Эквиваленты полупроводниковых приборов

March 1, 2011 by admin Комментировать »

В современных радиоэлектронных устройствах использу­ется весьма широкий ассортимент самых разнообразных элек­тронных приборов. Порой отсутствие одного или нескольких таких элементов может затормозить или даже прервать выпол­нение работы по монтажу или макетированию схемы. Очень часто встречаются ситуации, когда необходимо один элемент заменить другим. Если речь идет о простой замене одного но­минала резистора или конденсатора на другой, то решение за­дачи замены или подбора заменяющего номинала очевидно. Менее очевидны замены радиоэлементов, имеющих специфиче­ские, только им присущие свойства.

Ниже будут рассмотрены вопросы замены некоторых спе­циальных полупроводниковых приборов их эквивалентами, вы­полненными из более доступных элементов.

В импульсной технике широко используют управляемые и неуправляемые коммутирующие элементы, имеющие вольт- амперную характеристику с N- или S-образным участком. Это лавинные транзисторы, газовые разрядники, динисторы, тири­сторы, симисторы, однопереходные транзисторы, лямбда-дио- ды, туннельные диоды, инжекционно-полевые транзисторы и другие элементы.

В релаксационных генераторах импульсов, различных пре­образователях электрических и неэлектрических величин в час­тоту широко используют биполярные лавинные транзисторы. Следует отметить, что специально такие транзисторы почти не выпускают. На практике в этих целях используют обычные тран­зисторы в необычном включении или режиме эксплуатации.

Лавинный транзистор — полупроводниковый прибор, ра­ботающий в режиме лавинного пробоя. Такой пробой обычно воз­никает при напряжении, превышающем предельно допустимое значение. Не допустить теплового пробоя (необратимого повреж­дения) транзистора можно при ограничении тока через транзи­стор (подключением высокоомной нагрузкой). Лавинный пробой транзистора может наступать в «прямом» и «инверсном» включе­нии транзистора. Напряжение лавинного пробоя при инверсном включении (полярность подключения полупроводникового прибора противоположна общепринятой, рекомендованной) обычно ниже, чем для «прямого» включения. Вывод базы транзистора часто не используется (не подключается к другим элементам схемы). В ряде случаев базовый вывод соединяют с эмиттером через высокоом- ный резистор (сотни кОм — ед. МОм). Это позволяет в некоторых пределах регулировать величину напряжения лавинного пробоя.

На рис. 2.1 приведена схема равноценной замены «лавин­ного» транзистора интегрального прерывателя К101КТ1 ее дис­кретными аналогами. Интересно отметить, что при ближайшем рассмотрении эта схема тождественна эквивалентной схеме ди- нистора (рис. 2.1), тиристора (рис. 2.2) и однопереходного тран­зистора (рис. 2.4). Отметим попутно, что и вид вольт-амперных характеристик всех этих полупроводниковых приборов имеет об­щие характерные особенности. На их вольт-амперных характери­стиках имеется S-образный участок, участок с так называемым «отрицательным» динамическим сопротивлением. Благодаря та­кой особенности вольт-амперной характеристики перечисленные приборы могут использоваться для генерации электрических ко­лебаний.

Рис. 2.1. Аналог лавинного транзистора и динистора

Тиристоры, динисторы и им подобные элементы способны при весьма незначительных внутренних потерях управлять боль­шими мощностями, подводимыми к нагрузке.

Тиристоры — приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (проводимость отсутствует, прибор заперт) и состоянием высокой проводимо­сти (проводимость близка к нулю, прибор открыт). Представите­ли класса тиристоров [Вишневский А.И]:

•   диодные тиристоры (динисторы, диаки), имеющие два вывода (анод и катод), управляемые путем подачи на электроды напря­жения с высокой скоростью его нарастания или повышения приложенного напряжения до величины, близкой к критиче­ской;

•   триодные тиристоры (тринисторы, триаки), трехэлектродные элементы, управляющий электрод которых служит для перево­да тиристора из закрытого состояния в открытое;

•   тетродные тиристоры, имеющие два управляющих электрода;

•   симметричные тиристоры — симисторы, имеющие пятислой- ную структуру. Иногда этот полупроводниковый прибор назы­вают семистором.

Диодные тиристоры (динисторы), ассортимент которых не столь велик, различаются, главным образом, максимально допус­тимым постоянным прямым напряжением в закрытом состоянии. Так, для динисторов типов КН102А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И (2Н102А — И) значения этих напряжений составляют, соответственно, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 50 В при обратном токе не более 0,5 мА. Макси­мально допустимый постоянный ток в открытом состоянии для этих полупроводниковых приборов равен 0,2 А при остаточном напряжении в открытом состоянии 1,5 В.

На рис. 2.1 приведена эквивалентная схема низко­вольтного динистора. Если принять R1=R3=100 Ом, можно получить динистор с управляемым (с помощью резистора R2) напряжением переключения от 1 до 25 6 [Войцеховский Я., Р 11/73-40, Р 12/76-29]. При отсутствии этого резистора и при условии R1=R3=5,1 кОм напряжение переключения составит 9 Б, а при R1=R3=3 кОм — 12 В.

