Основные схемы включения полупроводниковых диодов

Для увеличения среднего прямого тока (I_пр) используют параллельное включение диодов с выравнивающими элементами.

При параллельной работе диодов из-за несовпадения их ВАХ, токи в них распределяются неравномерно (в одном из них будет преобладать средневыпрямленный ток ). Это может привести к выходу из строя одного из диодов.

Для выравнивания токов используются дополнительные элементы: для средней мощности – резисторы, для большой мощности - уравнительный реактор.

Под действием токов ( ), протекающих по обмоткам W₁, W₂, в них наводится ЭДС. За счет разностного тока образуется поток Ф, который вызывает появление ЭДС самоиндукции. Там, где произошло превышение тока, ЭДС самоиндукции уменьшает скорость его нарастания, а где уменьшение –засчет ЭДС взаимоиндукции ток увеличивается.

Для увеличения U_обр диоды включают последовательно с выравнивающими элементами.

Для выравнивания напряжений (U_обр), в маломощным выпрямителях, последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, величина сопротивлений которых в несколько раз меньше обратного сопротивления диода. Для выпрямителей большой мощности этот способ выравнивания обратных напряжений не пригоден из- за больших потерь в резисторах. Поэтому для мощных выпрямительных устройств применяют реактивные делители напряжения.

11. Приборы отображения информации: назначение, принцип работы.

Любые средства вычислительной техники, от больших ЭВМ до микрокалькуляторов, обязательно снабжены устройствами отображения информации. Возьмем простой микрокалькулятор. Проводя, к примеру, сложение чисел, мы последовательно нажимаем на клавиши, и на экране мгновенно загораются соответствующие десятичные цифры и символы. Это позволяет нам контролировать вводимую информацию, чтобы избежать возможных ошибок. После того как слагаемые введены в микрокалькулятор и дана команда произвести сложение, экран очищается от входной информации и на нем высвечивается результат. Таким образом вычислительное устройство дает нам ответ через свой экран, являющийся средством отображения информации.

Находясь в кабине скоростного лифта, можно видеть, как на маленьком экране все время меняется число, указывающее номер этажа, - это тоже устройство отображения информации. Информировать о работе электронного блока может даже единичная светящаяся точка, у которой лишь два состояния: горит или погашена. Соответственно это может указывать: включен или не включен, исправен или неисправен, принял информацию или не принял и так далее.

Возьмем пример посложнее - электронные весы. Здесь вычислительное устройство снабжено как минимум двумя многоразрядными индикаторами, информирующими покупателя о том, сколько стоит 1 кг выбранного продукта и какова стоимость всей покупки.

Электронные часы могут одновременно показывать текущее время, день недели, число и месяц.

Для отображения информации создано множество разнообразных приборов. Экраны малых клавишных ЭВМ могут высвечивать отдельные буквы, слова, простейший текст. Существуют мнемонические экраны, на которых отдельные светящиеся элементы - условные знаки обозначают определенные агрегаты или машины. Такой экран, управляемый компьютером, может информировать специалистов о работе сложных систем. Графические экраны служат для отображения всевозможных графиков: кривых линий, прямоугольных столбиков, горизонтальных шкал. Наконец, самыми емкими в информационном отношении являются телевизионные экраны, которые в настоящее время строятся исключительно на основе кинескопов - электронно-лучевых трубок. Но уже существуют лабораторные образцы плоских цветных экранов, работающих на основе плазменного свечения и на жидких кристаллах. Возможно создание таких экранов и на полупроводниковых материалах.

Немалое значение при отображении информации имеет цвет. Существуют моноцветные (одноцветные) экраны, многоцветные (три или четыре, иногда пять цветов) и цветные, на которых возможно получить любой из спектральных тонов.

Элементы, используемые для отображения информации, могут быть активными, то есть самостоятельно излучать свет, или пассивными - в этом случае они имеют отражательные свойства или окраску. Первые могут работать как на свету, так и в темноте. Вторые только при наличии освещения, в темноте их необходимо подсвечивать (таковы, например, жидкокристаллические и электрохромные индикаторы).

Полупроводниковые элементы отображения информации являются активными. В них излучение света происходит при протекании прямого тока через полупроводниковый р-n переход светодиода за счет рекомбинации свободных носителей тока - электронов и дырок. Для изготовления светодиодных структур применяют фосфид галлия, карбид кремния, галлий-алюминий-мышьяк. Для большей эффективности излучения в исходный материал вводят легирующие добавки: цинк, кислород или азот.

Работа некоторых светоизлучающих приборов основана на двойном преобразовании энергии. Вначале в полупроводнике электрическая энергия преобразуется в инфракрасное излучение, а затем в люминофоре, которым покрыт прозрачный пластмассовый корпус прибора, происходит преобразование инфракрасного излучения в видимый свет.

Промышленность выпускает следующие виды полупроводниковых элементов отображения информации: точечные излучатели света (светоизлучающие диоды), светящиеся элементы различной геометрической формы, линейные шкалы, цифро-буквенные индикаторы, модули плоских экранов.

Светоизлучающие диоды применяются в основном как элементы индикации включения, готовности аппаратуры к работе, наличия напряжения питания в блоке, аварийной ситуации и т. д. Дискретные светодиоды в пластмассовых корпусах применяются также для набора матриц и линейных шкал, предназначенных для отображения крупноразмерной цифровой и линейно изменяющейся информации. Точечные излучатели света с направленным излучением серий АЛ102, АЛ360, ИПД04, КЛД901 выпускаются со стеклянной линзой, приборы серий АЛ307, КИПД01, КИПД02, КИПДОб, КИПД06 имеют прозрачные пластмассовые корпуса и потому обладают свойством рассеивать свет.

Разновидностью светодиодов является прибор с управляемым цветом свечения (АЛС331А), обладающий двумя светоизлучающими переходами. Один из них имеет резко выраженный максимум спектральной характеристики в красной части спектра, другой - в зеленой. При совместной работе обоих переходов цвет результирующего излучения зависит от соотношения токов через переходы.

12. Биполярные транзисторы: устройство и принцип работы.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора

Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния иарсенида галлия. Последние транзисторы используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам - большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность экстракции неосновных носителей заряда в коллектор и т.к. в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, что увеличивает тепловыделение, способствует отводу тепла от коллектора), поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора^[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны, и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (I_э=I_б + I_к). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

13. Биполярные транзисторы: основные режимы работы.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора