Конденсаторы постоянной емкости

Слюдяные конденсаторы

Имеют высокие электрические показатели, выпускаются на большие напряжения (от 100 до 1500 В), сравнительно громоздки. Номинальная емкость от 51 до 10.000 пФ. Сопротивление изоляции 7,7‑50 ГОм. Обозначения: КСО, СГМ.

Керамические конденсаторы

Имеют высокие электрические показатели, сопротивление изоляции – 5‑10 ГОм, имеют большую удельную емкость и малую стоимость. Пределы номинальной емкости от 0,47 до 2.200.000 пФ. Номинальное напряжение от 5 до 750 В. Обозначения – КЛГ, КЛС, КМ, КД, КДО, КДУ, КО, КТ, КТП, К10-23 и т.д.

Стеклянные конденсаторы

Это стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые конденсаторы, сопротивление изоляции 10‑50 ГОм и более, удельная емкость такая же, как у керамических, номинальная емкость от 2,2 до 120.000 пФ, номинальное напряжение от 25 до 1000 В. Обозначения – К21У-2, К21-7, СКМ-Т и т.д.

Металлобумажные конденсаторы

Имеют высокую удельную емкость, пределы номинальной емкости – от 100 пФ до 22 мкФ, отличаются сравнительно высокой точностью – отклонения не более 20 %, номинальное напряжение до 160 В. Обозначения – МБМ.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Характеризуются большим сопротивлением изоляции – до 10⁵ ГОм, высокой температурной стабильностью. Конденсаторы с фторопластовым диэлектриком могут работать до температуры 200 С (обычная верхняя граница температура работы конденсаторов – до 100-125 С). Обозначения - ПМ, К70-7, К73П-3, К77-2. Номинальная емкость – до 10.000 пФ

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы

Имеют относительно малые размеры, большие токи утечки и большие потери. Являются полярными конденсаторами, в связи с чем используются только в цепях постоянного и пульсирующего токов. Изготавливаются и неполярные электролитические конденсаторы. Чаще всего используются в фильтрах выпрямителей, в качестве блокирующих и развязывающих в низкочастотных цепях и как переходные в низкочастотных усилителях. Обычное номинальное напряжение до 250 В, номинальная емкость до 2000 мкФ и более. Обозначения – КЭ-М, КЭ-ПМ, ЭГЦ-М, ЭМ-ОМ, К50‑3, ЭТ, ЭТН, К52-2, К53-7.

Конденсаторы подстроечные и переменной емкости

Подстроечные применяются в колебательных контурах для точной подгонки резонансных частот. Конденсаторы с переменной емкостью применяются в основном в радиоаппаратуре для настройки колебательных контуров на частоты радиостанций.

Резисторы.

По виду вольтамперной характеристики разделяются на линейные (постоянного и переменного сопротивления) и нелинейные, у которых в качестве токопроводящего слоя применяются полупроводниковые материалы.

По конструкции разделяются на проволочные, объемные и пленочные, по материалу резистивного слоя – на пленочные, углеродные, металлопленочные, металлоокисные, металлодиэлектрические, композиционные и полупроводниковые. По применимости – на резисторы общего и специального назначения, к которым предъявляются высокие требования по точности изготовления и стабильности параметров.

Внешний вид резисторов и условные обозначения см. на рис. 5.

Номинальное сопротивление резистора должно соответствовать одному из рядов, как и емкость конденсатора. Фактическое сопротивление отличается от номинального на величину допуска.

Номинальная мощность – максимально допустимая мощность, которая может быть рассеяна н резисторе при сохранении его рабочих параметров в течение срока службы, определяется падением напряжения на резисторе и его сопротивлением.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) – относительное изменение сопротивления резистора при изменении его температуры на 1 С. У обычных резисторов этот коэффициент положительный, у специальных – отрицательный.

Электрическая прочность резистора – предельное напряжение, при котором резистор может работать в течение всего срока службы без электрического пробоя.

