Униполярные транзисторы

Имеется большое разнообразие специальных машин постоянного тока. К ним относятся, нэпримеп, униполярные генераторы, позволяющие получать ток в десятки тысяч ампер весьма низкого напряжения, сварочные генераторы, автомобильные генераторы, двигатели с печатной обмоткой, ?ахогенераторн, эяектромашиинне усилители и T,rr.[_7,8J.

5.8. Ударные униполярные генераторы / В. А. Глухих, Г. А. Баранов, Б. Г. Карасев, В. В. Харитонов. Л.: Энергоатомиздат, 1987.

Униполярные генераторы и двигатели. В теории электрических машин они занимают особое место. Первой индуктивной электрической машиной, созданной М. Фарадеем в 1821 г., был униполярный двигатель (см. 1.5). В этом двигателе проводник, в котором протекает постоянный ток, вращается вокруг постоянного магнита. При этом происходит преобразование электрической энергии в механическую. Проводник с током вращается вокруг постоянного магнита только при условии наличия в цепи электрического тока скользящего контакта. Скользящий контакт в двигателе М. Фарадея между неподвижной и вращающейся частями электрической цепи осуществлялся ртутью, налитой в чашку.

Униполярные генераторы обычно имеют один виток на роторе ( 5.85). Поэтому такие машины низковольтные. Они рассчитаны на большие постоянные токи.

Униполярные генераторы изготовляются на напряжения в несколько вольт и токи до 100—150 кА. Однако в униполярных генераторах можно повысить напряжение. Для этого надо несколько щеток и колец соединить последовательно так, как это показано на 5.86. В этом случае внутри якоря размещается система изолированных проводников.

Униполярные машины, как и все электрические машины, обратимы. Но чаще униполярные машины используются в генераторном режиме. Униполярные генераторы применяются для питания электролизных ванн и электропечей, т. е. там, где требуется постоянный ток низкого напряжения.

Униполярные генераторы применяются для получения больших токов (до 1,5 • 105 А в длительном режиме и 1,8 • 10е А в импульсе) при низких напряжениях (1—100 В в длительном режиме, до 800 В в импульсе). Машины предельной мощности выполняются с жидко-металлическим токосъемом (натрий, калий). В указанном диапазоне токов и напряжений униполярные генераторы превосходят по своим технико-экономическим показателям коллекторные (в униполярных машинах отсутствуют основные и добавочные магнитные потери

Для питания насосов постоянного тока требуется источник с очень большой силой тока и небольшим напряжением. Для этой цели наиболее подходят униполярные генераторы.

Униполярные генераторы позволяют получать большой постоянный ток (до 500 кА) при низком напряжении (1 — 50 В). Устройство одной из конструктивных разновидностей такого генератора показано на 11-7. Массивный стальной ротор 1 вращается в магнитном поле,

В последнее время в связи с развитием специальных областей техники интерес к униполярным генераторам вновь воз При этом отвод тока с ротора начал» осуществлять с помощью жидких металлов (ртуть, натрий, сплав натрия и калия). В связи с этим говорят о «жидкометаллических» щетках. В настоящее время построены униполярные генераторы мощностью до 1000 кВт.

источников с большой силой тока и малым напряжением. Для питания мощных насосов выпрямительные установки малопригодны, так как они получаются громоздкими и с малым к. п. д. Более подходящими в этом случае являются униполярные генераторы (см. § 11-1).

Перенос зарядов в полевых транзисторах осуществляется только основными носителями. Отсюда происходит распространенное название полевых транзисторов — униполярные транзисторы, унитроны (в отличие от биполярного транзистора, в котором носители обоих знаков активно участвуют в процессе переноса зарядов).

ми контактами. Полевые транзисторы называются униполярными, так как в переносе тока у них участвуют только неосновные носители, в то время как обычные транзисторы называются биполярными, так как в переносе тока у них участвуют два типа носителей: основные и неосновные. Из-за отсутствия инжекции неосновных носителей и инерционного процесса их накопления униполярные транзисторы обладают повышенным быстродействием по сравнению с биполярными и низким уровнем шумов.

Униполярные транзисторы находят широкое применение во входных устройствах усилителей при работе от высокоомного источника сигнала, в регуляторах уровня сигнала, в чувствительной по току измерительной аппаратуре, импульсных схемах.