Аналог тиристора р-л-р-л-структуры, описанный в книге Я. Войцеховского, показан на рис. 2.2. Буквой А обозначен анод; К — катод; УЭ — управляющий электрод. В схемах (рис. 2.1, 2.2) могут быть использованы транзисторы типов КТ315 и КТ361. Необходимо лишь, чтобы подводимое к по­лупроводниковому прибору или его аналогу напряжение не превышало предельных паспортных значений. В таблице (рис. 2.2) показано, какими величинами R1 и R2 следует руководствоваться при создании аналога тиристора на осно­ве германиевых или кремниевых транзисторов.

Рис. 2.2. Аналог тиристора

В разрывы электрической цепи, показанные на схеме (рис. 2.2) крестиками, можно включить диоды, позволяющие вли­ять на вид вольт-амперной характеристики аналога. В отличие от обычного тиристора, его аналогом (рис. 2.2) можно управлять, ис­пользуя дополнительный вывод — управляющий электрод УЭД0П , подключенный к базе транзистора VT2 (верхний рисунок) или VT1 (нижний рисунок). Обычно тиристор включают кратковременной подачей напряжения на управляющий электрод УЭ. При подаче напряжения на электрод УЭДОп. тиристор, напротив, можно пере­вести из включенного состояния в выключенное.

Аналог управляемого динистора может быть создан с ис­пользованием тиристора (рис. 2.3) [Р 3/86-41]. При указанных на схеме типах элементов и изменении сопротивления резистора R1 от 1 до 6 кОм напряжение переключения динистора в проводя­щее состояние изменяется от 15 до 27 В.

Эквивалентная схема используемого в генераторных уст­ройствах полупроводникового прибора — однопереходного транзистора — показана на рис. 2.4. Б1 и Б2 — первая и вторая базы транзистора.

Инжекционно-полевой транзистор (ИГЛ) представляет собой полупроводниковый прибор с S-образной ВАХ. Подоб­ные приборы широко используют в импульсной технике — в релаксационных генераторах импульсов, преобразователях на­пряжение-частота, ждущих и управляемых генераторах и т.д. Такой транзистор может быть составлен объединением поле­вого и обычного биполярного транзисторов (рис. 2.5, 2.6).

Рис. 2.3. Аналог управляемого динистора

Рис. 2.4. Аналог однопереходного транзистора

На основе дискретных элементов может быть смоделирова­на не только полупроводниковая структура. На рис. 2.7 показана схема устройства, эквивалентного низковольтному газовому разряднику [ПТЭ 4/83-127]. Этот прибор представляет собой га­зонаполненный баллон с двумя электродами, в котором возника­ет электрический межэлектродный пробой при превышении некоторого критического значения напряжения. Напряжение «пробоя» для аналога газового разрядника (рис. 2.7) составляет 20 В. Таким же образом, может быть создан аналог, например, неоновой лампы.

Рис. 2.7. Аналог газового разрядника

Совершенно’особым видом ВАХ обладают полупроводнико­вые приборы типа лямбда-диодов, туннельных диодов. На

Рис. 2.5. Аналог инжекционно-полевого транзистора п-структуры

Рис. 2.6. Аналог инжекционно-полевого транзистора р-структуры

вольт-амперных характеристиках этих приборов имеется N-об- разный участок. Лямбда-диоды и туннельные диоды могут быть использованы для генерации и усиления электрических сигналов. На рис. 2.8 и рис. 2.9 показаны схемы, имитирующие лямбда-ди- од [РТЕ 9/87-35]. Практически в генераторах чаще используют схему, представленную на рис. 2.9 [ПТЭ 5/77-96]. Если между сто­ками полевых транзисторов включить управляемый резистор (потенциометр) либо транзистор (полевой или биполярный), то видом вольт-амперной характеристики такого «лямбда-диода» можно управлять в широких пределах: регулировать частоту ге­нерации, модулировать колебания высокой частоты и т.д.

Рис. 2.10. Аналог туннельного диода

Рис. 2.8. Аналог лямбда-диода

Рис. 2.9. Аналог лямбда-диода

Туннельные диоды также используют для генерации и усиления высокочастотных сигналов. Отдельные представители этого класса полупроводниковых приборов способны работать до мало достижимых в обычных условиях частот — порядка еди­ниц ГГц. Устройство, позволяющее имитировать вольт-ампер- ную характеристику туннельного диода, показано на рис. 2.10 [Р 4/77-30].

Рис. 2.13. Схема аналога варикапа

Варикапы — это полупроводниковые приборы с изменяе­мой емкостью. Принцип их работы основан на изменении барь­ерной емкости полупроводникового перехода при изменении приложенного напряжения. Чаще на варикап подают обратное смещение, реже — прямое. Такие элементы обычно применяют в узлах настройки радио- и телеприемников. В качестве варикапов могут быть использованы обычные диоды и стабилитроны (рис. 2.11), а также их полупроводниковые аналоги (рис. 2.12 [F 9/73-434], рис. 2.13 [ПТЭ 2/81-151]).

Рис. 2.11. Варикап

Рис. 2.12. Схема аналога варикапа

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты