dopuszczalne odchyłki. Wyraża się to w procentach wartości znamionowej.

Moc znamionowa- największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy

ciągłej w temperaturze otoczenia mniejszej niż 70 º C (dla niektórych typów 40 º C).

Napięcie graniczne- maksymalne napięcie stałe lub amplituda napięcia zmiennego, jakie

może być dołączone do rezystora w sposób ciągły.

Rezystancja krytyczna- rezystancja, przy której dla napięcia granicznego otrzymuje się

moc znamionową. Rezystory o rezystancji znamionowej większej niż krytyczna wolno

obciążać mocą tym mniejszą, im większa jest ich rezystancja znamionowa.

Napięcie szumów- w czasie pracy występują w nim szybkie, przypadkowe zmiany

rezystancji, które powodują powstawanie na jego końcówkach napięcia szumów,

proporcjonalne do napięcia doprowadzonego do rezystora. Napięcie szumów wywołane

jednym Voltem napięcia doprowadzonego jest parametrem rezystora charakteryzującym

jego właściwości szumowe.

Temperaturowy współczynnik rezystancji-oznaczony w krajowych źródłach TWR, lub

z angielskiego TCR, określa zmiany rezystancji pod wpływem temperatury. Czym

mniejsza wartość TCR, tym bardziej stabilny rezystor. Wartość TCR podaje się w %/K lub

ppm/K (gdzie 1%=104 ppm).

- 4 -

Niestabilność parametrów rezystora w zależności od warunków otoczenia. Jednym z

głównych czynników warunkujących zachowanie parametrów rezystora jest temperatura.

Oprócz rezystancji zmieniają się także inne parametry. Dopuszczalne obciążenie

rezystorów jest stałe do pewnej granicy temperatury (zazwyczaj ok. 60˚C), po której

przekroczeniu następuje jego spadek z 100 do 0% na długości ok. 40˚C. Na parametry

mają wpływ także inne czynniki zewnętrzne zawarte parametrów tabeli 1.1.

Tabela 1.1. Zmiany rezystancji rezystora węglowego w zależności od czynników zewnętrznych Czynnik Zmiana rezystancji Na stałe

R = 1k R = 10 M.

Lutowanie (350˚C w odległości 3 mm ± 2% ± 2% tak

Cykliczne obciążanie (500-krotne włączanie i

wyłączanie napięcia w ciągu 1000 godzin) ± 4 – 6% ± 4 – 6% tak

Wibracje (20 g) i wstrząsy (100 g) ± 2% ± 2% tak

Wilgotność (wilgotność względna 95% w

temp. 40˚C) + 6% + 10% nie

Współczynnik napięciowy (zmiana o 10 V) -0,15% -0,3% nie

Temperatura (25˚C do -15˚C) +2,5% +4,5% nie

Temperatura (25˚C do 85˚C) +3,3% +5,9% nie

1.1.2. Oznaczenie rezystorów.

W oznaczeniach rezystorów stosuje się trzy kody:cyfrowy, cyfrowo- literowy i barwny

paskowy.

Kod cyfrowy polega na zapisywaniu wartości rezystancji, tolerancji, temperaturowym

współczynniku rezystancji itp. za pomocą cyfr, np.: 210 , 1 k , 1,2

Mkitp. ( W praktyce często pomija się symbol  przy zapisie

wartości większych od1000 Ω, a więc 1kΩ może być zapisany jako 1k).

Kod cyfrowo- literowy natomiast polega na zastąpieniu niektórych wartości literami

(tabela 1.2.a, b, c). W przypadku kodu MIL mnożnikiem wartości rezystancji jest ostatnia

cyfra.

- 5 -

Tabela 1.2. Kody cyfrowo literowe

a) wartości rezystancji

Wartość rezystancji Według IEC Według MIL

0,22 Ω R22 -

3,9 Ω 3R9 3R9

75 Ω 75R 750

910 Ω 910R, K91 911

1,8 kΩ 1K8 182

62 kΩ 62K 623

470 kΩ 470K, M47 474

5,6 MΩ 5M6 565

36 MΩ 36M 366

1,54 kΩ 1K54 1541

43,2 kΩ 43K2 4322

931 kΩ 931K 9313

1,24 MΩ 1M24 1244

b) tolerancji

KodTolerancja

N 30%

M. 20%

K 10%

J 5%

G 2%

F 1%

D 0,5%

C 0,25%

B 0,1%

W 0,05%

P 0,002%

L 0,001%

E 0,0005%

- 6 -

c) współczynnika temperaturowego

KodWspółczynnik

temperaturowy

T0 100 ppm/K

T2 50 ppm/K

T9 25ppm/K

T10 15 ppm/K

T13 10 ppm/K

T16 5 ppm/K

T18 1 ppm/K

Trzeci z ostatnich kodów kod barwny jest nieco bardziej skomplikowany. Na oporniku

istnieją wtedy 3 do 6 pasków. W przypadku oznaczenia trójpasmowego (rys. 1.1.a) dwa

pierwsze paski to dwie pierwsze cyfry wartości rezystancji, trzeci pasek to tzw. mnożnik,

czyli wartość, przez jaką należy pomnożyć dwie pierwsze cyfry. W kodzie

czteropaskowym (rys. 1.1.b) 2 pierwsze paski informują o dwóch pierwszych cyfrach

wartości rezystancji, 3 pasek to mnożnik, a 4 - tolerancja. Kod pięciopaskowy (rys. 1.1.c).

3 pierwsze paski to 3 pierwsze liczby wartości rezystancji, 4 pasek to mnożnik, a 5 to

tolerancja. W kodzie 6-paskowy (rys. 1.1.d) natomiast 3 pierwsze paski to 3 pierwsze

liczby wartości rezystancji, 4 pasek oznacza mnożnik, 5 - tolerancje, a 6 - współczynnik

temperaturowy. Każdy kolor ma ustaloną międzynarodowo wartość, które zostały

przedstawione w tabeli numer 1.3.

Rysunek 1.1.

a) b) c) d)

mnożnik mnożnik

tolerancja tolerancja

- 7 -

Tabela 1.3. Kody barwne rezystorów.

KolorCyfry znacząceMnożnikTolerancja

Współczynnik

temperaturowy

[ppm/K]

Srebrny - 0,01 10% -

Złoty - 0,1 5% -

Czarny 0 1 - 250

Brązowy 1 10 1% 100

Czerwony 2 100 2% 50

Pomarańczowy 3 1 000 15% -

Żółty 4 10 000 - 25

Zielony 5 100 000 0,5% 20

Niebieski 6 1 000 000 1,25% 10

Fioletowy 7 107 0,1% 5

Szary 8 108 - 1

Biały 9 109 - -

Brak paska - - 20% -

1.2. Kondensatory

Kondensatory są to elementy elektryczne, których podstawowym parametrem użytkowym

jest pojemność C wyrażana w faradach (F). Kondensator stanowi układ, co najmniej

dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego (metalu) odizolowanych od siebie

dielektrykiem.

1.2.1 Parametry kondensatorów.

Podstawowymi parametrami kondensatora są pojemność znamionowa wraz z

tolerancją oraz napięcie znamionowe i stratność dielektryczna(tangens kąta strat). Do

ważniejszych parametrów kondensatora zalicza się napięcie probiercze, dopuszczalne

napięcie przemienne, rezystancję izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności.

Pojemność znamionowa C kondensatora jest to wartość pojemności założona przy

wytwarzaniu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji jest podawana jako jego

cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową

kondensatora, tj. odchyłka pojemności kondensatora, nie może być większa niż wartość

wynikającaztolerancji.

- 8 -

Wartości pojemności znamionowej tworzą ciągli liczb, które (podobnie jak dla rezystorów)

oznacza się symbolami E3, E6, E12 itd.

Czynnikiem, który w największym stopniu wpływa na pojemność kondensatora, poza

powierzchnią i odległością elektrod, jest zdolność dielektryka (w ujęciu makroskopowym)

do przyjęcia ujemnego ładunku w pobliże dodatniej elektrody, i dodatniego ładunku w

pobliże elektrody ujemnej, co powoduje, że wpływ odległości między elektrodami

zmniejsza się

Napięcie znamionowa Un kondensatora jest to wartość napicia stałego (dla niektórych

kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50

Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego

uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia

znamionowego są znormalizowane, przykładowo biorąc, są to wartości 25 V, 63 V, 100 V,

160 V, 250 V, itd. Przez określony czas (zwykle 1 minutę) kondensator powinien także bez

żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym

Up (w zależności od typu kondensatora Up = 1,4 - 2,5 Un). Wartość obu tych napięć dla

danego typu kondensatora zależy również od warunków pracy kondensatora, tj. rodzaju

doprowadzonego napięcia (stałe, przemienne, impulsowe) oraz temperatury otoczenia,

przy czym zmniejsza się ona ze wzrostem zarówno częstotliwości, jak i temperatury. Jeżeli

do kondensatora jest doprowadzone napięcie zmienne, to w pierwszym przybliżeniu

można przyjąć warunek, aby suma składowej stałej i składowej przemiennej nie

przekraczała wartości napięcia znamionowego określonego dl przebiegu prądu stałego.

