Спеціальні типи тиристорів (симістор фото тиристор, двоопреційний тиристор, оптотиристор). Електростатичні тиристори. Запірний тиристор з МОН-керуванням

 

Симістор або симетричний ти­ристор - прилад, який є керованим як при позитивній, так і при негативній напрузі на ньому. ВАХ симістора та його умовне позна­чення наведено на рис. 2.42. Прилад являє собою п'ятишаро­ву структуру. Його параметри подібні до параметрів триністора. Фототиристор - прилад, що керується світловим потоком. Пара­метри його силового кола приблизно такі ж, як і у триністора. Умовне позначення фототиристора наведене на рис. 2.43,а.

Двоопераційний тиристор - прилад, що не тільки вмикається, але й вимикається керуючим сигналом: вмикається як звичайний ти­ристор, а вимикається подачею в коло керування імпульсу від'ємної напруги, чим забезпечується переривання струму в структурі за ра­хунок відведення об'ємного заряду з бази. Умовне позначення двоопераційного тиристора наведене на рис. 2.43,6.

Оптроний тиристор - це поєднання світлодіода і а фототиристора в одному корпусі. Якщо через світлодіод пропускати с трум (під дією), він генеруватиме світловий потік, який, падаючи на структуру тиристора в юні керуючого р-п переходу, призведе до генерації в НП вільних носіїв заряду. Ці носії під дією прикладеної до тиристора напру­ги створюють струм керування і тиристор вмикається. Головна пере­вага оптронних тиристорів (як і фототиристорів) - це відсутність галь­ванічного зв'язку між колом керування та силовим колом. Умовне по­значення оптронного тиристора наведене на рис. 2.43,в.

 

 

Наявність у тиристорів внутрішнього позитивного зворотного зв'яз­ку (зона негативного опору на ВАХ) надає їм декілька важливих влас­тивостей.

Головне: для вмикання тиристора достатньо в його коло керування подати короткий імпульс струму невеликої потужності. Далі відкритий стан підтримується за рахунок внутрішнього позитивного зворотного зв'язку. Тому тиристори мають дуже великий коефіцієнт підсилення за потужністю (десятки тисяч).

Порівняно з транзисторами, тиристори більш стійкі до перевантажень, але мають досить вузький діапазон робочих частот (до сотень герц).

Електростатичні тиристори

Технологія їх виготовлення настільки складна, що опанована у світі лише декількома фірмами. Відповідно їхня вартість досить висока.

Еквівалентна схема і позначення такого тиристора наведені нарис. 2.44. У нормальному стані він проводить струм. Вимикання здійснюється подачею на керуючий електрод позитивної відносно катода напруги.

 

 

 

 

Запірний тиристор з МОН-керуванням

Найбільш перспективним із тиристорів для пристроїв енергетичної еблектроніки є тиристор, керований напругою - запірний тиристор з мон -керуванням. Його екві­валентна схема і позначення наведені на рис. 2.45. Він містить МОН- структури з п- (VT4) та р-каналами (VT1) і тиристорну чотиришарову структуру р-п-р-п (VT2, VT3).

 

 

 

 

 

Вмикають його подачею імпульсу напруги позитивної відносно ка­тода полярності на затвор n-канального МОН-транзистора VT1. Ви­микання здійснюється подачею імпульсу напруги негативної полярності на затвор p-канального МОН-транзистора VT4, що на короткий час шунтує катодний перехід тиристорної структури: емітерний перехід тран­зистора VT2. Цим забезпечується мала потужність у колі керування приладу.

Подібні тиристори (Integrated Gate-Commutated Thyristor або скоро­чено IGCT) типу 5SHY 35L4510 (фірма ABB Switzerland Ltd Semiconductors, Швейцарія) працюють при напругах до 4500 В і струмові вимикання до 4000 А (допустимий струм перенавантаження - 32 кА). Час вмикання і вимикання у них становить 10 мкс за мінімального періоду вмикання-вимикання 60 мкс. Тиристор комплектується драйве­ром з оптронним керуванням.

 

8 Реалізація елементів в інтегральних схемах (ізоляція, біполярні транзистори, супем-бета транзистор, составні транзистори, транзистори з бар’єром Шоткі, діоди, польові транзистори, МОН-транзистори, резистори, конденсатори, індуктивні резервування)

Ізоляція. Оскільки всі елементи робляться в єдиному напівпровідниковому кристалі, то важливо забезпечити ізоляцію елементів від кристала і один від одного.
Застосовуються найчастіше два способи ізоляції. Найбільш простий і дешевою є ізоляція і n- р- переходом. У цьому випадку в кристалі, наприклад, з кремнію типу р, методом дифузії робляться області типу і, звані «кишенями» (рис. 1). У «кишенях» надалі формуються необхідні пасивні або активні елементи, а й n-р- перехід між «кишенею» і кристалом в працюючій ІС постійно знаходиться під

 

Мал.. 1

 

зворотним напруженням. Для цього на кристал постійно подається негативний потенціал у кілька вольт. Кремнієвий n-р- перехід при зворотному напрузі має дуже високий опір (дещо мегаом), який і виповняє роль ізоляції. Очевидно, що між будь-якими двома елементами опір ізоляції дорівнюватиме подвійному зворотному опору ізолюючого n-р-переходу. Слід враховувати, що кожен такий перехід має бар'єрну місткість, і тому між

Мал.2

елементами виникає паразитний зв'язок місткості через місткості переходів.

Другий вид ізоляцій - діелектричним шаром - показаний на мал. 2. Тут також є "кишені" для наступного формування в них потрібних елементів, але між "кишенею" і кремнієвим кристалом є тонкий діелектричний шар діоксиду кремнію Si02. Створення цього шару значно ускладнює виготовлення мікросхеми. Та зате ізоляція виходить значно краще, ніж п - р-переходом.

І паразитна місткість між "кишенею" і кристалом при цьому методі ізоляції значно менше, оскільки діалектичній шар у декілька разів товще ізолюючого n - р- переходу. Проте із-за технологічної складності ізоляції діелектричним шаром найчастіше приміняєтьсяя ізоляція n - р- переходом. У подальшому викладі скрізь на малюнках показана саме така ізоляція. Окрім описаних методів існують ще і деякі інші способи ізоляції.

 

Біполярні транзистори.

Мал.1 Біполярний транзистор напівпровідникової ІС

Вони робляться по планерній або планерно-епітаксіальній технології. Методом дифузії в кристалі створюють області колектора, бази і емітера (мал. 1). На малюнку транзистор показаний в розрізі і в плані. Структура транзистора поглиблюється в кристал не більше ніж на 10-15 мкм, а лінійні розміри транзистора на поверхні не перевищують декількох десятків мікрометрів.

Як, правило, виготовляються транзистори типу n - р - n. Внутрішній (прихований) шар з підвищеною концентрацією домішок п в колекторі служить для зменшення опору і, отже, втрат потужності в області колектора. Але у колекторного переходу область колектора повинна мати знижену концентрацію домішок, щоб перехід мав велику товщину. Тоді місткість у нього буде менше, а напруга пробою - вище. Область емітера також часто роблять типу п для зменшення опору і збільшення інжекції. Згори на транзисторі створюється захисний шар оксиду Si02.

Від обастей колектора і бази часто роблять по два виводи, для того, щоб можна було з'єднати цей транзистор з сусідніми елементами без перетинів сполучних ліній. Такі перетини дуже небажані, оскільки вони значно ускладнюють виробництво.

 

Важливою проблемою при проектуванні і конструюванні ІС являється таке розміщення (топологія) елементів схеми, при якому з'єднання можуть бути зроблені без перетинів або, в крайньому випадку, з мінімальним числом періперерізів. Крім того, важливо, наскільки це можливо, зменшити паразитні зв'язки між елементами. При великому числі елементів може бути величезне число варіантів розміщення цих елементів і для розгляду усіх таких варіантів з метою вибору оптимального розміщення потрібно витратити дуже багато часу.

Останнім часом цю роботу стали виконувати електронно- обчислювальні машини, які, діючи за певними заданими умовами, в короткий час можуть вибрати найвигідніше розміщення елементів.

Типові параметри біполярних транзисторів напівпровідникових ІС такі: коефіцієнт посилення струму бази 200, гранична частота до 500 Мгц, місткість колектора до 0,5 пФ, пробивна напруга для колекторного переходу до 50 В, для емітерного до 8 В. Питомий опір n- і р- слоїв складає декілька сотень, а n - слоїв - не більше 15-20 Ом/Q.

Необхідно звернути увагу на те, що в напівпровідникових ІС завжди утворюються деякі паразитні елементи. Наприклад, з мал. 9-7 видно, що разом з транзистором типу n -р - п, створеним в кристалі типу р, існує паразитний транзистор р-п-р, в який входять кристал і області колектора і бази транзистора. А транзистор n- р - п разом з кристалом утворює паразитний тиристор n- р - п - р.

Внаслідок наявності зворотної напруги на ізолюючому переході паразитний транзистор і тиристор нормально замкнуті, але при попаданні в них яких-небудь імпульсів перешкод може статися небажане відмикання і спрацьовування цих елементів.

 

 

Багатоемітерні транзистори. Окрім звичайних транзисторів в цифрових напівпровідникових ІС застосовуються також багатоемітерні транзистори. Принцип пристрою таких транзисторів і їх зображення на схемах показані на мал. 9-8. Для прикладу узятий чотирьох-емітерний транзистор. Такий транзистор можна відмикати подачею імпульсу прямої напруги на будь-який з чотирьох емітерних переходів. До кожного емітера підключається своє джерело відмикаючого імпульсу.

При цьому важливо, що такий імпульс напруги не проникне в інші джерела вхідних імпульсів, оскільки емітерні переходи, не працюючі в даний момент, знаходитимуться під зворотною напругою.

Наприклад, якщо на емітер Э1 поданий імпульс негативної напруги, то "- р-переход цього емітера відпирається і в транзисторі виникає колекторний струм. Негативний потенціал з Е1 передається на базу типу р, а оскільки емітери Э2, Э3 і Э4 мають нульовий потенціал, то на їх п - р-переходах виходить зворотна напруга, вони мають дуже високий опір і, таким чином, імпульс, поданий на Э1 не потраплятиме в ланцюги емітерів Э2, Э3 і Э4, т. е. ці ланцюги розв'язані один з одним.

Якби чотири різні джерела відмикаючих імпульсів були підключені разом до одного емітера, то розв'язки не вийшло б. В цьому випадку для розв'язки в ланцюг кожного джерела вхідного сигналу включають діоди, що значно складніше, ніж застосування одного багатоемітерного транзистора.

Слід звернути увагу, що в багатоемітерному транзисторі працюючий емітер разом з базою і іншим, сусіднім емітером утворює паразитний транзистор. Щоб зменшити вплив останнього, між сусідніми емітерами роблять відстань не менше 10 мкм, т. е. у такого паразитного транзистора виходить порівняно товста база.

Подібно до багатоемітерних транзисторів застосовуються багатоколекторні транзистори. Їх структуру можна уявити собі, якщо в схемі на мал. 9-8 чотири емітери включити як колектори, а колектор змусити працювати як емітер.

Супербета-транзистор. У мікросхемах іноді роблять транзистори з такою назвою. У них база має товщину усього лише 0,2 - 0,3 мкм і за рахунок цього коефіцієнт (3 досягає декількох тисяч. Проте гранична напруга гик.6 в цих транзисторах не перевищує 1,5 - 2 В. При більшій напрузі відбувається зімкнення колекторного переходу з емітерним.

Складені транзистори, вживані в ІС, є парою транзисторів, сполучених так, що виходить елемент з дуже високим коефіцієнтом посилення (3. Найчастіше зустрічається так звана пара Дарлингтона (мал. 9-9). На підставі схеми можна встановити наступні співвідношення:

 

 

Якщо значення /62 підставити в другу рівність і розділити цю рівність на i6, то отримаємо результуючий коефіцієнт посилення такого складеного транзистора:

 

 

При отримуємо . Практично р може досягати декількох тисяч.

Транзистор з бар'єром Шотки. Такий транзистор є біполярним транзистором, у якого колекторний перехід шунтований діодом Шотки. Як було показано в § 2-4, діод Шотки має контакт металу з напівпровідником і має випрямляючі властивості. Його гідністю є відсутність дифузійної місткості, і за рахунок цього робочі частоти діода доходять до 3 - 15 ГГц. На мал. 9-10 показані схема транзистора з бар'єром Шотки

і структура такого транзистора в напівпровідниковій ІС. У нім алюмінієва металізація забезпечує невипрямляючий контакт з базою типу р, але створює випрямляючий контакт, т. е. діод Шотки, з колектором типу п. При роботі такого транзистора в режимі ключа значно підвищується швидкодія. Транзистор швидше переходить з відкритого стану в закритий.

Діоди (транзистори в діодному включенні). Раніше діоди ІС виконувалися у вигляді структури з двох областей з різним типом електропровідності, т. е. у вигляді звичайного п-р-перехода. Останніми роками в якості діодів стали застосовуватися біполярні транзистори в діодному включенні. Це виявилося зручним для виробництва. Можливі п'ять варіантів діодного включення транзистора. Вони показані на мал. 9-11 і дещо відрізняються один від одного по своїх параметрам. У варіанті БК - Э замкнуті накоротко база і колектор. У такого діода час відновлення, т.е. час перемикання з відкритого стану в закритий, найменше, - одиниці наносекунд. У варіанті Б - Э використовується тільки емітерний перехід. Час перемикання в цьому випадку у декілька разів більше. Обидва ці варіанти мають мінімальну місткість (десяті долі пікофарада) і мінімальний зворотний струм (0,5-1 нА), проте і мінімальна пробивна напруга. Останнє несуттєво для низьковольтних ІС. Варіант БЭ - К, в якому закорочені база і емітер, варіант Б -К з використанням одного колекторного переходу за часом перемикання і місткості приблизно рівноцінні варіанту Б - Э, але мають вищу пробивну напругу (40 - 50 В) і більший зворотний струм (15 - 30 нА). Варіант Б-ЭК з паралельним з’єднанням обох переходів має найбільший час перемикання (100 нс), найбільший зворотний струм (до 40 нА), дещо велику місткість і таку ж малу пробивну напругу, як і в перших двох варіантах. Найчастіше використовуються варіанти БК - Э і Б - Э.

Деякі з розглянутих варіантів діодів іноді застосовують в якості стабілітронів. Для стабільної напруги 5 -10 В використовують варіант Б - Э при зворотній напрузі в режимі електричного пробою. Стабільні напруги, кратні прямій напрузі 0,7 В, отримують при послідовному з'єднанні діодів (варіантів) БК-Э, працюючих при прямій напрузі. Температурний коефіцієнт напруги (ТКН) в таких стабілітронах складає одиниці мілівольт на кельвін. Найменші ТКН отримують при послідовному зустрічному з'єднанні двох діодів п -р. По структурі вони аналогічні транзистору, у якого зроблено дві емітерні області. Один діод працює в режимі електричного пробою, а інший - при прямій напрузі. Оскільки ТКН при прямій і зворотній напрузі має різні знаки, то проявляється ефект компенсації і результуючий ТКН виходить менше 1 мВ/До.

 

Польові транзистори з п - р-переходом. Ці транзистори можуть бути виготовлені спільно з біполярними на одному кристалі. На мал. 9.16, а показана структура планарного польового транзистора з n -каналом. У "кишені" n -типа створені області (n -типа) стоку і витоку і область (р-типа) затвора. Стік розташований в центрі, затвор навколо нього. Для зменшення початкової товщини каналу іноді усередині роблять прихований шар р, але це пов'язано з

 

 

Мал. 9.16. Польовий транзистор напівпровідниковий ІС з каналом n -типа (а) і p-типа (б)

 

ускладненням технологічних процесів. Інший варіант польового транзистора - з каналом р-типа - зображений на мал. 9.16,б. Його структура співпадає із структурою звичайного п - р - п-тран- зистора. В якості каналу використовується шар бази.