Уровень собственных шумов резисторов определяется случайными колебаниями разности потенциалов, возникающими на резистивном элементе вследствие флуктуаций объемной концентрации носителей заряда. По уровню шумов резисторы делятся на две группы. К первой группе (А) относятся резисторы с уровнем шумов до 1 мкВ/В, ко второй – не более 5 мкВ/В в диапазоне частот 60 Гц‑6 кГц. У специальных резисторов уровень шумов менее 0,1 мкВ/В. У переменных резисторов этот показатель гораздо хуже из-за процессов, происходящих в зоне переходного контакта.

Частотные свойства резисторов определяются номинальным сопротивлением и распределенными паразитными параметрами – индуктивностью и емкостью, которые зависят от конструкции резистора. Активное сопротивление резистора на переменном токе зависит от его номинального сопротивления, индуктивности, емкости и частоты тока, а также от формы спиральной нарезки на теле резистора (если она есть). С увеличением частоты сопротивление высокоомных резисторов уменьшается. Так, сопротивление резистора МЛТ-2 с номинальным сопротивлением 100 кОм на частоте 100 МГц составляет около 60 кОм. Полное сопротивление низкоомных резисторов, не имеющих спиральной нарезки на резистивном элементе, с ростом частоты возрастает, и на частоте резонанса достигает максимального значения.

Маркировка резисторов. На корпусе резистора краской наносится буквенное обозначение типа (С – постоянное сопротивление, СП – переменное сопротивление) и цифровое. Цифра после буквы обозначает: 1 – углеродистый, 2 – металлопленочный или металлоокисный, 3 – пленочный композиционный, 4 – объемный композиционный, 5 – проволочный. Далее через дефис следует номер разработки.

Номинальное сопротивление обозначается цифрами и буквами. Сопротивление до 100 Ом обозначается буквой Е и цифрами, от 100 Ом до 100 кОм – буквой К, от 100 кОм до 100 МОм – в мегаомах и обозначается буквой М.

Если сопротивление выражается целым числом, то буква ставится после него, например – 20Е означает 20 Ом, 10М – 10 мегом и т.д.

Если сопротивление обозначается дробью меньшей единицы, то ноль и запятая после него не ставится, а буква ставится перед числом меньше единицы. Например – 4,7 кОм обозначается 4К7, 0,47 МОм – М47 и т.д.

Номинальная мощность обозначается только на резисторах, имеющих большие размеры, например – МЛТ-0,25 (0,25 Вт), мощность резисторов с малыми размерами определяется по габаритным размерам. В последнее время в связи с миниатюризацией электронной техники очень часто используются резисторы постоянного сопротивления таких малых размеров, что на них невозможно нанести цифры или буквы. Такие резисторы имеют обозначение в виде нескольких цветных полосок, цвет и последовательность чередования которых соответствуют некоторому номинальному значению сопротивления.

Резисторы переменного сопротивления применяются для регулирования силы тока и напряжения. По конструкции делятся на одинарные и сдвоенные, одно- и многооборотные, с выключателем и без него. По назначению – на подстроечные для разовой подстройки и регулировочные для многократной регулировки в процессе эксплуатации. По материалу резистивного элемента на проволочные и непроволочные, по реализуемой зависимости – на линейные, логарифмические, обратные логарифмические и другие специальные.

Терморезисторы – это термочувствительные резисторы, сопротивление которых значительно изменяется при изменении температуры, применяются для термокомпенсации в электронных схемах и в качестве датчиков температуры. Основные характеристики терморезисторов – температурный коэффициент сопротивления (ТКС), вольтамперная характеристика, инерционность (постоянная времени), стабильность.

Термисторы – характеризуются отрицательным ТКС (сопротивление уменьшается с повышением температуры). Для большинства термисторов справедливо соотношение:

где Т₀ – абсолютная температура, при которой сопротивление резистора равно R₀, Т – абсолютная температура, при которой определяется сопротивление R_Т, В ‑ постоянный коэффициент (принимает значения в диапазоне 2000 – 7000 К), е – основание натурального логарифма. Величина ТКС (размерность ‑ %/К) для большинства термисторов лежит в диапазоне 2,4 – 8,4.

Постоянной времени термистора принято считать время, в течение которого его сопротивление уменьшится в е раз при резком изменении температуры окружающей среды от +20 С до + 120 С, она колеблется в пределах 30‑100 с. Обозначения термисторов - КМТ, ММТ, СТ1, СТ3, номинальные сопротивления при 20 С – от 1 Ом до 1000 кОм.