Stratność kondensatora, tj. jednostkowe straty energii wynikające z pracy kondensatora

przy napięciu przemiennym, charakteryzuje tangens kąta strat (czyli tg ). Straty

kondensatora są zazwyczaj większe niż samego dielektryku ze względu na występowanie

strat w elektrodach i doprowadzeniach. Wartość strat zależy od częstotliwości i

temperatury, przy czym przebieg tej zależności jest złożoną funkcją polaryzacji i

konduktancji (przewodności) dielektryku kondensatora. W katalogach wartość tg podaje

się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle 1 kHz lub 1 MHz (dla

kondensatorów elektrolitycznych - 100 Hz).

ESR (zastępcza rezystancja szeregowa) reprezentuje całkowite straty w kondensatorze,

które poza rezystancją szeregową doprowadzeń i elektrod Rs, obejmują straty w

dielektryku, powstające przy oddziaływaniu na niego zmiennego pola elektrycznego. ESR

jest funkcją częstotliwości i temperatury.

- 9 -

ESL (szeregowa indukcyjność zastępcza), jest indukcyjnością wyprowadzeń i elektrod LS.

Indukcyjność współczesnych kondensatorów zwykle zawiera się w zakresie 10-100 nH.

Odporność na napięcie impulsowe określa, z jaką częstotliwością kondensator może

być ładowany i rozładowywany. Zmiany napięcia powodują przepływ prądu przez

elektrody i doprowadzenia, w rezystancji, których następuje wydzielenie pewnej mocy.

Gdy gęstość prądu w elektrodach będzie duża, wzrasta oporność własna, a w związku z

tym straty mocy. Przy bardzo wysokich prądach może nastąpić stopienie i wyparowanie

elektrod i wówczas w kondensatorze powstaje ciśnienie gazów, które może mieć fatalne

skutki. Zmiany napięcia prowadzą ponadto do strat w dielektryku, które wspólnie ze

stratami w rezystancji powodują wzrost temperatury kondensatora.

Odporność na napięcie impulsowe jest podawane łącznie z napięciem pracy, które jest

równe nominalnemu. Odporność na napięcie impulsowe jest parametrem katalogowym i

zależy od przyjętych warunków badania. W zależności od przyjętej metody (zgodnej z

obowiązującymi normami) ilość impulsów, ich częstotliwość, wzrost temperatury itd.,

mogą być różne.

Maksymalne napięcie pracy zależy od wielu czynników m.in. od wytrzymałości

elektrycznej dielektryka, jego grubości, odległości między elektrodami i

wyprowadzeniami, rodzaju obudowy. Odporność na przebicie zależy od temperatury i

częstotliwości. Dlatego należy uważać, żeby nie przekroczyć maksymalnego napięcia w

danych warunkach. Nawet, gdy nie nastąpi bezpośrednie przebicie dielektryka zbyt

wysokie natężenie pola elektrycznego może spowodować długotrwałe zmiany w

dielektryku. Kiedy kondensator został naładowany a dipole dielektryka powstały i zostały

obrócone w kierunku napięcia pola, to po rozładowaniu kondensatora nie wszystkie

powracają do swojej pierwotnej pozycji. Te dipole, które pozostały w swoim nowym

położeniu powodują, że w rozładowanym kondensatorze pozostaje pewne napięcie.

Zjawisko to nazywa się absorpcją dielektryczną i występuje w większym lub mniejszym

stopniu we wszystkich kondensatorach. W niektórych zastosowaniach np. w obwodach

próbkujących, podtrzymujących i w układach audio, wymaga się, żeby była ona tak niska

jak tylko to jest możliwe. Absorpcję dielektryczną mierzy się w procentach napięcia

początkowego, po pewnym czasie od początku zwarcia. Istnieje cały szereg

znormalizowanych metod pomiaru tego parametr

- 10 -

Tabela 1.4. Oznaczenia barwne kondensatorów

Barwa paska

(kropki)

Temp.

współczynnik

pojemności

[ppm/K=10-

6/1°C]

Pojemność znamionowa [pF] Tolerancja pojemności

Pierwsza

cyfra

Druga

cyfra Mnożnik C≤10pF C>10pF

Pierwszy znak Drugi znak Trzeci

znak

Czwarty

znak Piąty znak

Srebrny - - - 0,01 - ±10%

Złoty - - - 0,1 - ±5%

Czarny 0 (NPO) - 0 1 - ±20%ZE)

Brązowy -33 (N33) 1 1 10 ±0,1pFZE) ±1%ZE)

Czerwony -75 (N75) 2 2 100 ±2pF

±0,25pFZE) ±2%

Pomarańczowy -150 (N150) 3 3 1 000 - -

Żółty -220 (N220) 4 4 10 000 - -

Zielony -330 (N330) 5 5 100 000 ±0,5pFZE) ±5%ZE)

Niebieski -470 (N470) 6 6 - ±0,25pF -

Fioletowy -750 (N750) 7 7 - - -

Szary - 8 8 - - -

Biały +33 (P33) 9 9 - ±1pF ±10%ZE)

Ciemnoniebieski +100 (P100) - - - - -

Brak -47 (N47) - - - ±0,5pF ±20%

Pomar. -pomar -1500 (N1500) - - - - -

Żółto -pomar -2200 (N2200) - - - - -

Zielon -pomar -3300 (N3300) - - - - -

Nieb. -pomar -4700 (N4700) - - - - -

Czarno -pomar -5600 (N5600) - - - - -

Czerw. fiolet.ZE* +100 (P100) - - -

*ZE- według oznaczeń europejskich

- 11 -

Tabela 1.5. Temperaturowy współczynnik pojemności w kodzie literowym. Zakres

temperaturowego

współczynnika

pojemności

[ppm/K=10-6/1°C]

Kod

Oznaczenie pełne – Kolor

emalii pokrycia

kondensatora

Barwa punktu lub paska

na jednobarwnym

pokryciu kondenstatora

+100 A Granatowy Ciemnoniebieski

+33 B Jasnoszary Różowy

0 C Czarny Czarny

-33 H Jasnobrązowy Brązowy

-47 N Niebieski Brak

-75 L Ciemnobrązowy Czerwony

-150 P Pomarańczowy Pomarańczowy

-220 R Żółty Żółty

-330 S Zielony punkt na pokryciu

jasnoszarym Zielony

-470 T Biały Niebieski

-750 U Czerwony Fioletowy

-1500 W Zielony Pomar. -pomar

-2200 K - Żółto -pomar

-3300 D - Zielono -pomar

-4700 E - Czarno -pomar

+140...-870 SL - Szary

+250...-1750 UM - Biały

Tabela 1.6. Tolerancja pojemności w kodzie literowym dla kondensatorów ≥10pF, w nawiasach dla <10pF

podawana wartość w pF.

Tolerancja [%] Kod Tolerancja [%] Kod

±0,005 E ±2,5 H

±0,01 L ±5 J

±0,02 P ±10 K

±0,05 W ±20 M.

±0,1 (±0,1) B ±30 N

±0,25 (±0,25) C -10...+30 Q

±0,5 (±0,5) D -10...+50 T

±1 (±1) F -20...+50 S

±2 G -20...+80 Z

- 12 -

Tabela 1.7 Napięcie znamionowe w kodzie literowym

Napięcie [V] Kod Napięcie [V] Kod

25 m 250 d

40 (50) l 400 e

63 a 630 f

100 b 1000 h

160 c 1600 i

500 nie oznacza się

Pojemność znamionowa w kodzie literowym w oznaczeniu rodzimym przedstawia się

następująco: litery p, n, μ i m zastępują mnożniki oraz przecinki między cyframi. Np.:

oznaczenie p15 oznacza kondensator 0,15 pF, 33m2 – 33,2 mF, 150p – 150 pF. W

oznaczeniach zachodnich stosuje się następującą regułę (podobną do tej z kodowania

wartości rezystancji w kodzie MIL): dwie pierwsze cyfry są cyframi znaczącymi, a trzecia

oznacza liczbę zer występującą po tych dwóch pierwszych cyfrach. Wartość jest podawana

w pF. I tak np.: 470 oznacza kondensator 47pF, 822 – 8200 = 8,2nF, 125 = 1 200 000 =

1,2μF.

1.3 Cewki indukcyjne

Cewka indukcyjna jest jednym z biernych elementów elektronicznych i

elektrotechnicznych, o parametrach odwrotnych w stosunku do kondensatora.

Cewka składa się z pewnej liczby zwojów drutu lub innego przewodnika nawiniętych np.

jeden obok drugiego na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni

pierścienia (cewka toroidalna). Wewnątrz zwojów może znajdować się dodatkowo rdzeń z

materiału diamagnetycznego lub ferromagnetycznego. Cewka jest elementem inercyjnym,

gromadzi energię w wytwarzanym polu magnetycznym. Podstawowym parametrem cewki

jest indukcyjność, wprost proporcjonalna do kwadratu ilości zwojów, dodatkowo zależna

od rozmiarów i własności rdzenia. Jednostką indukcyjności jest henr, symbol H. Dla prądu

stałego cewka jest zwarciem, dla prądu zmiennego wykazuje pewien opór, w przypadku

cewki nazywany reaktancją, tym większy im większa indukcyjność i częstotliwość prądu.

Reaktancja cewki określona jest wzorem:

XL = 2πfL (1.3.1)

gdzie:

f-częstotliwośćprąduwhercach

- 13 -

L-inducyjnośćcewkiwhenrach.

W przypadku sygnałów sinusoidalnych prąd w cewce wyprzedza o 90 stopni napięcie na

cewce, (stąd 'j' we wzorze na impedancję), impedancja cewki jest wartością czysto

urojoną.

W połączeniu z kondensatorem tworzy obwód rezonansowy, jeden z fundamentalnych

obwodówelektronicznych.

Dla prądu stałego odpowiednikiem indukcyjności jest stała cewki:

C = H / I (1.3.2)

gdzie:

H–natężeniepolamagnetycznego

I-natężenieprądu

1.3.1 Parametry cewek

Najważniejszymi parametrami cewek indukcyjnych jest indukcyjność znamionowa,

dobroć, stała indukcyjności, zakres przestrajania indukcyjności, współczynnik

temperaturowy.

Ponieważ cewki produkuje się do konkretnych zastosowań, indukcyjności znamionowe nie

tworzą szeregów wartości, jak to było w przypadku rezystorów i kondensatorów i nie są

również cechowane.

Dobroć cewki QL jest parametrem określającym jej jakość. Wartość dobroci zależy

głównie od stosunku indukcyjności do rezystancji strat. Dobroć jest tym mniejsza, im

większe są straty w cewce, a więc zależy od rodzaju przewodu, częstotliwości pracy itp.

Cewki dzieli się na:

- cewki o małej dobroci o QL od kilku do kilkudziesięciu;

- cewki o średniej dobroci o QL od kilkudziesięciu do około dwustu:

- cewki o dużej dobroci.

Stała indukcyjności cewki AL = L/Z1 jest wielkością charakteryzującą rdzeń i konstrukcję

cewki, i określa zależność indukcyjności od liczby zwojów (Z).

Zakres przestrajania indukcyjności jest zależny od konstrukcji cewki i rodzaju rdzenia.

Wyrażany jest w procentach. Wynosi on od kilkunastu procent dla cewek z rdzeniami

ekranującymi i dostrojczymi do kilku procent dla cewek posiadających jedynie rdzenie

dostrojcze.

Współczynnik temperaturowy indukcyjności αL wyraża się wzorem

- 14 -

αL = L2 – L1/L × 1/T2 – T1 × 10-6/*C (1.3.3)

gdzie: L2 - indukcyjność w temperaturze T2, L1 - indukcyjność w temperaturze T1,

L -indukcyjność w temp. 23*C. T2 > T1, przy czym T1 lub T2 jest równa 23*C. αL

określa względną zmianę indukcyjności na 1*C.

Kod barwny:

A – identyfikacja MIL

B, C, D – wartość indukcyjna

E – tolerancja.

Cyfra: Cyfra kolor

0 czarny

1 brązowy

2 czerwony

3 pomarańczowy

4 zółty

5 zielony

6 niebieski

7 fioletowy

8 szary

9 biały

przecinek złoty

Mnożnik

X1 czarny

X10 brązowy

X100 czerwony

X1000 pomarańczowy

Tolerancja

± 3 % pomarańczowy

± 5 % złoty

± 10 % srebrny

± 20 % Kolor obudowy

Tolerancja:

±3% - pomarańczowy

±5% - złoty

- 15 -

±10% - srebrny

±20% - kolor obudowy

2. BIERNE BEZZŁĄCZOWE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

2.1. Termistor NTC i PTC

Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezystancja zależna jest silnie od

temperatury materiału oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa - Negative Temperature

Coefficient - termistor posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja

maleje ze wzrostem temperatury. Charakterystykę R(T) termistorów NTC z

wystarczającym w praktyce przybliżeniem opisuje zależność:

Rt = Ro exp B (1/T - 1/To) (2.1.1)

w której T jes temperaturą termistora w kelwinach (K), To jest temperaturą odniesienia

zwykle 298 K (w katalogach elementów często stosuje się indeks 298 lub 25, jako że

temperatura 298 K odpowiada temperaturze 25°C), Ro jest wartością rezystancji termistora

w temperaturze To oraz B jest stałą materiałową termistora mającą wartość 2000-6000 K.

Termistory NTC są zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią

mieszaniny związków chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu i miedzi. Są zmieszane z

plastycznym środkiem wiążącym.

Termistor PTC ma dodatni współczynnik temperaturowy, tzn. jego rezystancja wzrasta

wraz ze wzrostem temperatury. Produkowane są one w podobny sposób jak termistory

NTC, ale ich podstawą jest BaTiO3 oraz SrTiO3, które domieszkuje się z różnymi

związkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu w czasie procesu chłodzenia,

otrzymuje się silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja nieco maleje przy

niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materiału (Tc) - silnie wzrasta.

Temperatura przemiany (Tsw) jest to temperatura, przy której wartość rezystancji równa

jest dwukrotnej wartości rezystancji minimalnej. Termistory PTC produkowane są z

temperaturą Tsw pomiędzy 25 i 160°C (aż do 270°C, o ile są one produkowane jako

elementygrzewcze).

- 16 -

Termistory NTC stosuje się do np. pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji

temperaturowej, opóźnienia czasowego i ograniczenia prądów rozruchu.

2.1.1. Podstawowe parametry termistora NTC i PTC.

Termistor opisywany jest następującymi parametrami:

rezystancja znamionowa (określana dla temp. 25°C),

tolerancja rezystancji znamionowej,

temperaturowy współczynnik rezystancji,

dopuszczalny zakres temperatury otoczenia.

Na przykład termistory NTC maja następujące parametry:

• rezystancja nominalna wynosi od 2,2W do 470 kW;

• tolerancja, w zależności od sposobu wykonania termistora, wynosi ą10% lub ą20%;

• temperaturowy współczynnik rezystancji, określony w temperaturze 25°C, wynosi od -

4,85 do -3%/K z tolerancją ą5% (termistor NTC501 ma tolerancję ą2%);

• dopuszczalna moc, która zależy od wykonania termistora, wynosi od 4,5 do 1500 mW.

Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy

termistora PTC w tej części charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma.

Poniżej pokazane są przykładowe charakterystyki obu typów termistorów:

Rysunek 2.1. Przykładowe charakterystyki termistora NTC i PTC

- 17 -

Bardzo ważne jest, aby nie przekraczać maksymalnego napięcia. Może wówczas nastąpić

przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie można także szeregowo łączyć wielu

termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą wytrzymałość napięciową. Znaczny spadek

napięcia powstanie i tak na jednym termistorze i on właśnie zostanie wtedy uszkodzony.

Termistory PTC stosuje się jako zabezpieczenia przeciwko nadmiernemu prądowi np. w

silnikach elektrycznych, samoregulujących elementach grzewczych, do obwodu

rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających i do

wskazywaniatemperatury.

2.3. Warystory

Warystory są to rezystory wykonane z półprzewodnika, których rezystancja zależy

od napięcia doprowadzonego do ich zacisków.

Warystory mają nieliniową charakterystykę napięciowo – prądową, którą określa wzór:

DIU  (2.3.1.)

w którym:

U – napięcie doprowadzone do warystora,

I – prąd płynący przez warystor,

D – rezystancja, której wartość jest równa spadkowi napięcia na warystorze w

wyniku przepływu prądu stałego o wartości 1A,

β – współczynnik nieliniowości.

2.3.1. Parametry warystorów:

Współczynnik nieliniowości, wyznaczony na podstawie pomiaru spadków napięć (U1, U2)

wywołanymi różnymi prądami (I1, I2),

21

21

21

21

/lg /lg

lglg lglg

II UU

II UU

 

 (2.3.2)

jeśli: 10

2

1  I I

(2.3.3)

- 18 -

to U U1lg

(2.3.4)

wartość β zależy od materiału i technologii wykonania warystora;

napięcie charakterystyczne – spadek napięcia na warystorze, określany dla

stałej wartości prądu płynącego przez niego;

moc znamionowa.

Rys. 2.3. Charakterystyka napięciowo – prądowa warystora.

Warystory wykonuje się z masy złożonej z proszku węglika krzemu (karborundu) i

ceramicznego spoiwa jako spiek.

Produkuje się dwa podstawowe typy warystorów:

walcowe (typu WN) o napięciu charakterystycznym 470 – 1300V,

dyskowe (typu WD) o napięciu charakterystycznym 8 – 330V.

Warystory stosuje się do zabezpieczania obwodów elektrycznych przed przepięciami, do

stabilizacji napięcia, ochrony styków, w układach przetworników częstotliwości itp.

50

100

U

V

mA I

- 19 -

3. ELEMENTY JEDNOZŁĄCZOWE

3.1. Ogólna charakterystyka diod

Dioda półprzewodnikowa to element wykonany z półprzewodnika, zawierającego

jedno złącze – najczęściej p-n z dwiema końcówkami wyprowadzeń.

Złączem nazywa się atomowo ścisły styk dwóch kryształów ciała stałego.

Odległość między stykającymi się obszarami jest porównywalna z odległościami między

atomami w kryształach.

