ОГЛАВЛЕНИЕ

Ю.С.Забродин
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника для студентов
энергетических и электромеханических
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1982
специальностей вузов

ГЛАВА ПЕРВАЯ


(Ml ( т 4 т " ii
mi ' D-MIM < i
MI ( lit- ITTit i

II па 11II
€£:ет O-i-it


ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

§ 1.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ. БЕСПРИМЕСНЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Полупроводники занимают по электропроводности промежуточное положение между металлами (проводниками электрического тока) и диэлектриками. Знание физической сущности электропроводности важно для последующего изучения принципа действия полупровод¬никовых приборов, их параметров и характеристик.
Особенность электропроводности полупроводников обусловлива¬ется спецификой распределения по энергиям электронов атомов, ко¬торое характеризуется энергетической диаграммой полупроводника.
Прежде чем перейти к рассмотрению энергетических диаграмм кристаллических тел, ознакомимся с энергетической диаграммой изолированного атома.
К
В соответствии с принципами квантовой меха¬ники электроны атома могут обладать определенны¬ми значениями энергии или находиться на опреде¬ленных (разрешенных) энергетических уровнях (рис. 1.1). В изолированном атоме су¬ществует конечное число энергетических уровней, на каждом из которых могут одновременно находиться не более двух электронов, различающихся направле¬нием спиновых моментов (принцип Паули). Электро¬ны низших уровней сильно связаны с атомом. По мере увеличения энергии уровня, занимаемого элек¬троном, эта связь ослабевает.
Рис. 1.1. Энер¬гетическая диа¬грамма изоли¬рованного ато¬ма
В отсутствие внешних воздействий, увеличиваю¬щих энергию электронов, атом находится в исход¬ном (невозбужденном) состоянии, при котором все низшие энергетические уровни заняты электронами, а верхние — свободны. При наличии внешних воз¬действий (тепловые кванты — фононы, кванты све¬та фотоны, электрическое или магнитное поле и

7

др.) электроны атома приобретают дополнительную энергию и переходят на более высокие энергетические уровни (возбуж¬дение атома) или вовсе освобождаются от атома и становятся свободными, не связанными с атомом (ионизация атома). При этом внешнему воздействию подвержены электроны высоких энергети¬ческих уровней, слабее связанные с атомом.
we
Согласно квантовой теории, энергетическая диаграмма группы близко расположенных однотипных атомов претерпевает изменения по сравнению с изолированным атомом (рис. 1.2). Вследствие взаимодействия атомов друг с другом раз¬решенные уровни энергии электронов соседних ато¬мов смещаются, образуя близко расположенные смещенные уровни энергии -под¬уровни. При этом смещению подвергаются и уровни высоких энергий, где электроны слабо связа¬ны с атомами. Подуровни образуют так называемые зоны разрешенных уровней энер¬гии, которые отделены друг от друга запрещен¬ными зонами. Число подуровней в каждой из раз¬решенных зон равно количеству атомов в группе. Кристалл твердого тела характеризуется боль¬шим количеством близко расположенных атомов. Поэтому число подуровней, входящих в разрешенные
зоны его энергетической диаграммы, довольно велико.
Рис. 1.2. Энер¬
гетическая диа¬
грамма группы Носители заряда в беспримесных (чистых)
(четырех) близ- полупроводниках
ко расположен¬
ных атомов jra электропроводность твердого тела оказыва¬
ет существенное влияние расположение двух со¬
седних зон разрешенных уровней энергии в верх¬
ней части энергетической диаграммы (рис. 1 2). В зависимости от
электронной структуры атома и строения кристаллической решет¬
ки между соседними зонами разрешенных уровней энергии
либо может сохраниться запрещенная зона, либо ее может и не
быть. Эти две вероятности, а также ширина запрещенной зоны опре¬
деляют три класса кристаллических тел: проводники, диэлектрики
и полупроводники. Расположение двух соседних зон разрешенных
уровней энергии в верхней части их энергетических диаграмм при¬
ведено на рис. 1.3.
В металлах (рис. 1.3, а) энергетическая диаграмма представляет собой непрерывный спектр разрешенных значений энергии, а в полу¬проводниках и диэлектриках — прерывистый (рис. 1.3, б, в). В полу¬проводниках и диэлектриках зоны разрешенных значений энергии отделены запрещенной зоной энергии A Wa. На энерге¬тических диаграммах рис. 1.3 можно выделить две характерные зоны разрешенных значений энергии: нижнюю (заполненную), или в а-лентную, зону и верхнюю (свободную), или зону про¬водимости. В отсутствие внешних воздействий на электроны

ффициент усиления многокаскадного усилителя равен произ-ию коэффициентов усиления входящих в него каскадов:
Кп==!Ь- = *Ь*^ -^ . . . U^UL = КтКт ...KUN. (2.69)
Ки Ег Ег UBX2 UBXN
Гвязь каскадов в многокаскадном усилителе может осуществлять-
помощью конденсатора, трансформатора или непосредственно.
т? соответствии с этим различают усилители с конденсате р-
ой трансформаторной и непосредственной
связью. ;
В настоящее время усилители применяются преимущественно в интегральном исполнении с непосредственной связью между каска¬ми (см § 2.7). Исключение составляют узкополосные усилители радиотехнических устройств высокой частоты, где связь усилительных каскадов интегрального исполнения, а также связь источника вход¬ного сигнала с входом усилителя и выхода усилителя с нагрузкой могут осуществляться через трансформатор (одна из обмоток которого образует с дополнительно вводимым конденсатором параллельный колебательный контур). Конденсаторы в усилителях интегрального исполнения могут применяться как навесные элементы для связи источника входного сигнала с входом усилителя, выхода усилителя с нагрузкой, а также для связи отдельных усилителей между собой. В качестве элемента связи конденсатор используется в усилителях звуковых частот, усилителях высокой частоты и широкополосных усилителях.
Для многокаскадных усилителей важными являются ампли¬тудно-частотная, фаз о-ч астотная и амплитуд¬ная характеристики. В данном параграфе эти показа¬тели рассматриваются для усилителей, в которых в качестве элемен¬тов связи используются конденсаторы, поскольку этот случай явля¬ется более общим. Рассмотрение проводится для наиболее общего случая — на примере многокаскадного усилителя с конденсаторной связью между каскадами. Материал базируется на применении в усилителях биполярных транзисторов.
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики
усилителя
В многокаскадных усилителях с конденсаторной связью (рис. 2.15) нагрузкой промежуточного каскада является входная цепь после¬дующего каскада. С учетом замены RB на /?вх анализ, проведенный в 5 2.2, действителен и для промежуточных каскадов. Число каска¬дов в многокаскадном усилителе определяют по выражению (2.69), исходя из требуемого коэффициента усиления. Каскады рассчиты-ают (выбор и обеспечение режима покоя, расчет по переменному 0КУ) в последовательности от оконечного каскада к первому. Сначала проводят ^расчет оконечного каскада, который обеспечивает получение Ребуемой мощности (тока или напряжения) сигнала на нагрузке RH.
5-648 113

олнены по аналогии со схемами рис. 2.27, а, б. Отличие заклю-БЫтся В ТОМ, ЧТО В схемах рис. 2.27, в, г используются транзисторы ча„^и п-п-р и п-р-п, благодаря чему здесь отпадает необходимость двух противофазных входных сигналах. При положительной полу-Б дне сигнала в усилении участвует транзистор Т1г а транзистор Г2 Б°крыт. При отрицательной полуволне сигнала поведение транзис¬торов обратное.
укажем общую особенность схем рис. 2.27 по сравнению со схе¬мой, содержащей трансформатор в выходной цепи. В схеме рис. 2.23 мощность {UKmIKm}l2, отдаваемая в нагрузку, близка к величине [f /($t&Rn)- Иными словами, здесь путем варьирования коэффи¬циента трансформации сравнительно просто решается задача полу¬чения требуемой мощности в нагрузке при полном использовании транзисторов по току и напряжению в условиях заданных значений
Рв и RH.
В схемах рис. 2.27, а—г это трудно выполнимо, поскольку мощ¬ность в нагрузке определяется отношением U'im/(2RH). Единственной возможностью получения требуемой мощности при заданном значе¬нии RB при этом является воздействие на значение UKm, т. е. на ве¬личину напряжения питания каскада. При малых RH транзистор может оказаться недогруженным по напряжению, а при больших RH — по току.
Следует также отметить особенность каскадов, выполненных по схемам рис. 2.27, а, б, в которых транзисторы Т±, Тг имеют разные способы включения: транзистор Ti — по схеме ОЭ, а транзистор Т2 — по схеме ОК. Так как при указанных схемах включения коэффици¬енты усиления по напряжению различны, должны быть приняты меры по выравниванию коэффициентов усиления для обеих полуволн входного сигнала. Задачу решают обеспечением соответствующих коэффициентов усиления по двум входам предвыходного фазоин-версного каскада. В схемах рис. 2.27, в, г необходимость в этом от¬падает, поскольку оба транзистора работают в одинаковом режиме — включены по схеме ОК.
Все схемы двухтактных выходных каскадов требуют применения одинаковых по параметрам транзисторов, в особенности имеющих равные коэффициенты передачи тока р\
§ 2.6. УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Введение обратной связи ОС призвано улучшить показатели уси¬лителя или придать ему некоторые специфические свойства. Ранее бьм рассмотрен простейший вид обратной связи в одиночных уси¬лительных каскадах, где она применялась для температурной ста¬билизации режима покоя. Проанализируем общие закономерности, 0оУсловливаемые введением обратных связей в усилитель. В част¬ности, это необходимо для построения усилителей на современной элементной базе (на линейных интегральных микросхемах).
131


ействием сигнала ег, увеличивает ток /б1 и уменьшает ток /б2. воай„„оиие базовых токов вызывает изменение коллекторных токов: Кг — IJ1 — Р^вх- Так как /к4 равен току /к1, __.,._ . „г При этом ток нагрузки /н= /к4 — /к2= 2р/вх. «„пряжение на выходе t/BbIX = 2р/Вх#н. Подача входного напря-ния противоположной полярности вызывает изменение направ¬ляя токов /вх. AJ И полярности напряжения £/вых.
коэффициент усиления каскада по напряжению

Ки

UR
ет

2рЯн Яг + 2гв

2РЯН
Яг + 2[гб + (1+Р)лэ]

(2.136)

При Rr = °

КУ =

РЯН
гв + (1 + Р)г.

(2.137)

В числитель выражения (2.134) входит сопротивление RK каскада (см. рис. 2.33, а), а в числитель выражения (2.137) — сопротивление Ra. В многокаскадных УПТ ^н является входным сопротивлением последующего каскада, величина которого с помощью средств совре¬менной схемотехники может быть обеспечена порядка нескольких сотен килоом. Создание же сопротивлений RK подобной величины при интегральном исполнении каскадов затруднено, поскольку резис-тивные слои на поверхности кристалла микросхемы занимали бы чрезмерно большую площадь. В связи с этим коэффициент Кик в про¬стейшем дифференциальном каскаде составляет несколько десятков, а в каскаде с динамическими нагрузками — несколько сотен.
Для дифференциальных усилительных каскадов, а также УПТ на их основе важным параметром является входное сопро¬тивление. Сопротивление ^вх, равное сумме входных сопро¬тивлений транзисторов Tv Т2 (RBX = 2гвх), использовалось ранее
Величина RB
при расчете входных токов [см. выражение (2.128)]
определяет сопротивление нагрузки для
^
О**
■&и6ыП
источника входного сигнала, поэтому
сопротивление ^,(Х целесообразно иметь
возможно большим. Поскольку входная
ивых! Я>
характеристика транзистора нелинейна
(см. рис, 1.28, б), высокому входному
сопротивлению будет соответствовать
выбор малых базовых токов в режиме
покоя (токов смещения) и соответствен-
но Малых токов /э. При этом дссти-
Жимые значения входного сопротивле-
ия составляют десятки и сотни ки¬лоом.
Существенное повышение (до десят-в мегом) входного сопротивления да-
Рис. 2.38. Схема дифференци¬ального каскада на полевых транзисторах
149
вьгполнение дифференциального кас-Дана полевых транзисторах (рис. 2.38).

тельно малых составляющих 1б и /^ ток iK на этапе /„
°ТНется преимущественно током ia, т. е. i^i'u=Ej(nnRH)=EKI'Ra-
ояредел иНЯТЬ ^ф-С tB, то ток базы на интервале 4 будет изменять-
. п0 закону „ _t,
ся п° /б = J- е , (3.49)
«б {R + гвх)
= С(/? + гвх) — постоянная времени цепи базы; гвх — вход-гДе ^ дротивление транзистора в открытом состоянии. я°е_ jj т е л ь н о с т ь /в характеризует состояние схемы, при оом создаваемый по цепи обратной связи ток базы (ток заряда К°Т<лечсатора) обеспечивает режим насыщения транзистора, т. е. ?°>//8. Однако по мере заряда конденсатора {см. рис. 3.15, д, ё) 'б £дзы уменьшается, вследствие чего уменьшается степень насы¬щения транзистора. В момент времени t3 ток базы убывает до значе¬ния i- = iJ$> что соответствует выходу транзистора из режима на¬сыщения. Следующий вслед за этим процесс запирания транзистора определяет момент окончания формирования, блокинг-генератором импульса напряжения длительностью tB (см. рис. 3.15, г).
Время 4 можно найти, положив в формуле (3.49) г'б = EK/(ftR'a):
«б (R + гвх)
Переход транзистора в закрытое состояние происходит за счет по¬ложительной обратной связи также лавинообразно и называется о б-ратным блокинг-процессом. Его начало обусловли¬вает повышение напряжения на коллекторной и базовой обмотках трансформатора. Обратный блокинг-процесс протекает при взаимном уменьшении токов коллектора и базы и заканчивается запиранием транзистора. Его длительность определяет время среза tG формируе¬мого импульса. Время ta мало отличается от t%. Закрытое состояние транзистора после момента времени ti поддерживается напряжением на конденсаторе, полярность которого указана на рис. 3.15, а.
Процессы, протекающие в схеме после запирания транзистора в момент времени tt, связаны с разрядом конденсатора и рассеянием энергии, накопленной в магнитном поле трансформатора.
Разряд конденсатора С происходит по цепи w6 — R — 7?5 — (~~£к* (см. рис. 3.15, а). Вследствие разряда напряжение на конден¬саторе изменяется, как показано на рис. 3.15, д.
На интервале /в трансформатор накапливает энергию Евиду под¬ключения его коллекторной обмотки хюк к источнику питания и про¬текания через нее тока ншагничивания «V. При запирании транзи¬стора коллекторная обметка трансформатора отключается от источ¬ника питания. На ней индуцируется напряжение, препятствующее Уменьшению тока iv„ Напряжение самоиндукции возникает также На базовой и нагрузочной обмотках. Полярности напряжений пока¬заны на схеме замещения блокинг-генератора, приведенной на Рис. 3.16, в.
203

Если в пределах всех декад счет ведется в двоичной системе счисле-
йЯ то, например, числу 978 будет отвечать код 1001 0111 1000, ха-
ч н о всего счетного устройства.
11 ктеризующий двоично-десятичную систему с ч и-
Рления Rcero с

§ 3.14. РЕГИСТРЫ
Выходы
11 j
т
регистрами называют функциональные узлы, предназна¬ченные для приема, хранения, передачи и преобразования информа¬ции. В зависимости от спо¬соба записи информации (ко¬да числа) различают парал¬лельные, последовательные и параллельно - последователь¬ные регистры.
„Считыва¬ние"
о й в в
I L 1 1—
Л.
-0
Установка нупя"
я. -^„Запись"
&
3,
Входы
3.50. Структурная схема парал¬лельных регистров
Рис.
Параллельные регистры. В параллельных регистрах запись двоичного числа (слова) осуществляется параллельным кодом, т. е, во все разряды регистра од¬новременно. Их функция сво¬дится только к приему, хра¬нению и передаче информа¬ции (двоичного числа). В свя¬зи с этим параллельные ре¬гистры часто называют р е-гистрами памяти.
Параллельный ^-разряд¬ный регистр состоит из N триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствую¬щих количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняет¬ся на два и три входа. Запись цифровой информации того или ино¬го канала в регистр осуществляется по цепи управления регистром.
Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется и^структурной схемой (рис. 3.50) при одном канале четырехразряд¬ной цифровой информации. Обозначения на рисунке: 7\ — триггер младшего разряда; Ti— триггер старшего разряда; Эг — 54 — ыле-Менты, предназначенные для управления записью информации в ре¬гистр; эъ — Эн — элементы, служащие для управления считыва¬ем информации из регистра.
Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в
СОет°яние «0» подачей импульса по входу «Установка нуля». Для
агшси в регистр входной информации подают импульс записи, откры-
акдций входные элементы И. Код входного числа записывается в ре-
Стр. Если, например, на входе присутствует код 1011, что соответ-
твует числу 11, то это же число будет записано в регистр. По оконча-
247

пульс ВГ переводит счетчик в состояние «О». Таким образом, пока¬яния генератора чисел циклически повторяются от 0 до 9. 33 КоД числа генератора чисел (сигналы его разрядов) преобразует-в код управления сегментами индикаторов. Одновременно код ° ла генератора поступает на блоки сравнения, на которые подают-4 также коды чисел, записанные в счетных декадах. ° Если в данный такт работы генератора чисел его код числа равен
0ду числа, записанному, например, в первой счетной декаде СД{, т0 сигнал на выходе блока сравнения кодов этой декады станет равным нуЛю. Сеточный ключ KCt индикатора Л( перейдет в закрытое состои¬те и к сетке этого индикатора будет приложено напряжение питания Индикатор Лi воспроизведет число генератора чисел, равное числу, записанному в первой счетной декаде. В других тактах работы гене¬ратора чисел его коды чисел будут совпадать с кодами чисел других счетных декад. Аналогичным образом будет воспроизводиться ин¬формация и на их индикаторах. При равенстве кодов отдельных счет¬ных декад информация на индикаторах будет отображаться одновре¬менно. Повторная регистрация результатов на каждом индикаторе будет производиться через 10 тактов работы генератора чисел. Часто¬та повторения fh должна составлять 30—50 Гц для исключения мель¬кания изображения. Из этих соображений выбирают частоту следо¬вания импульсов ведущего генератора: far = Wfn > 300 4- 500 Гц. Обычно частота far = I т- 2 кГц. Длительность работы Тр каждого индикатора за период индикации равна l/(10fn) и не зависит от числа разрядов счетчика. Увеличение количества разрядов не приводит к уменьшению яркости свечения индикаторов.
Сеточные транзисторные ключи КС( — КСп выполняют по типу анодных ключей сегментов (см. рис. 4.3). Сетку подключают к выходу ключа на МДП-транзисторах с комплементарной структурой. На¬пряжением питания сеточных ключей служит общий источник £а. Так как мультиплексное управление обусловливает импульсный режим работы индикатора, его напряжение питания, токи анодов и сетки выбирают в соответствии с параметрами импульсного режима. Сравнение кодов для каждой декады осуществляется с помощью комбинационной схемы (рис. 4.5). Равенству чисел счетной декады и генератора отвечает совпадение логических состояний четырех разря¬дов сравниваемых схем. Элемент
з5 НС,

& ~
■ I ■
1
з, * Эг I
*Ч i
h Ъ
1 / 1 \/
& \&
& \&
& \& U и
11 I I
Х,У, ИМ ММ
хзУзхз1^ TV
ад 1 1
ад
^i выявляет совпадение пока- \ИаВ_ход
заний по первым разрядам, эле¬мент Э2 — по вторым, элемент ^з — по третьим, элемент Э4 — п° четвертым.
Поразрядное совпадение по-
азаний характеризуется функ¬цией F =] при х = у = 1 или е ~ У = 0, где х и у — соот-р ТСТвенно прямые выходы раз¬рядов счетной декады и генера-
269
Ра чисел. Для указанной КОМ- Рис. 4.5. Схема сравнения кодоп

Присутствие ионов в ДК обусловливает проводимость индика-т0ров с динамическим рассеянием света и протекание через жидкий кристалл тока при наличии напряжения. Вследствие ионной прово¬димости создается опасность электролитического распада жидко¬кристаллического вещества, особенно при питании от источника постоянного напряжения. Для повышения срока службы индикаторов

Первый поляризатор
Маточник света

Ориентация Второй молекул поляризатор
-а-

*

0

/ /
~и 0 5)

Рис. 4.18. Ориентация молекул в ЖК-индикаторе со скручива¬нием нематической фазы при отсутствии (а) и наличии (б) напря¬жения
их питание осуществляют от источников переменного напряжения (обычно прямоугольной формы) с частотой 25—200 Гц. Амплитуда рабочих напряжений равна 15—30 В. Изменение оптических свойств наступает при пороговом напряжении 5—10 В. Время изменения оптического состояния после подачи или снятия напря¬жения питания составляет 50—300 мс. Максимально достигаемая контрастность равна 20—40. Потребляемый ток лежит в пределах 5—25 мкА/см2, а мощность — 50—550 мкВт/см2. Срок службы до¬стигает 10 тыс. ч.
В индикаторах со скручиванием нематической фазы («т в и с т» - э ф ф е к т о м ) исходному состоянию отвеча¬ет скрученная структура молекул нематического ЖК в межэлек-тРодном промежутке (рис. 4.18, а). По мере удаления от одной пло¬скости электрода к другой угол поворота молекул увеличивается и Достигает 90°. Одним из методов создания такой ориентации молекул является полировка внутренних поверхностей стеклянных пластин в одном направлении и затем установка их с поворотом на 90° отно¬сительно направления полировки. При работе «на просвет» на внеш-
ие поверхности стеклянных пластин наносят поляризационные "ленки. Плоскости поляризации поляризаторов взаимно перпенди-
Улярны (скрещены). Если индикатор должен работать в режиме
Ражения, то за вторым поляризатором помещают отражатель.
На рис. 4.18, а приведена модель ЖК-ячейки, помещенной между
т/М/Я поляризаторами со скрещенными направлениями поляриза-
пл ^П0Казаны стрелками). В отсутствие возбуждающего напряжения
0скополяризованная световая волна, образованная первым
283

к

«сторах в процессе работы близко к нулю. Это позволяет облегчить ^ебования. к выбору тиристоров по напряжению, так как он будет
поводиться только по максимальному значению прямого напряже-Л^я. Ток нагрузки соответствующего направления протекает в дан-й0й схеме через последовательно включенные тиристор и диод. Кривая
кратного напряжения на диоде при регулировании имеет тот же вид, qT0 и кривая обратного напряжения одноименного тиристора в схеме
„с. 6.47, а.
В схеме рис 6.47, в используется только один управляемый вен¬тиль. Ток нагрузки протекает через три последовательно включен-1!Ь!х вентиля (тиристор Т и два накрест лежащих диода). Ввиду на¬личия диодов Ц\ — Д4 на тиристоре Т будет действовать напряжение прямого смещения независимо от полярности полуволны напряжения ц в связи с чем запирание тиристора (и соответственно применение схемы) возможно только при чисто активной нагрузке; оно осущест¬вляется за счет уменьшения до нуля тока in в моменты перехода на¬пряжения и через нуль. При наличии индуктивности в цепи нагрузки схема теряет способность фазового регулирования, поскольку момен¬там перехода тока через нуль будет соответствовать напряжение пря¬мого смещения на тиристоре и тиристор будет находиться в состоянии непрерывной проводимости тока независимо от угла управления а-Ток £н будет иметь синусоидальную форму согласно зависимости (6.115).
Схемы трехфазных преобразователей переменного напряжения с фазовым регулированием выполняют по аналогии с однофазными. Наиболее распространенные варианты схем трехфазных преобразо¬вателей приведены на рис. 6.53, а — г.
В схеме рис. 6.53, а питание осуществляется от трехфазного напря¬жения с нулевым проводом. Элементы трехфазной нагрузки с вклю¬ченными встречно-параллельно тиристорами соединены звездой. В схе¬ме рис. 6.53, б три звена трехфазной системы соединены треугольни¬ком. Трехфазные преобразователи, выполненные по этим схемам, состоят из трех рассмотренных ранее однофазных схем при питании от напряжений, имеющих фазовый сдвиг в 120°. Питание отдельных преобразователей в схеме рис. 6.53, а осуществляется фазным напря¬жением, а в схеме рис. 6.53, б— линейным. Работа преобразователей каждой фазы при фазовом регулировании не зависит от процессов, протекающих в двух других фазах.
Преобразователь на рис. 6.53, в выполнен по схеме, аналогичной схеме рис. 6.53, а, но без нулевого провода. Схема преобразователя На рис. 6.53, г содержит три тиристорные группы, соединенные тре¬угольником, и является модификацией схемы рис. 6.53, в. В обеих схемах в контур тока нагрузки каждой фазы входит также сопротив¬ление нагрузки другой фазы, а на отдельных интервалах — и сопро¬тивления двух других фаз. Иными словами, работа всех трех фаз при Фазовом регулировании, например, с отстающим углом а (в данных
Хемах при отпирании тиристоров в каждой фазе со сдвигом на угол
^относительно перехода фазного напряжения через нуль) взаимо-
Язана. Вследствие этого форма кривой напряжения на нагрузке
399

СЯ«!Р

мощью конденсатора, подключенного к его фазе, с момента отпира. ния следующего тиристора, относящегося к той же группе. Так запирание тиристора Tt осуществляется конденсатором СА при от¬пирании тиристора Tz. Принцип действия схемы иллюстрируют вре¬менные диаграммы, приведенные на рис. 8.26, в—к.
Если принять Ld = оо, то во входной цепи инвертора будет про¬текать постоянный ток id = Id (рис. 8.26, в). Ток Id преобразуется про¬водящими тиристорами в переменный ток инвертора iu, характери¬зующий здесь фазные токи iAt iB, ic (рис. 8.26, г—е). Фазные токи сдвинуты относительно друг друга на 120° и имеют вид прямоуголь¬ных импульсов длительностью в 120е с паузой в 60е. Действующее значение первой гармоники фазного выходного тока определяется соотношением
In (и = IА (1) = Iв (1) = /с (к = ld- (8.24)
Кривые выходного напряжения инвертора UAB, ивс, UCA (рис. 8.26, ж—и) составляются на протяжении периода из шести участков, характеризующих перезаряды конденсаторов С А, СВ, СС. Каждый участок кривых формируется при проводимости двух соот¬ветствующих тиристоров. Приближение к синусоиде кривых напря¬жения здесь лучше, чем в однофазных инверторах. Вид кривой напря¬жения на каждом тиристоре на этапе закрытого его состояния опре¬деляется напряжениями конденсаторов, подключаемых параллельно ему через проводящие тиристоры той же группы. Так, для тиристора Т, (рис. 8.26, /с) на интервале 120—240®, когда проводит ток тирис¬тор Т3, кривая ит1 определяется напряжением конденсатора СА {UAB), а на интервале 240—360*, когда открыт тиристор Т5 — напряжением конденсатора CC(UCA)-
При использовании метода основной гармоники и векторных диа¬грамм расчет трехфазного мостового инвертора проводят по его фаз¬ному напряжению в предположении, что нагрузка и конденсаторы соединены звездой (рис. 8.27) (при включении ZH и С треугольником их следует пересчитать в звезду). Соотношения (8.9) — (8.14) с уче¬том (8.24) действительны и для трехфазного инвертора. Соотношение (8.17), а затем и последующие получают из уравнения баланса мощ¬ности по аналогии с (8.15). Для трехфазного АИТ имеем

Е1й = 3(/н.ф/и (I, cos 0, (8.25)
где (/Н.Ф — фазное напряжение.
К соотношениям (8.17), (8.18) прихо¬дим после подстановки в (8.25) выра¬жения (8.24). Коэффициент аи, как ука¬зывалось, равен ЗУ^б/я = 2,34. С уче¬том этого коэффициента, а также равен¬ства ZH = Лн.ф =2ЛФ = Zscf, = Zc<n> в^'
„ 0 ._ „ ходные характеристики на рис 8.2^
Рис. 8.27. Схема соединения „ г г г
звездой нагрузки и конденса- Действительны и для трехфазного па
466
торов в трехфазных АИТ раллельного инвертора тока.

Предметный указатель

Автономный инвертор 438.
напряжения 438.
резонансный 438.
тока 438, 457.
Акцепторная примесь 14. Алгебра логики 207. Алгоритм переключения тиристоров 439.
Амплитудная характеристика усили¬теля 119.
Амплитудно-частотная характеристи¬ка усилителя 88, ИЗ. Асинхронная система управления 380, 391. Асинхронный триггер 231.
База полупроводникового прибора 26, 43, 46.
Барьер потенциальный в электрон¬но-дырочном переходе 23. Барьерная емкость электронно-ды¬рочного перехода 32, 57. Байт 259.
Беспримесный полупроводник 10. Биполярный транзистор 42. Бит 258.
Блокинг-генератор двухтактный 208.
однотактный 199.
Вакуумно-люминесцеитный индика¬тор 264.
Валентная энергетическая зона 8. Варикап 32.
Вентиль полупроводниковый 316. Ведомый инвертор 315, 353, 362. Внешняя характеристика выпрями¬телей 303.
малой мощности 303.
средней и большой мощности
329, 330, 340, 344.
Внешняя характеристика ведомого
инвертора 360, 364.
инвертора тока 462, 469.
резонансного инвертора 480.
Вольт-амперная характеристика
диода 20, 24, 27, 30.
— — тиристора 75.
Время выключения тиристора 80, 412.
— предоставляемое для выключе¬
ния 358, 412.
Время жизни неравновесных носи¬телей заряда 17.
Вход усилителя дифференциальный 143.
инвертирующий 150.
неинвертирующий 150,