 

МОН-ТРАНЗИСТОР. Біполярні транзистори в ІС все більше витісняються транзисторами типу МОН (чи МДП). Це пояснюється важливими перевагами МОН-ТРАНЗИСТОР, зокрема їх високим вхідним опором і простотою пристрою. Особливо просто виготовляються МОН- транзистори з індукованим каналом. Для них в кристалі р-типа потрібно лише створити методом дифузії області п витоку і стоку (мал. 9.17, а).

На переходах між цими областями і підкладкою підтримується зворотна напруга, і таким чином виконується ізоляція транзисторів від кристала і один від одного. Аналогічна ізоляція каналу від кристала.

Дещо складніше виготовлення на підкладці типу р МОН-ТРАНЗИСТОР з каналом р-типа, оскільки для подібного транзистора необхідно спочатку зробити "кишеню" n -типа (мал. 9.17,6). У деяких ІС знаходять застосування пари МОН- транзисторів з каналами п- і р-типа.

 

 

 

Мал. 9.17. МОН-ТРАНЗИСТОР полупроводни-ковой ІС з індукованим каналом "- типу (а) і р-типа (б)

 

9.18. Схема інвертора на комплементарних транзисторах

 

Такі пари називають транзисторами (КМОП або КМДП) комплементу. Транзистори комплементу застосовуються в ключових (цифрових) схемах і відрізняються дуже малим споживанням струму і високою швидкодією. Зустрічаються також ІС, в яких на одному загальному кристалі виготовлені біполярні і МОН-ТРАНЗИСТОР.

Прикладом використання транзисторів комплементу може служити схема інвертора, широко вживана в різних цифрових (логічних) пристроях. У схемі на мал. 9.18 показані транзистори з індукованими каналами п- і р-типа. Їх затвори сполучені паралельно і є входом; стоки також сполучені паралельно і є виходом. Для джерела живлення Е транзистори зєднання послідовно. При подачі на вхід позитивної або негативної напруги індукований канал виникає в одному або в іншому транзисторі, т. е.один транзистор відпирається в той час, коли інший замкнутий. Якщо замкнутий транзистор Т1 а Т2 відімкнений, то на виході буде напруга, близька до Е. При замкнутому транзисторі Т2 і відімкненому T1 вихідна напруга близька до нуля. Таким чином, схема може знаходитися в одному з двох різних станів. Оскільки в будь-якому з цих станів один транзистор замкнутий, то уся схема споживає від джерела нікчемно малий струм.

 

Резистори. У напівпровідникових ІС використовуються так звані дифузійні резистори,що є усередині кристала області з тим або іншим типом електропровідності. На мал. 9.19 показані структури таких резисторів. Опір дифузійного резистора залежить від довжини, ширини і товщини області, що виконує роль резистора, і від питомого опору, т. е. від концентрації домішок. Резистор типу р (мал. 9.19, а) робиться одночасно з базами транзисторів.

В цьому випадку питомий опір складе сотні ом на квадрат і можуть бути отримані номінали до десятків кілоом. Для збільшення опору іноді резистор роблять зигзагоподібній конфігурації. Якщо потрібні відносно малі опори (одиниці і десятки ом), то резистори виготовляють одночасно з емітерними областями типу n (мал. 9.19,6) транзисторів. Температурний коефіцієнт дифузійних напівпровідникових резисторів виходить рівним десятим часткам відсотка на кельвін і менш.

 

 

 

Допуск (відхилення від номінала) складає ±(15 - 20)%, а іноді і більше.