Позисторы – резисторы с большим положительным ТКС в определенном интервале температур, при более низких температурах ТКС отрицателен. Обозначения – СТ5, СТ6, номинальные сопротивления при 20 С от 0,003 до 10 кОм. Чаще всего используются совместно с термисторами для получения явно выраженных экстремумов в зависимости сопротивления от температуры.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет электрический конденсатор?
2. От чего зависит емкость конденсатора, и в чем она измеряется?
3. Какие по конструкции обкладок бывают конденсаторы?
4. Каковы основные параметры конденсаторов?
5. Как разделяются резисторы по виду вольтамперной характеристики?
6. Какие параметры имеют резисторы?
7. Для чего применяются резисторы переменного сопротивления?
8. Что такое терморезисторы и термисторы, и для чего они применяются?

Полупроводниковые диоды

Диод – это полупроводниковый прибор, имеющий малое сопротивление проходящему по нему току в прямом и большое сопротивление в обратном направлении. Работа диодов основана на p–n – переходе.

По конструктивно-технологическим признакам (рис. 1) диоды делятся на точечные и плоскостные. У первых p-n переход образуется в месте контакта металлической иглы с полупроводниковой пластиной, у вторых – на границе раздела полупроводников с разной электропроводимостью.

У плоскостных диодов больше площадь проводного слоя и поэтому они пропускают большие токи. Недостаток – большая емкость проводного слоя, в связи с чем они не могут применяться при больших частотах.

Для изготовления диодов применяют германий (не выше + 70 С), кремний (до 125-150 С), арсенид и фосфид галлия.

По применению диоды бывают выпрямительные, универсальные, импульсные, варикапы, туннельные и туннельные обращенные, излучающие, сверхвысокочастотные, стабилитроны и стабисторы (условные обозначения см. на рис. 2, внешний вид некоторых диодов – на рис. 3).

Вольтамперная характеристика диода выражает зависимость тока I, протекающего через диод, от величины и полярности приложенного к нему напряжения U (рис. 4).

Чем круче прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной оси обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При достаточно большом обратном напряжении наступает пробой, т.е. резко возрастает обратный ток и диод перестает выполнять свои функции.

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления тока низкой частоты (менее 50 Гц), выполнены обычно плоскостными для передачи больших токов, материал полупроводника – кремний.

Основные параметры:

· постоянное прямое и обратное напряжение при заданном постоянном токе;

· постоянный прямой ток в прямом направлении;

· постоянный обратный ток при заданном обратном напряжении.

Максимально допустимые параметры:

· максимально допустимое постоянное обратное напряжение;

· максимально допустимый постоянный прямой ток;

· максимально допустимый средний прямой ток;

· максимально допустимый средний выпрямленный прямой ток;

· максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода.

Высокочастотные диоды – приборы универсального назначения: для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен МГц), для модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований. По конструкции – точечные диоды. Имеют те же свойства, что и выпрямительные, но в гораздо более широком частотном диапазоне.

Импульсные диоды предназначены для преобразования импульсных сигналов (в детекторах видеосигналов, ключевых и логических устройствах), в основном – точечной конструкции.

Основные параметры:

· импульсное (пиковое) прямое напряжение при заданном импульсе прямого тока;

· импульсное (пиковое) обратное напряжение;

· емкость, измеренная между выводами диода при заданных напряжении и частоте;

· время установления прямого напряжения – интервал времени с момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного прямого напряжения;

· время восстановления обратного сопротивления – интервал времени с момента прохождения через нуль после переключения диода из состояния заданного тока в состояние заданного обратного напряжения до момента достижения заданного обратного тока;

· заряд переключения – часть накопленного заряда, вытекающего во внешнюю цепь при изменении направления тока с прямого на обратное.

К максимально допустимым параметрам относятся: максимально допустимый прямой импульсный ток, максимальная и минимальная рабочие температуры.

Внешне импульсные диоды представляют собой небольшой (несколько миллиметров в длину) стеклянный (старые конструкции) или пластмассовый корпус различной конфигурации с двумя металлическими выводами.