Входная вольт-амперная характе¬ристика биполярного транзистора 49, 53, 55.
Входная характеристика ведомого инвертора 360.
Входные токи смещения усилителя 144. Выпрямитель 287.
— однофазный 287, 317.
— трехфазный 331.
— управляемый 318, 324, 340. Выпрямительный диод 33, 34, 35. Выход усилителя дифференциаль¬ный 145.
Выходная вольт-амперная характе¬ристика биполярного транзистора 49, 53, 72.
полевого транзистора 67,
70.
Газоразрядный индикатор 270. Генератор линейно изменяющегося напряжения 160, 194.
— опорного напряжения 380, 382.
— синусоидальных колебаний 168. Генерация носителей заряда 11, 30. Гибридная интегральная микросхе¬ма 85.
Граничная частота усиления бипо¬лярного транзистора 58, 59, 61.
Двоичный счетчик 241. Двойной Т-образиый мост 166. Двухоперационный тиристор 73. Двухтактный регистр сдвига 250. Двухтактный импульсный преобра¬зователь 434.
Двухтактный усилительный каскад 125, 129.
Десятичный счетчик 246. Дешифратор 254.
Диаграмма энергетическая 7, 8, 9, 13, 14.
Дизъюнкция 208.
Динамический диапазон усилите¬ля 120.
Динамическая нагрузка усилитель¬ного каскада 148. Диод выпрямительный 33, 34, 35.
— импульсный 40.
— лавинный 37.
— полупроводниковый 20.
— силовой 35.
Диод обратного тока 440.
Дифференциальный усилительный
каскад 142.
— вход усилителя 143.

48Э

— выход усилителя 145.
Дифференцирующая цепь 190.
Диффузионная длина 20.
Диффузии коэффициент 19.
Диффузионная емкость электронно-
дырочного перехода 32, 57.
Диффузионный ток 23.
Диффузионное движение носителей
заряда 19, 46.
Диффузия носителей заряда 19, 23, 46.
Диффузионный транзистор 61. Добротность усилителя 163, 165. Донорная примесь 12. Дрейф носителей заряда 17, 18, 23, 62.
Дрейф усилителей постоянного то¬ка 138.
Дрейфовый ток 23. Дрейфовый транзистор 62. Дырочный полупроводник 14.
Емкость барьерная (зарядная)
электронно-дырочного перехода 32, 57.
Емкость диффузионная электронно-дырочного перехода 32, 57. Естественная коммутация 410.
Жидкокристаллический индикатор 281.
Запрещенная энергетическая зона 8.
Зарядная емкость электронно-ды¬рочного перехода 32, 57. Затвор полевого транзистора 65. Зона энергетическая 8.
валентная 8.
проводимости 8.
разрешенная 8.
свободная 8.
Знаковый индикатор 272. Знакосинтезирующий индикатор 273.
Импульсный диод 40.
— усилитель 89, 160.'
Импульсный преобразователь пос¬
тоянного напряжения 405.
двухтактный 434.
Инвертирование тока 353. Инвертирования срыв 355. Инвертирующий вход усилителя 150.
Инвертирующий усилитель 156. Инвертор, ведомый сетью 315, 353, 362.
— автономный 438.
— напряжения 438, 440.
— резонансный 439, 475.


— тока 438, 457. Индикатор 263.
— знаковый 272.
— знакосинтезирующий 273. Индикатор вакуумно-люминесцент-ный 264.
— газоразрядный 270.
— жидкокристаллический 281.
— полупроводниковый 277. Индуктивно-тиристорный компен¬сатор 472.
Инжекции коэффициент 45. Инжекция носителей заряда 24, 45. Интегральная микросхема 83.
аналоговая 86.
биполярная 83.
гибридная 55.
совмещенная 86.
цифровая 86.
Интегратор 159.
Ионизация атомов примеси 13, 14.
Искажения в усилителе линейные
119.
нелинейные 120.
Исток полевого транзистора 65.
Канал в полевом транзисторе 65, 66.
Карта Карно 213. Каскад усилительный 89. Ключевой режим работы транзис¬тора 178.
Коллектор транзистора 43.
Коллекторный переход полупровод¬
никового прибора 43, 45, 47, 76.
Комбинационная схема 454.
Коммутационная характеристика
414.
Коммутационный узел 410. Коммутация тока в выпрямителях 326, 337. Коммутация естественная 410.
— параллельная 413.
— последовательная 413.
— принудительная 410, 453. Компаратор 184.
Компенсатор индуктивио-тиристор-ный 472.
Компенсационный стабилизатор на¬пряжения 306, 308. Компенсация реактивности нагруз¬ки в резонансных инверторах 481. Комплементарная структура 229, 266.
Конверсионный транзистор 63. Контактная разность потенциалов 23.
Концентрация носителей заряда 11, 15, 44, 46. Конъюнкция 208. Коэффициент диффузии 19.
— ипжекцни 45.

490

— насыщения транзистора 181.
— передачи тока в транзисторе 47, 54.
— переноса носителей заряда 47. Коэффициент нелинейных искаже¬нии 120.
— ослабления синфазного сигна¬ла 148.
— синфазной передачи 148.
— частотных искажений 115. Коэффициент искажения 350.
— сдвига 350.
Коэффициент мощности ведомого инвертора 361, 365.
выпрямителя 350.
преобразователя переменного
напряжения 394, 403. Коэффициент передачи звена обрат¬ной связи 132.
Коэффициент пульсации 292, 333, 336.
— сглаживания 295, 296, 297.
— стабилизации 311.
Крутизна стоко-затворной характе¬ристики полевого транзистора 68.
Лавинный диод 37. Лавинный пробой электронно-ды¬рочного перехода 31. Линейные искажения в усилителе 119.
Линия нагрузки усилительного кас¬када по переменному току 94.
по постоянному току
93.
Ловушка рекомбинационная 17. 41. Логические функции 210. Логические элементы на диодах и биполярных транзисторах 217.
на полевых транзисторах 226.
Логический элемент И 218.
ИЛИ 218.
НЕ 220, 226.
Матричный экран 278. МДП-микросхемы 84. МДП-транзнстор 65, 70.
с встроенным каналом 70.
с индуцированным каналом
72.
Метод основной гармоники 459.
— фазовой плоскости 422. Микропроцессор 257. Микросхемы 83.
— аналоговые 86.
— биполярные 83.
— гибридные 85.
— совмещенные 86.
— цифровые 86. Минимизация функции 212. Минтерм 212.
Многоканальная система управле-