Diody są stosowane w układach analogowych i cyfrowych. W układach

analogowych wykorzystywana jest zależność rezystancji dynamicznej od napięcia lub

prądu wejściowego, lub też zmiany pojemności w funkcji napięcia. W układach cyfrowych

istotne są właściwości przełączające diody.

Diody półprzewodnikowe stosuje się w układach prostowania prądu zmiennego, w

układach modulacji i detekcji, przełączania, generacji i wzmacniania sygnałów

elektrycznych.

Diody klasyfikujemy ze względu na:

 materiał

- krzemowe

- germanowe

 konstrukcję

- ostrzowe i warstwowe

- stopowe i dyfuzyjne

- mesa

- planarne i epiplanarne

 strukturę fizyczną złącza

- p-n

- MS

- Heterozłącza

 zastosowanie

- prostownicze

- 20 -

- uniwersalne

- impulsowe

- stabilitrony – Zenera

- pojemnościowe – warikapy i waraktory

- tunelowe

- mikrofalowe: detekcyjne i mieszające

 przebiegające zjawiska

- Zenera

- Gunna

- lawinowe

- tunelowe

Rys. 5.1. Podział diod ze względu na zastosowanie.

3.2. Diody prostownicze bipolarne

Diody prostownicze są przeznaczone do prostowania napięcia bądź prądu

przemiennego o małej częstotliwości. Prostowanie jest to przetwarzanie prądu

przemiennego na prąd jednokierunkowy.

Diody zaczynają przewodzić dopiero po przekroczeniu pewnej wartości napięcia w

kierunku przewodzenia. Dla diod krzemowych wynosi ona ok. 0,7V, a dla germanowych

ok. 0,3 V. Diody prostownicze są stosowane w układach prostowniczych urządzeń

zasilających, przekształcających prąd zmienny w jednokierunkowy prąd pulsujący. W

KRZEMOWE GERMANOWE

PROSTOWNICZE ŚREDNIEJ I DUŻEJ

MOCY

PROSTOWNICZE ŚREDNIEJ I

DUŻEJ MOCY

DETEKCYJNE FOTODIODY DUŻEJ

LUMINENSCENCYJN IMPULSOWE WARIKAPY I WARAKTORY

ZENERA FOTODIODY

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

MAŁEJ MOCY

MAŁEJ MOCY

MAŁEJ

CZĘSTOTLIWOŚCI

- 21 -

układzie prostowniczym dioda spełnia funkcję zaworu jednokierunkowego. Wykorzystuje

się tutaj właściwość polegająca na różnicy zdolności przewodzenia prądu w kierunku

wstecznym i w kierunku przewodzenia. Przez diodę prostowniczą na ogół płyną duże

prądy w kierunku przewodzenia, dlatego też stosujemy diodę warstwową wykonaną z

krzemu.

Diody prostownicze mają małą rezystancję w kierunku przewodzenia – rzędu

pojedynczych Ω, co pozwala na uzyskanie dużych sprawności prostowania.

Mamy diody prostownicze takie jak:

 diody wysokiego napięcia,

 diody typowe,

 diody mocy,

 diody szybkiej mocy,

 stos diodowy,

3.2.1 Parametry diody prostowniczej

 napięcie przewodzenia – UF, przy określonym prądzie przewodzenia,

 prąd wsteczny – IR, przy określonym napięciu w kierunku zaporowym,

 czas ustalania się prądu wstecznego – t,

 pojemność – C, przy określonym napięciu przewodzenia.

Dopuszczalne (graniczne) parametry:

 maksymalny prąd przewodzenia – I0;

 szczytowe napięcie wsteczne – URWM;

 parametr przeciążeniowy – I2t, podawany dla diod mocy.

Diody prostownicze wykonuje się głównie z krzemu. Wartość prądu płynącego przez

diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia jest 106 – 108 razy większa od wartości

prądu w kierunku zaporowym.

Diody prostownicze ze względu na wydzielaną w nich moc dzielimy na:

 małej mocy – (>1 W),

 średniej mocy – (1 – 10W),

 dużej mocy – (<10 W),

- 22 -

a) b)

c)

Rys. 3.1. Dioda prostownicza.

a) symbol diody prostowniczej, b) charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej –

rzeczywista, c) charakterystyka prądowo – napięciowa diody prostowniczej – aproksymująca.

Gdzie: URWM – maksymalne napięcie wsteczne, UF – napięcie przewodzenia, I0 – maksymalny prąd

przewodzenia.

Diody, przez które płynie prąd o wartości większej niż 10 A mają radiator, który

odprowadza wydzielane ciepło do otoczenia. Gdy zastosowanie radiatora jest

niewystarczające wtedy należy diodę chłodzić wymuszonym opływem powietrza, a nawet

specjalną cieczą. Jeżeli chcemy uzyskać większy prąd przewodzenia przy tym samym

napięciu, to możemy połączyć diody równolegle. Jeśli chcemy mieć dodatkowo jednakowe

prądy płynące przez poszczególne diody, to do każdej z nich dołączamy szeregowo

rezystor o niewielkiej wartości. Jeśli chcemy zwiększyć napięcie wsteczne przy tym

samym prądzie, to w miejsce jednej diody wstawiamy kilka diod połączonych szeregowo.

(+)

(-)

U0

IF

UR URWM

I0

0 UF(I0) UF

IR

IR(URWM)

- 23 -

3.3 Diody unipolarne Schottky’ego

Dioda Shottky’ego jest unipolarnym elementem półprzewodnikowym, w którym

wykorzystuje się właściwości prostownicze złącza metal-półprzewodnik o cechach

zbliżonych do złącza PN. Materiałem półprzewodnikowym, zwykle typu N, jest krzem, na

który nanosi się cienką powłokę metalową (złoto, platynę, pallad lub srebro). Podobnie jak

w złączu PN, powstaje warstwa ładunku przestrzennego tworząca barierę potencjału.

Bariera ta ulega zwężeniu lub poszerzeniu w zależności od biegunowości przyłożonego

napięcia zewnętrznego. Charakterystyka statyczna diody unipolarnej jest podobna do

charakterystyki diody warstwowej.

Rys.3.2 Struktura diody unipolarnej (Schottky); 1-powierzchnia metalizowana, 2-złącze

Rys.3.3 Przykładowa charakterystyka napięciowo - prądowa (dla różnych wartości temperatury złącza)

- 24 -

W porównaniu z diodą warstwową dioda Schottky’ego ma dwie ważne zalety: znacznie

mniejsze (około 0,35 V) napięcie przewodzenia i zdecydowanie mniejszy czas wyłączenia

(około 10 ns), co wynika z braku w stanie przewodzenia ładunku nadmiarowego

tworzonego w otoczeniu strefy złączowej przez nośniki mniejszościowe (o przepływie

prądu decydują tutaj tylko nośniki większościowe). Diody szybkie domieszkowane złotem

wykazują łagodny zanik przebiegu prądu wstecznego (rys.3.7.), co ogranicza wartość

szczytową przepięć. Do zalet diod Schottky’ego należy także duża przeciążalność prądowa

przy impulsach o krótkich czasach trwania.

Główną wadą krzemowych diod unipolarnych jest stosunkowo mała wartość napięcia

przebicia złącza, nieprzekraczająca około 100 V do 200V (a ostatnio 300 V), co wyklucza

je z większości zastosowań w obwodach głównych przekształtników z wyjątkiem urządzeń

niskonapięciowych. Z powodu mniejszych strat mocy wyłączania (w porównaniu z

diodami warstwowymi) znajdują one zastosowanie także w układach o podwyższonej

częstotliwości łączeń oraz w obwodach sterowania PPM. Obszary napięć i prądów

granicznych pokazane są na rys.3.4.

Rys.3.4 Wartości parametrów granicznych diod prostowniczych

- 25 -

Rys.3.5. Porównanie charakterystyk przewodzenia wysokonapięciowych (ok. 900 V) krzemowych diod

prostowniczych łączonych odwrotnie równolegle z przyrządami sterowanymi bramkami MOS ;1-dioda PIN,

2-dioda Schottky, 3-dioda scalona MPS

Rys.3.6 Porównanie charakterystyk U-I w stanie przewodzenia diod prostowniczych (30 A) ; 1-dioda

Schottky, 2-dioda standardowa PIN

Rys.3.7. Porównanie czasów odzyskiwania zdolności zaworowych (trr) dla różnych diod

prostowniczych; A-dioda Schottky, B-dioda szybka domieszkowana złotem o łagodnym

- 26 -

odzyskiwaniu zdolności zaworowej (soft recovery), C-dioda szybka PIN o nagłym

odzyskiwaniu zdolności zaworowej (hard recovery), D-dioda prostownicza standardowa

3.4. Diody stabilizacyjne(STABILITRONY) – diody Zenera

Diody Zenera to diody przeznaczone do stabilizacji lub ograniczenia napięcia.

Diody stabilizacyjne pracują przy polaryzacji w kierunku zaporowym, charakteryzując

niewielkimi zmianami napięcia pod wpływem dużych zmian prądu. Diody te stosuje się w

układach stabilizacji napięć, w ogranicznikach amplitudy, w układach źródeł napięcia

odniesienia itp.

3.3.1 Parametry diody stabilizacyjnej

 napięcie stabilizacji - UZ,

 prąd stabilizacji – IZ,

 napięcie przewodzenia – UF, przy określonym prądzie przewodzenia,

 prąd wsteczny diody – IR, przy określonym napięciu wstecznym,

 rezystancja dynamiczna – rZ, której wartość zmienia się w zależności od

napięcia stabilizacji:

Z

Z Z I

Ur   

(3.4.1.) Rezystancja dynamiczna zależy od wartości napięcia stabilizacji i prądu

stabilizacji. Wynosi ona od kilku do kilkudziesięciu omów. Minimalną

rezystancję dynamiczną mają diody o napięciu stabilizacji UZ = 6 8 V.

 temperaturowy współczynnik napięcia stabilizacji – αUz,

T U

U Z

Z UZ

 

1 constIZ  (3.4.2.)

- 27 -

Zależy od napięcia stabilizacji. Ma wartość ujemną dla diod z

przebiciem Zenera (UZ < 5 V), a dodatnią dla diod z przebiciem lawinowym

(UZ > 7 V).

a) b) c)

d)

Rys. 3.8. Dioda stabilizacyjna:

a) symbol diody stabilizacyjnej, b) Schemat zastępczy.

c) Schemat stabilizatora napięcia z diodą stabilizacyjną.

d) Charakterystyka prądowo – napięciowa diody stabilizacyjnej.Przy czym UZ – napięcie stabilizacji, UF – napięcie przewodzenia, IR – prąd wsteczny,

rZ – rezystancja dynamiczna.

rZ

UZ DZUwe Uwy

(+)

(-)

- 28 -

4. CZYNNE ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE WIELOZŁĄCZOWE

4.1 Tranzystor bipolarny mocy

Tranzystorem bipolarnym zwany też warstwowym, stanowi kombinacją dwóch

półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy

zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są

dziury i elektrony. Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu, rzadziej z

germanu. Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy:

 tranzystory p-n-p

 tranzystory n-p-n

Mogą one być z:

 jednorodną bazą (dyfuzyjny),

 niejednorodną bazą (dryfytowy).

Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice występują tylko w

polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądów.

Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa, co

powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p. W tranzystorze bipolarnym poszczególne

obszary półprzewodnika mają swoją nazwę: Bbaza, E – emiter, C – kolektor. A złącza

nazywa się

 złączem emiterowym (złącze emiter-baza);

 złączem kolektorowym (złącze baza-kolektor).

Struktura półprzewodnikowa tranzystora jest umieszczana w hermetycznie zamkniętej

obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej.

Tranzystory możemy podzielić:

Ze względu na wydzielaną moc, tranzystory dzielimy na:

 Małej mocy – do 0,3 W.

 Średniej mocy – do 5 W.

 Dużej mocy – powyżej 5 W, nawet do 300 W.

Ze względu na maksymalną częstotliwość generacji, tranzystory dzielimy na:

 Małej częstotliwości – do kilkudziesięciu MHz.

 Wielkiej częstotliwości – nawet do kilku GHz.

- 29 -

4.1.1. Parametry tranzystorów.

Parametry statyczne. Parametry określające zależności między prądami i napięciami

stałymi doprowadzanymi do tranzystora – rezystancja rozproszenia bazy, współczynnik

wzmocnienia prądowego, prądy zerowe. Umożliwiają określenie punktu pracy tranzystora.

- Parametry graniczne. Określają dopuszczalne wartości: napięć, prądów,

temperatury i mocy, które mogą wystąpić w tranzystorze, a ich przekroczenie

spowoduje uszkodzenie lub zniszczenie tranzystora.

- Parametry charakterystyczne. To typowe wartości określające tranzystor –

prądy, napięcia. Współczynnik wzmocnienia prądowego, rezystancja bazy,

pojemności złączowe, pulsacja graniczna.

- Parametry maksymalne. Największe wartości prądów lub napięć. W przypadku

przekroczenia określonej wartości gwałtownie pogarszają się pozostałe

parametry tranzystora, ale nie następuje jego uszkodzenie.

- Parametry dynamiczne. Określają właściwości tranzystora w wybranym

punkcie pracy, gdy zostanie on wysterowany przemiennym napięciem lub

prądem – czasy włączenia i wyłączenia tranzystora.

Najważniejsze parametry tranzystorów bipolarnych:

- Wzmocnienie prądowe. W układzie OE przy określonym prądzie kolektora i

napięciu kolektor-emiter;

- Napięcie nasycenia. Przy określonym prądzie bazy i kolektora;

- Prąd zerowy. Przy określonym napięciu kolektor-baza lub

kolektor-emiter;

- Częstotliwość graniczna;

- Pojemność złącza kolektorowego;

- Czas wyłączenia;

- Stała czasowa związana z rezystancją rozproszoną bazy;

- Maksymalna moc wydzielana.

- 30 -

4.1.2. Zastosowanie tranzystorów.

Przy produkcji tranzystorów dąży się do osiągnięcia jak największej wartości iloczynu

wydzielanej mocy i maksymalnej częstotliwości generacji. Dużą wartość wydzielanej

mocy mają tranzystory, których powierzchnia złącza baza-kolektor jest duża. Natomiast

dużą wartością częstotliwości generacji odznaczają się tranzystory o bardzo małej

rezystancji rozproszonej bazy i pojemności złącza kolektorowego oraz o bardzo dużej

częstotliwości granicznej.

Układy elektroniczne z tranzystorami germanowymi mogą być zasilane ze źródeł o

niższym napięciu około 1,5 V, natomiast z tranzystorami krzemowymi mogą być zasilane

ze źródeł o napięciu około 6 V. Tranzystory germanowe mogą pracować w układach, gdzie

pracują przy większych częstotliwościach niż tranzystory krzemowe. Tranzystory

germanowe charakteryzują się mniejszymi napięciami na złączach w stanie przewodzenia i

większymi prądami zerowymi niż tranzystory krzemowe 4.2 Tranzystor unipolarny FET

Tranzystor polowe, nazywane również tranzystorami unipolarnymi, stanowią grupę

kilku rodzajów elementów, których wspólną cechą jest pośrednie oddziaływanie pola

elektrycznego na rezystancję półprzewodnika lub na rezystancję cienkiej warstwy

nieprzewodzącej. Do tej grupy zaliczamy tranzystory, których prąd wyjściowy jest funkcją

pola elektrycznego istniejącego pod wpływem napięcia sterującego wejściowego.

Teoretycznie sterowanie pracą tranzystora polowego może odbywać się bez poboru mocy.

W działaniu elementu udział bierze tylko jeden rodzaj nośników ładunku, stąd nazwa

polowy (unipolarny).

Tranzystory polowe, zwane w skrócie FET (ang. Field Effect Transistor), mają

kanał typu P lub kanał typu N, który może być wzbogacony lub zubożony. W

tranzystorach z kanałem typu N nośnikami prądu są elektrony, a w tranzystorach z kanałem

typu P nośnikami prądu są dziury.

W tranzystorach polowych między elektrodami płynie prąd nośników jednego

rodzaju, prąd nośników większościowych. Wartość prądu przepływającego przez

- 31 -

tranzystor polowy jest zależna od wartości napięcia przyłożonego między źródłem a

drenem oraz od wartości rezystancji kanału, która wyrażona jest wzorem:

hw l

Nq R

 1

 (4.2.1.)

gdzie: , N – ruchliwość i koncentracja nośników w kanale, l, h, w – wymiary kanału.

Tranzystorów polowe dzielimy na:

 Tranzystory polowe złączowe – JFET (ang. Junction FET),

 Tranzystory polowe z izolowaną bramką – IGFET lub MOSFET (ang.

Insulated Gate FET lub Metal Oxide Semiconductor FET).

 Tranzystory polowe cienkowarstwowe TFT (ang. Thin Film Transistor).

W tranzystorach polowych elektrody mają swoją nazwę i określony symbol:

Źródło (ang. Source), oznaczone literą S. Jest elektrodą z której wypływają

nośniki ładunku do kanału. Prąd źródła oznacza się jako Is.

Dren (ang. Drain), oznaczone literą D. Jest elektrodą do której dochodzą

nośniki ładunku. Prąd drenu – ID, napięcie dren-źródło – UDS.

Bramka (ang. Gate), oznaczone literą G. Jest elektrodą sterującą przepływem

ładunków. Prąd bramki – IG, napięcie bramka-źródło – UGS.

4.2.1. Tranzystory polowe złączowe JFET

Tranzystor polowy złączowy składa się zasadniczo z warstwy półprzewodnika typu n – w

tranzystorach z kanałem typu N lub z półprzewodnika typu p – w tranzystorach z kanałem

typu P. Warstwa ta tworzy kanał. Do obu końców kanału dołączone są elektrody. Symbole

graficzne przedstawiono na rysunku 7.1. Tranzystor może być także wzbogacany lub

zubożany.

Tranzystory te należy polaryzować tak, aby:

 nośniki poruszały się od źródła do drenu,

 złącze bramka-kanał było polaryzowane zaporowo.

- 32 -

a) b)

Rys. 4.1. Symbole graficzne tranzystora polowego złączowego JFET.

a) z kanałem typu N, b) z kanałem typu P.

4.2.2. Zasada działania tranzystora polowego JFET

Źródło i dren tranzystora polowego są spolaryzowane tak, aby umożliwić przepływ

nośników większościowych przez kanał w kierunku od źródła do drenu. W tranzystorze z

kanałem typu P od źródła do drenu przepływają dziury, a w tranzystorze z kanałem typu N

od źródła do drenu przepływają elektrony. Złącze bramka-kanał w obu tranzystorach

powinny być spolaryzowane w kierunku zaporowym.

Zasada działania tranzystora polowego JEFT pokazana jest na rysunku 4.2. Jeżeli

napięcie UGS = 0 i UDS ma małą wartość (rys.4.2a), to prąd zmienia się liniowo w funkcji

przykładnego napięcia – tranzystor zachowuje się jak rezystor. Podczas narastania napięcia

UDS złącze kanał-bramka (PN) jest coraz silniej polaryzowane zaporowo, przy czym

polaryzacja ta jest silniejsza w pobliżu drenu (rys4.2b). Przy pewnej wartości napięcia UDS.

= UDssat = Up, następuje zamknięcie (odcięcie) kanału (rys.4.2c) przy drenie.

Dalszy wzrost napięcia powoduje, że kanał jest zamykany coraz bliżej źródła (punkt Y –

Y’). Przyrost napięcia rozkłada się na warstwie zaporowej, nie powodując dalszego

wzrostu prądu. Rozszerza się warstwa zaporowa, czyli zwiększa głębokość jej wnikania w

kanał. Tranzystor wchodzi w stan nasycenia, a prąd przez niego płynący jest prądem

nasycenia.

Ze wzrostem napięcia UGS:

 maleje wartość płynącego przez tranzystor prądu;

 przy mniejszych wartościach napięcia UDS następuje zamknięcie kanału, czemu odpowiada mniejsza wartość prądu nasycenia (rys.4.2b).

D S G

D S G

- 33 -

Rys. 4.2. Zasada działania tranzystora polowego – JFET.

a) brak polaryzacji, b) rozszerzenie się warstwy zaporowej w wyniku przyłożonego napięcia UDS., c) odcięcie

kanału (Y), d) nasycenie tranzystora. Up = UGsoff – napięcie odcięcia kanału.

4.2.3. Parametry i charakterystyki tranzystora polowego JFET

Tranzystory polowe charakteryzują się:

 parametrami statycznymi dla dużych wartości sygnałów,

 parametrami dynamicznymi dla małych wartości sygnałów.

Właściwości statyczne tranzystora polowego opisują rodziny charakterystyk przejściowych

i wyjściowych.

Charakterystyki tranzystora złączowego:

- charakterystyka przejściowa – przedstawia zależność prądu drenu ID od

napięcia bramka-źródło UGS, przy ustalonej wartości napięcia dren-źródło UDS

(rys.4.3). Charakterystyki przejściowe zależą od temperatury.

Wielkościami charakterystycznymi krzywych są:

1. Napięcie odcięcia bramka-źródło UGS(off). Jest to napięcie jakie należy

doprowadzić do bramki, aby przy ustalonym napięciu UDS nie płynął prąd

drenu.

- 34 -

2. Prąd nasyceniaIDSS. Jest to prąd płynący przy napięciu UGS = 0 i określonym

napięciu UDS.

Rys. 4.3. Charakterystyka przejściowa tranzystora złączowego.

- Charakterystyka wyjściowa. Przedstawia zależność prądu drenu ID od napięcia dren-

źródło UDS, przy stałym napięciu bramka-źródło UGS (rys.4.4).

Rys.4.4. Charakterystyka wyjściowa tranzystora złączowego.

a – odpowiada stanowi z rys.7.2a, b – odpowiada stanowi z rys.7.2b,

c – odpowiada stanowi z rys.7.2c, d – odpowiada stanowi z rys.7.2d.

Parametry statyczne:

 prąd wyłączenia ID(off),

 rezystancja statyczna włączenia RDS.(on),

 rezystancja wyłączenia RDS.(off),

 prądy upływu.

- 35 -

Parametry graniczne:

 dopuszczalny prąd drenu IDmax (od kilku do kilkudziesięciu miliamperów),

 dopuszczalny prąd bramki IGmax,

 dopuszczalne napięcie dren-źródło UDsmax (od kilku do kilkudziesięciu woltów)

lub bramka-źródło UGsmax,

 dopuszczalne straty mocy Ptotmax PDmax (od kilkudziesięciu do kilkuset

miliwoltów).

4.3. Tranzystor unipolarny MOSFET

Tranzystor z izolowaną bramką (rys. 4.6) jest to najczęściej tranzystor o konstrukcji

MIS (MOS) z kanałem typu N lub typu P, izolowanym od bramki warstwą dielektryka.

Rys. 4.6. Zasada działania tranzystora z izolowaną bramką. a) zakres liniowy, b)odcięcie kanału, c) nasycenie tranzystora. B – podłoże.

4.3.1. Zasada działania tranzystora MIS (MOS)

Zasadę działania tranzystora MIS (MOS) omówimy na przykładzie najczęściej spotykanej

polaryzacji, tj. przy zwartym źródle i podłożu. Jeżeli do bramki zostanie przyłożone

napięcie dodatnie, to powstanie kanał wzbogacony, a jeśli ujemne, to powstanie kanał

zubożony. W tranzystorze z kanałem wzbogaconym, wzrost napięcia UGS powyżej

wartości napięcia progowego UT powoduje powstanie kanału.

- 36 -

Napięcie progowe UT jest to napięcie, jakie należy przyłożyć do bramki, aby powstała

warstwa inwersyjna.

Każdy następny przyrost napięcia UGS powoduje przyrost ładunku wprowadzanego przez

bramkę, który jest kompensowany ładunkiem nośników powstającego kanału. W

tranzystorze z kanałem zubożonym, wzrost napięcia UGS powoduje silniejsze zubożenie

kanału, aż wreszcie przy pewnej jego wartości, równej tzw. napięciu odcięcia UGsoff, kanał

zanika.

Jeżeli napięcia UDS i UGS będą porównywalne, to prąd drenu będzie zależny liniowo od

napięcia UDS – kanał pełni wówczas funkcję rezystora liniowego (rys. 4.6a). Dalszy wzrost

napięcia UDS powoduje, tak jak w tranzystorze złączowym, spadek napięcia na rezystancji

kanału. W okolicy drenu następuje zmniejszanie inwersji, aż do całkowitego jej zaniku.

Mówimy wtedy o odcięciu kanału. Wartość napięcia UDS, przy której następuje odcięcie

kanału nazywamy napięciem nasycenia (rys. 4.6b).

TGSDS UUU sat  ;

Dalszy wzrost napięcia UDS nie powoduje już wzrostu prądu drenu, ale wpływa na odcięcie

kanału bliżej źródła. Mówimy wówczas, że tranzystor pracuje w stanie nasycenia (rys.

4.6c).

Tranzystor MOSFET to tranzystor polowy, w którym bramka jest oddzielona od

kanału cienką warstwą izolacyjną, najczęściej utworzoną z dwutlenku SiO2. Dzięki

odizolowaniu bramki, niezależnie od jej polaryzacji, teoretycznie nie płynie przez nie

żaden prąd. Praktycznie w tranzystorach JEFT prądy bramki są rzędu 1pA  10nA, a w

tranzystorach MOSFET ok. 103 razy mniejsze. Dlatego też w tranzystorach JEFT możemy

uzyskać rezystancję wejściową układu równą 109  1012 , a w przypadku tranzystorów

MOSFET rezystancja wejściowa jest równa 1012  1016 .

W zależności od zjawisk fizycznych i od polaryzacji bramki, w tranzystorze tym

może powstawać:

- Kanał indukowany. Kanał w postaci warstwy inwersyjnej, np. kanał typu N ma

bardzo dużo elektronów, a mało dziur.

- Kanał wbudowany. Kanał w postaci warstwy akumulacyjnej wzbogacanej, np.

kanał typu N ma dużo dziur i bardzo dużo elektronów, lub zubożonej, np. kanał

typu N ma mało elektronów i mało dziur. Są one inaczej określane jako

- 37 -

warstwy domieszkowane o przeciwnym typie przewodnictwa w stosunku do

podłoża.

W tranzystorach z kanałem wbudowanym przy napięciu UGS = 0 płynie pewien prąd, który

zmniejsza się przy zwiększaniu napięcia sterującego bramki. Takie tranzystory nazywa się

tranzystorami normalnie złączonymi lub pracującym na zasadzie zubożania nośników w

kanale (tranzystory z kanałem zubożanym).

W tranzystorach z kanałem indukowanym, gdy do bramki doprowadzi się napięcie ujemne

w stosunku do podłoża, wówczas źródło zostaje oddzielone od drenu dwoma przeciwnie

spolaryzowanymi złączami p-n. Jest to tzw. stan akumulacji. Prąd źródło-dren stanowi

wtedy prąd wsteczny jednego ze złączy. Ma on znikomo małą wartość. Mały prąd płynie

także przy UGS = 0. Dlatego też te tranzystory nazywane są tranzystorami normalnie

wyłączonymi.