1. Как классифицируются полупроводниковые диоды? 2. Опишите устройство полупроводникового диода. 3. Охарактеризуйте основные группы полупроводниковых диодов. 4. Объясните вольт-амперную характеристику выпрямительного диода. 5. Где применяются высокочастотные диоды? 6. Дайте определение основных параметров стабилитронов. 7. Для какой цели служат полупроводниковые фотодиоды? 8. От чего зависит цвет свечения светодиода? 9. Как классифицируются биполярные транзисторы? 10. Что называют коэффициентом передачи по току для транзистора по схеме ОБ? 11. Объясните процесс усиления мощности в биполярном транзисторе. 12. Как рассчитывают динамический режим работы транзистора? 13. Что такое ключевой режим работы транзистора? 14. Перечислите основные физические параметры биполярного транзистора. 15. Опишите принцип работы униполярного полевого транзистора. 16. Почему униполярные транзисторы называют полевыми? 17. Какими параметрами описывают свойства полевых транзисторов? 18. Объясните стокозатворную характеристику полевого транзистора. 19. Какие функции выполняют фототранзисторы? 20. Опишите устройство и принцип работы однооперационного тиристора. 21. Поясните вольт-амперную характеристику однопере-ходного транзистора. 22. Какие полупроводниковые материалы применяются при изготовлении терморезисторов? 23. По какой схеме работают оптроны с внутренней прямой оптической связью?

Как известно, МПД-тран-зисторы обладают большим входным сопротивлением и меньшим входным током, чем транзисторы с управляющим р-и-переходом. Однако МДП-транзисторы очень чувствительны к импульсным помехам, поэтому при использовании их во входных каскадах приходится защищать входы транзисторов диодами, токи утечки которых сводят на нет преимущества МДП-транзи-сторов. Последнее время в связи с существенным улучшением характеристик униполярных транзисторов с управляющим p-n-переходом их стали широко применять в аналоговых ИМС. Высококачественные униполярные транзисторы позволяют заметно улучшать входные характеристики усилителей, способствуя повышению их входных сопротивлений и уменьшению входного тока. Входной ток транзистора с управляющим переходом определяется обратным током p-n-перехода, для уменьшения которого необходимо, во-первых, осуществить прецизионный кон-

В усилительных устройствах применяются полевые или униполярные транзисторы с управляемым р-п переходом и с изолированным затвором. Полевые транзисторы с изолированным затвором получили название МДП-транзисторов. Они бывают с индуцированным (обогащенным) или со встроенным (обедненным) каналом. Схемы включения полевых транзисторов с управляемым р-п переходом показаны на 4.10. Схемы включения полевых транзисторов с изолированным затвором аналогичны. В малосигнальном (линейном) режиме, который обычно применяется в каскадах предварительного усиления, полевые транзисторы описываются с помощью У-парамет-ров линейными уравнениями. Для схемы включения с ОИ уравнения принимают вид

1.4. Униполярные транзисторы

Униполярные транзисторы достаточно полно описываются двумя характеристиками: стоковой, представляющей собой зависимость тока стока /с от напряжения на стоке UCH при заданных смещениях на затворе ?/зи и на подложке (/пи ( 1.12), и стокозатворной, определяющей зависимость тока стока от смещения на затворе при заданном напряжении на стоке ( 1.13). Последняя характеристика обычно приводится для активной области, где ток стока /с практически не за-

1.4. Униполярные транзисторы .,.,.............. 27

1) полевые транзисторы с р-п переходами (канальные, или униполярные, транзисторы);

Как уже говорилось, рассмотренные в предыдущем параграфе полупроводниковые триоды получили название биполярных, так как для них характерно, что процессы в триоде обусловлены движением носителей заряда двух полярностей. Наряду с такими биполярными транзисторами разработаны и получили распространение униполярные транзисторы (с носителями заряда одного знака), использующие эффект влияния электрического поля на проводимость полупроводника и получившие поэтому название «полевых» транзисторов. Первый пример транзистора этого типа —полевой триоде запертым р — п-переходом, схематическое устройство которого приведено на 4.7, а. В тело полупроводника с одним типом проводимости (например, /г-типа) вносят полупроводник другого типа