Стабилитроны и стабисторы.

Эти полупроводниковые приборы предназначены для стабилизации уровня напряжения при изменении протекающего через диод тока. У стабилитронов рабочим является пробойный участок вольтамперной характеристики в области обратных напряжений (рис. 5). На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при значительном изменении тока, протекающего через диод.

У стабисторов рабочим служит прямой участок вольтамперной характеристики (рис. 6).

Основные параметры:

· напряжение стабилизации – напряжение на стабилитроне при заданном токе стабилизации;

· допускаемый разброс напряжений стабилизации – отклонение напряжения стабилизации от номинального;

· температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение изменения напряжения стабилизации к изменению температуры при постоянном токе стабилизации;

· полная емкость стабилитрона – емкость между выводами при заданном напряжении.

К максимальным допустимым параметрам относятся максимальный и минимальный токи стабилизации, максимальный прямой ток, максимальный импульсный прямой ток, максимальная рассеиваемая мощность.

Внешне стабилитроны и стабисторы напоминают обычные диоды (рис. 3).

Варикапы.

Это полупроводниковые диоды специальной конструкции, емкость которых можно изменять в значительных пределах. С изменением обратного напряжения U емкость p - n перехода изменяется по закону:

где С_U – емкость диода при напряжении U; С₀ – то же при нулевом обратном напряжении, j_К – контактный потенциал, составляет доли вольта; n – коэффициент, зависящий от типа варикапа, равен 2‑3.

Варикапы используют для электронной подстройки частоты, генераторах, гетеродинах. Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.

Основные параметры:

· емкость варикапа, измеряется между выводами при заданном обратном напряжении;

· коэффициент перекрытия по емкости – отношение емкостей при двух заданных обратных напряжениях;

· добротность варикапа – отношение реактивного сопротивления на заданной частоте переменного сигнала к сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении;

· постоянный обратный ток, протекающий диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

·

К максимально допустимым параметрам относятся обратное напряжение и максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Внешне варикапы похожи на обычные диоды (рис. 3).

Туннельный диод.

Это диод, вольтамперная характеристика которого (рис. 7) содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношение приращения напряжения к приращению тока).

Такая характеристика позволяет использовать диод в усилителях, генераторах, импульсных устройствах. Туннельный диод выполняет свои функции в некотором пределе по частоте f_r:

где С_Д – емкость диода, r_Д – дифференциальное сопротивление (величина, обратная крутизне вольтамперной характеристики), r_П – суммарное сопротивление кристалла, контактных присоединений и выводов.

Остальные основные параметры:

§ пиковый ток I_П – прямой ток в точке максимума вольтамперной характеристики;

§ ток впадины I_В прямой ток в точке минимума вольтамперной характеристики;

§ напряжение пика U_П – прямое напряжение, соответствующее пиковому току;

§ напряжение впадины U_В – прямое напряжение, соответствующее току впадины;

§ напряжение раствора U_РР – прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому;

§ индуктивность диода L_Д – полная последовательная эквивалентная индуктивность диода при заданных условиях;

§ резонансная частота f₀ – расчетная частота, при которой общее реактивное сопротивление p – n перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль;

§ шумовая постоянная К_Ш – определяет шум диода.

Максимально допустимые параметры: максимальный допустимый прямой, обратный и импульсный токи, максимально допустимая рассеиваемая СВЧ – мощность.

Обращенный туннельный диод.

Это туннельный диод с очень маленьким значением пикового тока, так же как у туннельных, у них ток при малых обратных смещениях больше, чем у прямых. Поэтому проводящим участком у них является обратная ветвь вольтамперной характеристики (рис. 9).

Основные параметры обращенных туннельных диодов такие же, как у туннельных, кроме U_РР. Дополнительно задаются параметры обратной ветви характеристики (напряжение при заданном обратном токе).

Внешне туннельные диоды представляют собой небольшой цилиндр высотой 2-3 мм и диаметром 4-6 мм с двумя выврдами.

Светодиод

Специально сконструированный полупроводниковый прибор, создающий некогерентное оптическое излучение определенного спектрального состава при прохождении через него прямого тока. В зависимости от конструкции и выбранных материалов прозрачного корпуса излучение диода может лежать в инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра.