Gdy do bramki doprowadzi się napięcie dodatnie w stosunku do podłoża, wówczas po

przekroczeniu pewnej wartości, tzw. napięcia progowego UT, przy powierzchni

półprzewodnika powstaje warstwa przeciwnego typu niż półprzewodnik stanowiący

podłoże. Jest to warstwa inwersyjna. Warstwa ta stanowi zaindukowany kanał, który po

doprowadzeniu napięcia polaryzującego źródło-dren – umożliwia przepływ prądu od

źródła do drenu. Ze wzrostem napięcia UGS prąd drenu wzrasta. Tranzystory te nazywane

tranzystorami z kanałem wzbogaconym.

Tranzystory z kanałem zubożanym i tranzystory z kanałem wzbogacanym mogą mieć

kanały typu N lub typu P. Istnieją cztery podstawowe rodzaje tranzystorów z izolowaną

bramką (tab.4.1).

- 38 -

Tabela 4.1 Rodzaje tranzystorów z izolowaną bramką.

4.3.2.Charakterystyki tranzystorów MOSFET

Podstawowymi charakterystykami tranzystora MOSFET są:

- Charakterystyka przejściowa. Zależność prądu drenu od napięcia bramka-

źródło, przy stałym napięciu źródło-dren.

- Charakterystyka wyjściowa. Zależność prądu drenu od napięcia źródło-dren,

przy stałym napięciu bramka-źródło.

Można je wyrazić następującymi zależnościami:

- w zakresie liniowym prąd drenu ma postać:

   

  

 

2

2 DS

DSTGSD UUUUI

(4.2.1.) - w zakresie nasycenia prądu drenu ma postać:

 2 2 TGSD

UUI   (4.2.2.)

- 39 -

przy czym:  - współczynnik transkonduktancji (parametr zależny od właściwości

tranzystora), UT – napięcie progowe.

Tranzystory MOSFET charakteryzują się tymi samymi parametrami, co tranzystory JEFT.

Tranzystory MOSFET mają czwartą elektrodę – podłoże, oznaczone symbolem B. Spełnia

ona podobną rolę sterującą jak bramka. Jest ona oddzielona od kanału tylko złączem p-n.

Gdy nie korzysta się z funkcji podłoża, wówczas łączy się je ze źródłem. Połączenie to

może być wykonane wewnątrz obudowy i wtedy nie ma wyprowadzenia na zewnątrz. Jako

zalety tranzystorów polowych możemy wyszczególnić następujące właściwości:

 duża rezystancja wejściowa,

 małe szumy w porównaniu z tranzystorami bipolarnymi (w zakresie małych i

średnich częstotliwości),

 możliwość autokompensacji temperaturowej,

 odporność na promieniowanie,

 małe wymiary powodują, że są one coraz powszechniej stosowane w układach

analogowych i cyfrowych.

Tranzystory mogą pracować w trzech podstawowych konfiguracjach:

1. Układ o wspólnym źródle – OS.

2. Układ o wspólnej bramce – OG.

Układ o wspólnym drenie – OD.

4.4. Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką IGBT (BIMOS)

Tranzystor IGBT (z ang. Insulated Gate Bipolarne Transistor)- jest tranzystorem

bipolarnym z izolowaną bramką, sterowanym napięciem, który charakteryzuje się wysoką

impedancją wejściową, niskim napięciem UCE(SAT) oraz niską stratą mocy przy

przełączaniu.

Do zalet tranzystorów IGBT należy zaliczyć także wysoką niezawodność, stabilną

konstrukcje i możliwość minimalizacji urządzeń. Tranzystory IGBT mogą być stosowane

w układach ze złożonym obciążeniem indukcyjnym., w układach sterujących średniej i

dużej mocy oraz różnego rodzaju przetwornicach (AC/DC, DC/DC)

Do podstawowych parametrów należą:

UCE- napięcie kolektor emiter

- 40 -

UQE- napięcie bramka emiter

ICM- maksymalny prąd kolektora w impulsie

T(ON)[ns]- czas załączenia

T(OFF)[ns]- czas wyłączenia

P max[W]- moc maksymalna

5. ELEMENT PRZEŁĄCZNIKOWE

5.1. Diaki

Konstrukcja diaka przypomina tranzystor NPN (bez wyprowadzenia bazy).

Rys.5.1 Konstrukcja i symbol diaka

Struktura analogiczna do tranzystora bipolarnego zapewnia wysoką impedancję w stanie

blokowania, aż do punktu napięcia przebicia (VBO) powyżej którego, element wchodzi

w obszar tzw. ujemnej rezystancji tzn. wraz ze wzrostem prądu maleje napięcie na nim.

5.1.1. Parametry diaków

tabela 5.1. Parametry diaków

Parametry statyczne

PG(AV) (Average Gate Power Dissipation)

Średnia moc rozpraszana w bramce

jest to wartość mocy rozpraszanej (traconej) w obwodzie bramka - końcówka robocza MT1 (lub katoda) średnio za okres przebiegu.

IBO (Breakover Current) Prąd przełączenia/załączenia

prąd główny (roboczy) w momencie (punkcie) przełączenia pod wpływem przekroczenia napięcia blokowanego (wartości VBO). Analogicznie VBO (Breakover Voltage) - napięcie przełączenia.

IGT Prąd bramki (w stanie ustalonym) Minimalna wartość prądu bramki

- 41 -

(Gate Trigger Current) wymagana do podtrzymania przewodzenia elementu Analogicznie napięcie UGT

IH (Holding Current)

Prąd podtrzymania przewodzenia zaworu

Minimalna wartość prądu głównego elementu niezbędna do utrzymania go w stanie przewodzenia

IL (Latching Current) Prąd załączenia

Minimalny prąd główny (roboczy) wymagany do podtrzymania stanu przewodzenia zaworu zaraz po przełączeniu ze stanu blokowania i zaniku sygnału wyzwalającego (np. bramkowego)

IT, UT On-State Current, On-State Voltage

Prąd/Napięcie tyrystora w kierunku przewodzenia

Prąd/Napięcie główn(y/e) tyrystora w stanie przewodzenia

PGM Peak Gate Power Dissipation

Maksymalna moc rozproszenia bramki

Maksymalna moc która może być rozproszona w obwodzie bramka - MT1 (lub katoda) w określonym czasie

* wartości chwilowe oznacza się małymi literami np. iT, uT Parametry dynamiczne

tq (Circuit-Commutated Turn-Off Time)

Czas odzyskiwania właściwości zaworowych

przedział czasu pomiędzy chwilą kiedy prąd główny zmalał do zera (po przełączeniu napięcia) a momentem kiedy tyrystor jest zdolny blokować napięcie znamionowe bez załączania się (samoitnego)

di/dt Critical Rate-of-Rise of On-State Current (di/dt)

Stromość przyrostu prądu w czasie

Maksymalna wartość przyrostu prądu, jaką element może wytrzymać bez uszkodzenia

tgt (Gate-Controlled Turn-On Time)

Czas odpowiedzi na impuls bramkowy

Przedział czasu od określonego punktu na początku impulsu bramkowego do momentu kiedy prąd (napięcie) osiągnie wartość ustaloną (w trakcie załączania/wyłączanie zaworu)

5.2.Triaki

Uproszczoną strukturę blokową przedstawia poniższy rysunek.

Rys.5.2 Konstrukcja i symbol triaka

- 42 -

Działanie triaka jest analogiczne do przeciwsobnego połączenia dwóch

tyrystorów (SCR) - rysunek 5.3.

Rys.5.3. Schemat zastępczy triaka oparty na podstawie dwóch tyrystorów SCR

Na rysunku bramki tyrystorów pokazane są oddzielnie dla każdego tyrystora.

Triak posiada tylko jedną bramkę - włączenie następuje niezależnie od

polaryzacji (w przeciwieństwie do tyrystora, który może być załączony tylko

jeśli potencjał anody jest większy od potencjału katody).

Triak działa w obu kierunkach polaryzacji i zachowuje się jak tyrystor w

dodatniej części swojej charakterystyki (stan blokowania bądź przewodzenia)

- charakterystyka triaka jest symetryczną względem początku układu

charakterystyką tyrystora:

5.2.1. Parametry triaków

Parametry statyczne

PG(AV) (Average Gate Power Dissipation)

Średnia moc rozpraszana w bramce

jest to wartość mocy rozpraszanej (traconej) w obwodzie bramka - końcówka robocza MT1 (lub katoda) średnio za okres przebiegu.

IBO (Breakover Current) Prąd przełączenia/załączenia

prąd główny (roboczy) w momencie (punkcie) przełączenia pod wpływem przekroczenia napięcia blokowanego (wartości VBO). Analogicznie VBO (Breakover Voltage) - napięcie przełączenia.

IGT (Gate Trigger Current) Prąd bramki (w stanie ustalonym)

Minimalna wartość prądu bramki wymagana do podtrzymania przewodzenia elementu Analogicznie napięcie UGT

IH (Holding Current)

Prąd podtrzymania przewodzenia zaworu

Minimalna wartość prądu głównego elementu niezbędna do utrzymania go w stanie przewodzenia

IL (Latching Current) Prąd załączenia

Minimalny prąd główny (roboczy) wymagany do podtrzymania stanu przewodzenia zaworu zaraz po przełączeniu ze stanu blokowania i zaniku sygnału wyzwalającego (np. bramkowego)

- 43 -

IT, UT On-State Current, On-State Voltage

Prąd/Napięcie tyrystora w kierunku przewodzenia

Prąd/Napięcie główn(y/e) tyrystora w stanie przewodzenia

PGM Peak Gate Power Dissipation

Maksymalna moc rozproszenia bramki

Maksymalna moc która może być rozproszona w obwodzie bramka - MT1 (lub katoda) w określonym czasie

* wartości chwilowe oznacza się małymi literami np. iT, uT Parametry dynamiczne tq (Circuit-Commutated Turn-Off Time)

tq (Circuit-Commutated Turn-Off Time)

tq (Circuit-Commutated Turn-Off Time)

di/dt Critical Rate-of-Rise of On-State Current (di/dt)

di/dt Critical Rate-of-Rise of On-State Current (di/dt)

di/dt Critical Rate-of-Rise of On-State Current (di/dt)

tgt (Gate-Controlled Turn-On Time)

tgt (Gate-Controlled Turn-On Time)

tgt (Gate-Controlled Turn-On Time)

5.3 tyrystory

Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym krzemowym składającym się z 4 warstw w

układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do

warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłaczone do

warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy

środkowej – bramką (G, od ang. gate=bramka). Tyrystor przewodzi w kierunku od anody

do katody. Jeżeli anoda ma dodatnie napięcie względem katody, to złącza skrajne typu p-n

są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze środkowe n-p w kierunku

zaporowym. Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, dopóty tyrystor praktycznie

nie przewodzi prądu. Doprowadzenie do bramki dodatniego napięcia względem katody

spowoduje przepływ prądu bramkowego i właściwości zaporowe środkowego złącza

zanikają w ciągu kilku mikrosekund; moment ten nazywany bywa "zapłonem" tyrystora

(określenie to pochodzi z czasów, kiedy funkcję tyrystorów pełniły lampy elektronowe -

gazotrony, w których przewodzenie objawiało się świeceniem zjonizowanego gazu.

5.3.1.Parametry i charakterystyki tyrystorów

Obwodem głównym tyrystora nazywamy obwód prądowy, w którym są włączone

główne elektrody tyrystora: anoda i katoda. W obwodzie tym płynie prąd.

Charakterystyka napięciowo -prądowa (główna) tyrystora (rys. 5.4) ilustruje trzy

omówione stany pracy przy polaryzacji przepustowej: stabilny stan blokowania,

niestabilny stan przełączania, stabilny stan przewodzenia oraz stan zaporowy

przy polaryzacji wstecznej. Jak widać tyrystor jest elementem nieliniowym o

- 44 -

rezystancji dodatniej w stanach blokowania i przewodzenia oraz ujemnej w

stanie przełączania.

Rys. 5.4. Charakterystyka napięciowo-prądowa obwodu głównego tyrystora:a-bez prądu bramki, b-z prądem bramki, 1-charakterystyka w stanie przewodzenia, 2-charakterystyka w stanie blokowania, 3-charakterystyka w stanie zaporowym, 4-obszar przebicia, 5-prąd podtrzymania, 6-prąd włączania, 7-aproksymacja prostoliniowa w stanie przewodzenia, 8- napięcie progowe, 9-rezystancja dynamiczna w stanie przewodzenia, 10-napięcie przełączania, 11-prąd przełączania, 12-napięcie przebicia

Stan blokowania - charakteryzują współrzędne UD, ID punktu szczytowego

( U ID D0 0, - bez prądu bramki) odpowiadającego przełączaniu, tj. napięcie

przełączania i prąd przełączania. Prąd przełączania odpowiadający przejściu ze

stanu blokowania do stanu przewodzenia nosi nazwę prądu włączenia IL.

Natomiast prąd przełączania odpowiadający przejściu ze stanu przewodzenia do

stanu blokowania nosi nazwę prądu podtrzymania IH.

Podstawowym parametrem charakteryzującym stan przewodzenia jest największy

prąd przewodzenia. Stan polaryzacji wstecznej tyrystora nazywa się stanem

zaporowym (stan zaporowy przy polaryzacji wstecznej). W stanie tym płynie

- 45 -

przez tyrystor niewielki prąd wsteczny pod warunkiem nieprzekroczenia

największego szczytowego napięcia wstecznego U Rmax .

Parametry i charakterystyki obwodu bramki.

Złącze bramka - katoda ma na ogół słabe właściwości prostujące (rys. 5.5).

Charakteryzuje się ono również stosunkowo małym napięciem przebicia

lawinowego przy polaryzacji wstecznej.

Rys.5. 5. Charakterystyka napięciowo-prądowa obwodu bramki

Ponieważ charakterystyki bramkowe wskazują stosunkowo duży rozrzut

technologiczny, katalogowe charakterystyki napięciowo-prądowe bramki

tyrystora przedstawione są zawsze w postaci dwóch krzywych granicznych

(rys.5.6), między którymi powinna leżeć charakterystyka dowolnie wybranego

egzemplarza tyrystora danego typu.

- 46 -

Rys. 5.6. Układ zastępczy źródła sygnałów sterujących (a), sposób wyznaczania prostej obciążenia oraz obszary pracy obwodu bramki (b)

Tabela 5.1. Oznaczenia:

U Bmax największe szczytowe napięcie przewodzenia bramki

IBmax największy szczytowy prąd przewodzenia bramki

U Bz napięcia przełączające (wyzwalające) bramki

IBz prąd przełączający (wyzwalający) bramki

P hiperbola dopuszczalnej straty mocy w bramce

p prosta obciążenia obwodu bramkowego

 j temperatury złącza bramka-katoda

A obszar niemożliwych przełączeń tyrystora. Na rys. 6b podana jest również

największa wartość napięcia i prądu bramki U IB B0 0, , która nie spowoduje włączenia ani jednego tyrystora danego typu.

B obszar możliwych przełączeń tyrystora lub tzw. obszar niepewnego

wyzwalania. Proste pionowe i poziome, które przecinają ten obszar,

wyznaczają minimalną wartość prądu i napięcia bramki niezbędną do

wyzwolenia tyrystora przy określonej temperaturze struktury. Im niższa jest

temperatura struktury p-n-p-n, tym wyższa jest wartość wyzwalającego

prądu i napięcia bramki.

C obszar pewnych przełączeń (pewnego wyzwalania).

- 47 -

Zastosowanie tyrystorów

Tyrystory znalazły zastosowania w wielu dziedzinach. Jako sterowniki prądu stałego są

stosowane w stabilizatorach napięcia stałego i w automatyce silników prądu stałego. Jako

sterowniki prądu przemiennego – w automatyce silników indukcyjnych i w technice

oświetleniowej. Jako łączniki i przerywacze prądu stałego i przemiennego – w automatyce

napędu elektrycznego, układach stabilizacji napięcia i w technice zabezpieczeń. Jako

przemienniki częstotliwości – w automatyce silników indukcyjnych, technice

ultradźwięków oraz jako układy impulsowe – w generatorach odchylenia strumienia

elektronowego w kineskopach telewizorów kolorowych, w urządzeniach zapłonowych

silników spalinowych.

5.3.2. Zalety i wady tyrystorów

Zalety:

małe rozmiary

niewielka masa

duża odporność na wstrząsy i narażenia środowiskowe i możliwość pracy w temp. –65°C

do +125°C

mały spadek napięcia na elemencie przewodzacym rzędu 0,6 – 1,6 V

krótki czas przejścia ze stanu zaporowego w stan przewodzenia i na odwrót

Wady:

jednokierunkowe przewodzenie (nie dotyczy tyrystora dwukierunkowego - triaka

"wygasanie" tyrystora po zaniku prądu przewodzenia, wymagające ponownego "zapłonu"

prądem bramki (wada ta wykorzystywana bywa i w niektórych zastosowaniach staje się

zaletą)

5.4 Fototyrystor

Fototyrystorem nazywamy tyrystor umieszczony w specjalnej obudowie, umożliwiającej

oddziaływanie promieniowania świetlnego na jego przełączanie ze stanu blokowania do

przewodzenia.

- 48 -

a) b)

Rys. 5.7. Symbole graficzne fototyrystora.

Im większe jest napięcie anoda – katoda fototyrystora, tym moc promieniowania potrzebna

do przełączenia jest mniejsza. Istotną cechą fototyrystora jest to, że po przełączeniu w stan

przewodzenia, utrzymuje się w nim nawet po zaniku impulsu świetlnego. Wykonywane są głównie z krzemu i wykorzystywane jako np. fotoelektryczne przekaźniki

A

G K K

G

A

- 49 -

LITERATURA

1. Andrzej Ksiązkiewicz - „Elementy i podzespoły elektroniczne - poradnik warsztatowy”

2. „Elektronika dla wszystkich” 1, 2 / 96 - Piotr Górecki „Rezystory cz. 1 i 2”

3. Paul Horowitz, Winfield Hill - „Sztuka elektroniki” (oryginalny tytuł: „The Art of

Electronics” tłumaczenie: Bogusław i Grażyna Kalinowscy)

4. Elektronika dla wszystkich” 5/96, artykuł „Kondensatory stałe cz. 3” Piotra

Góreckiego;

5. „Poradnik warsztatowy – Elementy i podzespoły elektroniczne” – Andrzej Ksiązkiewicz

6. Katalog Elfa 2004

7. Katalog TME 2004

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.