Останнім часом окрім методу дифузії для виготовлення резисторів ІС стали застосовувати метод іонної імплантації. Він полягає в тому, що відповідне місце кристала піддається бомбардуванню іонами примі-сі, які проникають в кристал на глибину 0,2 - 0,3 мкм. У таких іонного-легованих резисторів питомий опір може бути до 20 кОм/, а номінали досягають сотень кілоом з допуском ± (5 - 10) %.

Слід звернути увагу на паразитну місткість по відношенню до підложки. Крім того, у резистора типу р (мал. 9.19, а) разом з кристалом утворюється паразитний р - n - р-транзистор. При проектуванні ІС завжди вибираються такі режими роботи резистора, в яких паразитний транзистор замкнутий і практично не чинить шкідливого впливу. Паразитна місткість обмежує робочі частоти, на яких опір резистора можна вважати активним. На частотах вище деякою граничною опір резистора стає комплексним.

 

 

Еквівалентна схема дифузійного резистора із структурою, зображеною на мал. 9.19,6, показана на мал. 9.20. У ній враховані паразитні елементи: конденсатори Ci і С2, відповідною місткості між резистором і підложкою, і діоди Д1 і Д2, що знаходяться під зворотною напругою. Діоди відповідають ізолюючому n-р-переходу. Схема є наближеною, оскільки насправді місткість і опір ізоляції розподілені уздовж резистора.

В якості резистора може бути використаний канал МОН-структури. Такі МОП-резистори робляться одночасно з МОН-транзисторами. Якщо по структурі вони виготовлені аналогічно транзисторам, то підбором напруги затвора можна встановити потрібний опір резистора. Аналогічні МОП-резисторам так звані пінч-резистори, що мають структуру польового транзистора з п - р-переходом. Резистором служить канал, а потрібний опір підбирається напругою затвора

Конденсатори. Типовим для напівпровідникових ІС являється дифузійний конденсатор, в якому використовується бар'єрна місткість п-р-перехода. Місткість такого конденсатора (мал. 9.21) залежить від площі переходу, діелектричної проникності напівпровідника і товщини переходу, яка, у свою чергу, залежить від концентрації домішок. Якщо потрібна велика місткість, то перехід роблять одночасно з емітерними переходами транзисторів.

 

Оскільки область емітера має електропровідність n -типа, то перехід в конденсаторі буде тоншим; питома місткість вийде більше, приблизно 1000 пФ/мм2. В цьому випадку конденсатори робляться місткістю до 1500 пФ з допуском ±20%. Температурний коефіцієнт місткості (ТКЕ) складає приблизно - 3 , пробивне напруга не перевищує 10 В. На жаль, у таких конденсаторів низька добротність - не більше 20 на частоті 1 Мгц. У конденсаторів, виготовлених одночасно з колекторними переходами, питома місткість буде менше, приблизно 150 пФ/мм2.

Такі конденсатори мають місткість HI більше 500 пФ з допуском ±20%. Пробивне напруга у них до 50 В, ТКЕ рівний - 3 і добротність на частоті 1 Мгц доходить до 100. Порівняно низька добротність розглянутих конденсаторів пояснюється тим, що діелектриком служить напівпровідниковий n- р-переход, в якому великі втрати енергії. Та і обкладання, роль яких виконують напівпровідникові шари, мають значний опір.

Дифузійні конденсатори працюють тільки при зворотній напрузі, яка має бути постійною для отримання постійної місткості. Оскільки бар'єрна місткість нелінійна, то дифузійний конденсатор може рабо-тать в якості конденсатора змінної місткості, регульованої електрино, - шляхом зміни постійної напруги на конденсаторі. Змінюючи зворотну напругу в межах 1 -10 В, можна змінювати ємність 2,0 - 2,5 рази. У деяких схемах РЭА потрібно нелінійні конденсатори. Їх функції можуть виконувати дифузійні конденсатори.