Основные характеристики светодиодов: мощность излучения, быстродействие, эффективность преобразования электрического сигнала в световой, вольтамперная и спектральная характеристики, пространственное распределение излучения. Характеристики светодиодов имеют значительный разброс и сильно зависят от температуры.

Светодиоды используются как световые индикаторы и источники излучения в оптоэлектронных парах. Конструкции некоторых светодиодов изображены на рис. 10.

Фотодиод.

Полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней проводимости, возникающей при воздействии на него оптического излучения. Наиболее распространенным типом фотодиода являются конструкции с p‑i‑n‑переходом.

Различают два вида работы фотодиодов:

- фотодиодный, когда во внешней цепи имеется источник питания, создающий на полупроводнике обратное смещение, а под действием оптического излучения, попадающего на фотодиод, возрастает обратный ток;

- фотовольтаический (вентильный), когда источник во внешней цепи отсутствует, а попадающее на диод оптическое излучение приводит к появлению фототока (явление фотоЭДС).

Фотодиоды широко применяются в устройствах оптоэлектроники, автоматики, вычислительной и измерительной техники. По внешнему виду они, как правило, представляют собой различных размеров короткие цилиндры с прозрачной торцевой стенкой.

Полярность диодов, как правило, определяется конструктивно, либо нанесением на корпус изображения диода или цветной точки, обозначающей «плюс». Иногда у диодов «плюсовой» вывод делается явно длиннее, чем «минусовой».

Контрольные вопросы

1. Что такое диод и на чем основана его работа?
2. Чем отличается точечный диод от плоскостного?
3. Нарисуйте вольтамперную характеристику диода и объясните его работу.
4. Для чего используются выпрямительные и импульсные диоды?
5. Какие основные параметры имеют диоды?
6. Что такое «стабилитрон», и для чего он используется?
7. Нарисуйте вольтамперную характеристику стабилитрона и стабистора и объясните их работу.
8. Какие основные параметры имеют стабилитроны?
9. Что такое светодиод и фотодиод, и для чего они используются?

Транзисторы

Транзистор – это электронный полупроводниковый преобразовательный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий 3 (или более) электрода, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретен в 1948 году американскими учеными У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. В СССР первые транзисторы были разработаны в 1953 г. под руководством А.В. Красилова.

Обычно выделяют два основных класса транзисторов: полевые транзисторы (их часто называют униполярными) и биполярные транзисторы.

В полевых транзисторах протекание тока через кристалл обусловлено носителем заряда только одного знака – электронами или дырками.

В биполярных транзисторах ток через кристалл обусловлен движением носителей заряда обоих знаков.

Транзисторы классифицируются по типам и группам в зависимости от физических, эксплуатационных и других параметров.

В соответствии с максимальной частотой усиливаемого или генерируемого сигнала различают низкочастотные (до 3 МГц), высокочастотные (до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (более 300 МГц).

По допустимой рассеиваемой мощности – маломощные (до 1 Вт) и мощные (свыше 1 Вт).

Кроме того, транзисторы классифицируются:

§ по предельно допустимому напряжению;

§ по шумовым свойствам;

§ в соответствии с механизмом переноса неосновных носителей заряда (дрейфовый, лавинный транзистор, туннельный);

§ по области применения – маломощный малошумящий (применяется во входных цепях усилительных устройств);

§ импульсные;

§ генераторные (в радиопередающих устройствах);

§ ключевые (в системах автоматического регулирования);

§ фототранзисторы (в устройствах преобразования световых сигналов в электрические с одновременным их усилением).

В качестве полупроводниковых материалов для изготовления транзисторов используются в основном кремний, германий и арсенид галлия.

В соответствии с технологией изготовления различают сплавные, диффузионные, конверсионные транзисторы, меза-транзисторы, эпитаксиальные, планарные транзисторы и т.д.

К основным технологическим методам изготовления относятся: диффузия и ионное легирование для получения p-n – перехода, осаждение металлов в вакууме для получения контактов и барьеров Шоттке, фото- и электронолитография – для создания электродов и т.д.

По сравнению с аппаратурой на радиолампах, аналогичная по назначению аппаратура на полупроводниковых приборах имеет в сотни раз меньшие габариты и вес, потребляет значительно меньшую электрическую мощность, обладает более высокой надежностью и долговечностью. Интенсивность отказов лежит в пределах 10^-7 – 10^-8 отказов в час.

Обозначения транзисторов:

- первый элемент – материал, из которого изготовлена основа: Г (или 1) – германий или его соединения, К (или 2) – кремний или его соединения; А (или 3) – соединения галлия;

- второй элемент – подкласс (например, для биполярных транзисторов – буква Т);

- третий элемент – назначение прибора (например, при малой мощности и частоте до 3 МГц – от 101 до 199, при частоте до 30 МГц – от 201 до 299, при средней мощности и низкой частоте – от 401 до 799 и т.д.);

- четвертый и пятый элемент – порядковый номер разработки и технологического типа (от 01 до 99);

- шестой элемент – деление технологического типа на параметрические на группы (русские буквы от А до Я).

Например, транзистор германиевый, малой мощности, 15-я разработка, для устройств широкого применения – Г 115А или 1Т115А.

Ранее обозначение состояло из трех элементов: первый – П (полупроводниковый прибор), второй – цифра, порядковый номер разработки, третий – буква, соответствующая разновидности. Перед обозначением модернизированного прибора ставилась буква М. Например, МП101А, МП21В и т.д.

Транзистор представляет собой как бы объединенные два диода с p-n переходами (рис. 1).

Область p в середине структуры называется базой, одна из n-областей – эмиттером («излучатель»), другая – коллектором («собиратель»). Из самих названий ясно, что эмиттер должен испускать носители зарядов, а для этого на эмиттерный переход нужно подать отпирающее напряжение, чтобы пошел ток, и возникло движение зарядов.

Ниже на рисунке 2 показано включение транзистора, которое называют «включение с общей базой». Стрелка эмиттера показывает направление тока через эмиттерный переход.

Этот ток создается источником напряжения (батареей) G₁, а чтобы он не достигал очень больших значений (сопротивление открытого p-n перехода очень мало), в цепь включен ограничивающий ток резистор R_Э.

Работа транзистора в этой схеме основана на том, что практически 99 % электронов, «излучаемых» эмиттером и двигающихся в цепи эмиттер ‑ база, перехватываются коллектором, т.к. на нем находится сравнительно большое напряжение. Следовательно, коэффициент «перехвата», т.е. отношение коллекторного тока к эмиттерному, равен 0,99. Этот коэффициент называется коэффициентом передачи тока в схеме с общей базой.

В этой схеме и коллекторный и базовый токи прямо пропорциональны эмиттерному, и если последний прекратился, то прекратился и коллекторный ток. То есть, в этой схеме нет усиления по току, но можно получить усиление по напряжению и по мощности, если в цепь коллектора включить вместо измерительного прибора резистор нагрузки с достаточно большим сопротивлением. Тогда изменение коллекторного тока вызовет изменение напряжения тем большее, чем больше сопротивление нагрузки.

Такая схема включения транзистора используется довольно редко. Чаще применяется схема с общим эмиттером, в которой отпирающее напряжение подается на базу (рис. 3). Как и в предыдущей схеме, происходит отпирание перехода эмиттер – база, и эмиттер испускает носители заряда – электроны. Однако, в данной схеме ток коллектора зависит от тока базы – чем больше ток базы, тем больше ток коллектора. Если в цепь базы включить источник сигнала, то такой же сигнал, но уже значительно усиленный выделится на резисторе нагрузки R_Н в коллекторе цепи. Именно так построены простейшие транзисторные усилители аналоговых сигналов.

		Рис. 3. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером

Однако, подобным образом можно строить и цепи с релейным управлением, в которых с помощью транзистора можно подобно дискретному реле включать или выключать большую нагрузку при управлении малыми токами и напряжениями (рис. 4).

Если ресурс работы электромагнитного реле ограничен износостойкостью контактов, то срок службы транзисторного реле практически ничем не ограничен.

