Електроніка та мікропроцесорна техніка (стр. 11 из 35)
МДН-транзистори
На відміну від ПТ з керуючим р-п переходом, у яких затвор має безпосередній електричний контакт із суміжною областю струмопровідного каналу, у МДН-транзисторів затвор, що являє собою, наприклад, алюмінієву плівку (Аl), ізольований від зазначеної області шаром діелектрика. Тому МДН-транзистори відносять до класу ПТ з ізольованим затвором. Наявність діелектрика забезпечує високий вхідний опір цих транзисторів (1012 - 1014 Ом).
Частіше у якості діелектрика використовують оксид кремнію і тоді ПТ називають МОН-транзистором (метал - окисид - НП). Такі транзистори бувають із вбудованим і індукованим каналами. Останні більш розповсюджені.
Конструкція МОН-транзистораз індукованим каналом n-типу зображена на рис. 2.29.
Рис. 2.29 - Конструкція МОН-транзистора з індукованим каналом
При позитивній напрузі на затворі відносно витоку поверхневий шар на межі НП з діелектриком збагачується електронами, які притягуються з глибини p-шару (де вони є завдяки тепловій генерації вільних носіїв заряду) до затвору: виникає явище інверсії НП у примежовій зоні, коли p-шар стає n-шаром. Таким чином, між зонами n-шарів наводиться (індукується) канал, по якому може протікати струм від стоку до витоку.
Вихідні ВАХ ПТ з ізольованим затвором подібні до ВАХ ПТ з керуючим р-п переходом, тільки характеристики проходять вище зі збільшенням напруги.
Умовні позначення МДН-транзисторів наведені на рис. 2.30.
Рис. 2.30 - Умовні позначення МДН-транзисторів з каналами: вбудованим n-типу (а); вбудованим р-типу (б); індукованим n-типу (в); індукованим р-типу (г)
ПТ широко використовують як дискретні компоненти електронних пристроїв, а також у складі інтегральних мікросхем.
Контрольні запитання:
1. На чому ґрунтується принцип роботи уніполярних транзисторів?
2. Які бувають типи польових транзисторів?
3. Їх принцип роботи?
4. Як графічно позначаються польові транзистори?
Інструкційна картка №9 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки»
І. Тема: 2 Електронні прилади
2.4 Електровакуумні та іонні прилади
Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумової діяльності.
ІІ. Студент повинен знати:
- Що таке розряд;
- Види розрядів у газах;
- Газорозрядні прилади.
ІІІ. Студент повинен уміти:
- Розрізняти основні газорозрядні прилади прилади.
ІV. Дидактичні посібники: Методичні вказівки до опрацювання.
V. Література: [5, с. 35-50].
VІ. Запитання для самостійного опрацювання:
1. Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони, тиратрони тліючого розряду
VІІ. Методичні вказівки до опрацювання: Теоретична частина.
VІІІ. Контрольні питання для перевірки якості засвоєння знань:
1. В чому суть роботи газорозрядних приладів?
2. Які бувають розряди в газах?
3. Які прилади належать до приладів самостійного розряду?
4. Які прилади належать до приладів тліючого розряду?
ІХ. Підсумки опрацювання:
Підготував викладач: Бондаренко І.В.
Теоретична частина: Електровакуумні та іонні прилади
План:
1. Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони, тиратрони тліючого розряду
Література
1. Іонні прилади з самостійним розрядом – неонова лампа, стабілітрони, тиратрони тліючого розряду
В іонних (газорозрядних) приладах, які посідають більш скромне місце в електронній техніці, ніж електровакуумні й особливо напівпровідникові прилади, однак застосовуються досить широко, електричний струм утворюється не у вакуумі, а в газовому середовищі, в умовах зіткнення електронів з молекулами газу.
Молекули газу під дією ряду причин (електричного або магнітного полів, теплового, світлового випромінювань тощо) розпадаються на іони й електрони, і газ стає провідним. Однак у природних умовах кількість електронів і іонів в одиниці об'єму газу порівняно невелика, оскільки іонізуюча дія зовнішніх факторів досить слабка, одночасно з процесом розпадання молекул (іонізацією) практично відбувається рівноцінний процес — рекомбінація, тобто процес сполучення електронів і іонів у нейтральні молекули (деіонізація). Тому електропровідність газу в природних умовах настільки мала, що його можна вважати ізолятором. Якщо газ перебуває в розрідженому стані, то можливості для деіонізації зменшуються, оскільки тепер в одиниці об'єму міститься менше молекул, середні відстані між електронами й іонами збільшуються, отже, ймовірність їх зіткнення (а значить, і рекомбінація) різко зменшується. Крім того, кількість електронів і іонів у газі значно збільшується внаслідок штучної зовнішньої дії (наприклад, електричного поля). Обидва ці фактори, що зумовлюють електричну провідність газу, використовуються в іонних приладах.
Конструктивно іонні прилади виготовляють у вигляді герметичних балонів (звичайно скляних), усередині яких розміщені електроди. Балони заповнюють розрідженим інертним газом або парами ртуті.
Коли до електродів іонного приладу прикласти напругу, то під дією електричного поля, що утворилося, позитивно заряджені іони починають рухатися до катода, а електрони до анода. Саме так в іонних приладах утворюється електричний струм.
Сукупність процесів, пов'язаних з проходженням струму через газ, називають електричним розрядом.
Коли напруга, прикладена до електродів іонного приладу, порівняно мала, то струм, що проходить через прилад, незначний і підлягає закону Ома. Цей струм зумовлений наявністю в газі електронів і іонів за рахунок природної іонізації (під впливом зовнішніх факторів). Такий розряд називають несамостійним, оскільки він не утворюється і не розвивається, коли немає зовнішніх іонізуючих факторів. У цьому режимі значна частина електронів і іонів рекомбінує.
Коли поступово підвищувати напругу на електродах приладу, то дуже швидко настане так званий режим насичення, при якому дальше підвищення напруги вже не супроводжується підсиленням струму. Це пояснюється тим, що майже всі електрони й іони, які утворилися в цих умовах за одиницю часу, беруть участь у перенесенні електричних зарядів. Рекомбінувати встигає лише незначна частина їх. Такий розряд називають «тихим», оскільки він без видимих зовнішніх виявів, і вважають його різновидом несамостійного розряду. Якщо далі підвищувати напругу, то настає момент, коли швидкості електронів стають достатніми для розщеплення нейтральних молекул газу на електрони й іони. Починається додаткова іонізація газу, і настає режим самостійного розряду. Електрони й іони, які щойно утворилися, беруть участь в іонізації і т. д. Цей процес наростає лавиноподібно. Струм через прилад збільшується, опір середовища різко спадає, напруга на електродах дещо зменшується. Іонний прилад, як кажуть, «запалюється» (газ у балоні починає світитися) і працює далі в режимі тліючого розряду. Особливістю цього режиму є автоматичне підтримання практично сталої напруги на електродах із зміною струму через прилад у досить широких межах. Сила струму обмежується зовнішнім опором кола. Ця властивість тліючого розряду широко використовується для стабілізації напруги в радіоелектронних схемах. Електроди в режимі тліючого розряду практично не нагріваються.
Дальше підвищення напруги на електродах супроводжується бомбардуванням катода позитивно зарядженими іонами, внаслідок чого катод нагрівається і починає випромінювати електрони (термоелектронна емісія). Кількість електронів, що іонізують газ, різко збільшується, опір ділянки анод — катод знижується і стає таким малим, що струм через прилад обмежується лише зовнішнім опором кола. Напруга на електродах приладу різко спадає. Такий розряд супроводжується яскравим свіченням газу в балоні і називається дуговим. У деяких іонних приладах спеціально встановлюють підігрівний (як в електронних лампах) катод, що дає можливість створити дуговий розряд при більш низьких напругах на електродах.
Ще один вид електричного розряду в газі — іскровий розряд. Він утворюється при високій електричній напрузі і тиску газу, близькому до атмосферного. На початку розряду між електродами утворюється іскровий канал (проскакує іскра, яка іонізує той простір газу, в якому вона утворилася). Цей іскровий канал є мовби провідником між двома електродами іонного приладу, і коли потужність джерела енергії достатня, то в приладі починаються процеси, аналогічні процесам дугового розряду. Коли ж потужність джерела енергії мала, то із зменшенням напруги іскровий розряд припиняється.
Іонні прилади тліючого розряду
Неонова лампа (рис. 1) — найпростіший іонний прилад—складається з балона, заповненого розрідженим інертним газом (неоном) і укріплених всередині балона двох дискових або циліндричних електродів. Характерно, що неонова лампа не має розжарюваного катода.
Коли напруга, прикладена до лампи, менша за напругу запалювання, то в лампі розряд відбувається, проте він дуже слабкий і не має практичного значення. Коли ж прикладена напруга дорівнює напрузі запалювання або, тим більше, перевершує її, то в лампі утворюється тліючий розряд, який супроводжується оранжево-червоним свіченням неону. Коли напруга на електродах лампи стане меншою від напруги гасіння лампи, тліючий розряд припиниться і лампа згасне. Напруга гасіння завжди менша від напруги запалювання.