 

На мал. 9.22 показаний МОН-конденсатор, вживаний в напівпровідникових ІС, особливо в таких, які працюють на МОН-транзисторах. Одній обкладці служить дифузійний шар кремнію типу n, на якому створюється тонкий шар діелектрика Si02. Поверх цього шару наноситься металева (алюмінієва) плівка, граюча роль другого обкладки. Питома місткість таких конденсаторів до 400 пФ/мм2, номінали бувають до 500 пФ з допуском ± 25 %. Пробивна напруга може бути до 20 В. Гідність МОН-конденсаторів - порівняно низький ТКЕ (приблизно 2 ), вища добротність (до 200-250) і можливість роботи при будь-якій полярності напруги. Нелінійність місткості, т. е. залежність її від напруги, у МОН-конденсаторів значно менше, ніж у дифузійних конденсаторів. Так само як і у інших елементів, у конденсаторів ІС утворюються паразитні місткості по відношенню до кристала і паразитні транзистори.

На мал. 9.23 зображена еквівалентна схема дифузійного конденсатора, структура якого зображена на мал. 9.21. Окрім основної ємності З показана місткість відносно підложки Сп і діоди Д1 і Д2, знаходячись під зворотною напругою і що відповідають двом п - р-переходам. Опори областей бенкет, що утворюють конденсатор, показані резисторамиR 1 і R2 - МОЖЛИВІ різні варіанти еквівалентних схем. Наприклад, замість двох діодів можна показати паразитний транзистор типу р-п-р.

 

На мал. 9.23 зображена в розрізі частина напівпровідникової ІС, що відповідає схемі на мал. 9.4, т. е. що складається з дифузійного конденсатора, транзистора і резистора.

 

Індуктивність. Котушки індуктивності в напівпровідникових ІС зробити неможливо. Тому зазвичай проектуються такі ІС, в яких не потрібно індуктивність. Якщо все ж необхідно мати індуктивний опір, то можна створити еквівалент індуктивності, що складається з транзистора, резистора і конденсатора. Приклад одного з таких еквівалентів показаний на мал. 9.24.

Тут змінна напруга U підводиться між колектором і емітером транзистора. Для спрощення не показана подача на транзистор постійної живлячої напруги. Частина змінної напруги U через RC -коло подається на базу. Значення R і С підібрані так, що R 1/( С). Тоді струм в RC -кола можна приблизно вважати співпадаючим по фазі з напругою U. Але напруга Uq на конденсаторі відстає

 

 

 

 

Мал. 9.25. Еквівалент індуктивності

 

від струму Irc на 90°. Напругу Uc подається на базу і управляє колекторним струмом транзистора /до, який співпадає по фазі з напругою Uc, т. е. відстає на 90° від напруги U.

Таким чином, транзистор в цій схемі створює для напруги U опір, еквівалентний деякому індуктивному опору = U/ = =

Резервування (дублювання). Як вже було вказано, напівпровідникові С мають дуже високу надійність. Проте в деяких, особливо відповідальних випадках необхідно надійність ще підвищити. Один з методів підвищення надійності - резервування (дублювання) елементів. Пояснимо цей принцип на прикладі діода. На мал. 9.26 показана схема включення чотирьох діодів замість одного, причому діоди сполучені один з одним послідовно і паралельно. Відмова діода може бути, як правило, наслідком або пробою (короткого замикання), або розриву ланцюга. Нехай кожен діод має прямий опір 10 Ом і зворотне 1 МОм.

 

Рис. 9.26. Принцип дублирования диода

Якщо, наприклад, пробитий діод 1 і його опір приблизно можна вважати рівним нулю, то працюватимуть діоди 2 і 4, котрі створять прямий опір 5 Ом і зворотне 0,5 МОм. А якщо в діоді 1 станеться порушення контакту (обрив), то залишаться працювати діоди 2, 3 і 4. Вони дадуть пряме опору 15 Ом і зворотне 1,5 МОм.

Аналогічно усе буде при відмові будь-якого іншого діода. Вірогідність відмови одночасно двох діодів, що призводить до відмови усієї четвірки, нікчемно мала. Таким чином, підвищення надійності за принципом дублювання дає дуже відчутний ефект. (До речі, на початку глави ми відмічали, що такий принцип діє відносно нервових клітин в людському мозку.)