Полевой (униполярный) транзистор был разработан Уильямом Шокли, а свое название «полевой» он получил от электрического поля, принимающего непосредственное участие в работе этого прибора.

При изготовлении полевого транзистора на поверхности чистого полупроводника с помощью примесей формируют токопроводящий канал p- или n- типа (рис. 5). От концов канала сделаны выводы, называемые истоком (аналог эмиттера) и стоком (аналог коллектора). В середине канала его сечение уменьшается, и в этом месте сделан еще один вывод – затвор. Проводимость затвора противоположна проводимости канала, на него подают запирающее напряжение смещения, и ток через затвор отсутствует. В некоторых конструкциях затвор вообще изолирован от канала тончайшим (доли микрометра) слоем диэлектрика.

Когда на сток подано напряжение питания, через канал проходит некоторый ток, обусловленный движением носителей-электронов (в канале n‑типа) или дырок (в канале p-типа). Запирающее поле затвора сужает канал, увеличивает его сопротивление. Чем больше запирающее напряжение U_З на затворе, тем меньше становится эффективное сечение канала, по которому движутся носители тока, общий ток стока при этом уменьшается. При напряжении на затворе, равном U_ОТС (напряжение отсечки), ток стока прекращается полностью (рис. 6).

	Рис. 6. Изменение тока через полевой транзистор при изменении напряжения на затворе: а – ток есть, б – тока нет, переход заперт

Важным достоинством полевого транзистора является его исключительно высокое входное сопротивление, т.к. электрическая цепь затвора никакого тока практически не потребляет (в этом есть сходство с электронной лампой).

Схема включения полевых транзисторов не отличается от схемы включения биполярных (рис. 7).

Последние конструкции этих транзисторов чрезвычайно экономичны и широко используются как в радио, так и в цифровых интегральных микросхемах.

Внешний вид некоторых типов транзисторов показан на рис. 8.

У полевых транзисторов, конструкция которых, в частности, напоминает тип, изображенный на рис. 8а, имеется четыре вывода. Четвертый вывод – масса (припаян к металлическому корпусу транзистора). Это необходимо в связи с тем, что полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, и в состоянии поставки все три активных вывода замкнуты на массу.

В технике широко применяются транзисторные сборки. Они представляют собой единый корпус, в котором размещены несколько (иногда десятки) транзисторов. Внешне такие сборки похожи на интегральные микросхемы.

Мощные транзисторы (например, в и г на рис. 8) имеют конструктивные элементы (например, отверстия) для установки на них радиаторов охлаждения во избежание перегрева во время работы.

Контрольные вопросы

1. Что такое транзистор, и для чего он используется?
2. Как классифицируются транзисторы?
3. Какие преимущества имеют транзисторы по сравнению с радиолампами?
4. Как обозначаются транзисторы отечественного производства?
5. Нарисуйте схему включения транзистора с общим эмиттером и поясните его работу.
6. Как устроен полевой транзистор, и как он работает?
7. Для чего на транзисторы устанавливаются радиаторы?

Тиристоры

Тиристор – это полупроводниковый прибор, имеющий четырехслойную p‑n‑p‑n‑структуру (рис. 1)с тремя последовательными p-n-переходами. Тиристор имеет два устойчивых состояния в прямом направлении и запирающими свойствами в обратном направлении.

	Рис. 1. Четырехслойная структура тиристора

Крайние области структуры соответственно p и n-эмиттеры, а области, примыкающие к среднему переходу (П2), p и n-базы. Эмиттерные электроды являются силовыми и называются катодом и анодом. Переход П1 является эмиттерным или катодным, переход П2 – коллекторным, а переход П3 – эмиттерным или анодным.

Структуру тиристора можно представить в виде схемы замещения (рис. 2), состоящей из двух транзисторов p-n-p и n-p-n типов. В этой схеме резисторы R1 и R2 служат для компенсации нелинейной зависимости коэффициентов усиления транзисторов α₁иα₂.Транзисторы включены в схему с образованием внутренней положительной обратной связи, причем при равных коэффициентах усиления ток через схему резко возрастает, если к аноду приложить положительное напряжение, а к катоду – отрицательное.

Тиристор, имеющий выводы только от крайних слоев, назы