ния 381.
Модуляции базы эффект 50.
Мощности коэффициент 350, 361,
365, 394, 403.
Мощные (силовые) диоды 35.
Мультивибратор
— несимметричный 189.
— симметричный 187. Мультиплексный метод управления индикаторами 267.
Напряжение диода обратное 28, 30, 38, 40.
Напряжение смещения электронно-дырочного перехода 24, 27. Насыщения транзистора коэффици¬ент 181.
Начальный (сквозной) ток транзис¬тора 54.
Неинвертирующий вход усилите¬ля 150.
— усилитель 157.
Нематический жидкий кристалл 281. Непосредственный преобразователь частоты 315, 373.
Нелинейных искажений коэффи¬циент 120.
Несимметричный мультивибратор
189.
Носители заряда неосновные в
примесном полупроводнике 13, 15.
основные в примесном полу¬
проводнике 13, 15.
— — собственные в беспримесном
полупроводнике 11.
Нулевой диод 323. Нуль-орган 380, 386.
Область отсечки коллекторного то¬ка транзистора 55.
Обратная ветвь вольт-амперной ха¬рактеристики диода 27. Обратная связь в усилителе 131.
— отрицательная 133.
— положительная 133.
Обратное напряжение диода 28, 30,
38, 40.
Обратный выпрямитель в инверторе
тока 467.
Обратный ток диода 28, 30, 37, 40.
коллекторного перехода 48.
Ограничительная характеристика
ведомого инвертора 361, 364. Одновибратор 192.
Одноканальная система управления 381.
Однотактный регистр сдвига 249. Операционный усилитель 150, 184. Опрокидывание инвертора 355. Основные носители заряда в при¬месном полупроводнике 13, 15. Остаточное напряжение транзисто-

491

pa 178.
Остаточный ток транзистора 178.
Охлаждение диодов 35.
Ошибка синфазная усиления 148.
Падение напряжения в диоде 25. Параллельная коммутация 413. Параллельное соединение диодов 39.
Параметрический стабилизатор 306. Передачи тока коэффициент 47, 54. Переноса носителей заряда коэффи¬циент 47. Переход электронно-дырочный 20.
несимметричный 21.
коллекторный 43, 45, 47, 76.
эмиттерный 43, 45.
Пленарный транзистор 64. Подвижность носителей заряда 18. Покоя режим 90, 91, 93. Полевой транзистор 64.
с встроенным каналом 64, 70.
с индуцированным каналом
64, 72.
с электронно-дырочным пере¬
ходом 64.
Положительная обратная связь в усилителе 133.
Полоса пропускания усилителя 114, Полупроводник беспримесный 10,
— дырочный 14.
— примесный 12.
— электронный 13. Полупроводниковый диод 20.
— индикатор 277.
— светодиод 277.
— стабилитрон 42.
Порог отпускания триггера 186.
— срабатывания триггера 186.
Последовательная коммутация 413.
Последовательное соединение дио¬
дов 40.
Потенциальный барьер 23. Преобразователь частоты непосред¬ственный 315, 373.
— переменного напряжения 315, 392.
— постоянного напряжения 405.
— реверсивный 369. Приведенный дрейф усилителя 113. Примесный полупроводник 12. Примесь акцепторная 14.
— донорная 12.
Принудительная коммутация 410, 453.
Принцип Паули 7.
Пробой электронно-дырочного пере¬хода 30.
— лавинный 31.
тепловой 31.
— туннельный 31.
— электрический 30.

Прямая ветвь вольт-амперной ха¬рактеристики диода 24. Пульсации коэффициент 292, 333, 336.
Равновесная концентрация носите¬лей заряда 12, 15.
Раздельное управление реверсивным преобразователем 373. Разность потенциалов контактная в электронно-дырочном переходе 23. Разрешенная энергетическая зона в полупроводнике 8.
Реверсивный преобразователь 369. Реверсивный импульсный преобра¬зователь 435. Регистр 247.
Регулировочная характеристика ве¬домого инвертора 359.
преобразователя переменного
напряжения 393.
управляемого выпрямителя
320, 342.
Рекуперативное торможение элек¬трической машины 366. Режим покоя усилительного каска¬да 90, 91, 93.
Режим управления реверсивным преобразователем раздельный 373.
согласованный 370.
совместный 369.
Резонансный инвертор 439, 475. Рекомбинация носителей заряда 12.
прямая 17.
С участием ловушки 17, 41.
Светодиод 277.
Свободная энергетическая зона 8. Свойство управляющее транзисто¬ра 48.
Сглаживания коэффициент 295, 296, 297.
Сглаживающий фильтр 288, Сдвига коэффициент 350. Сетевой фильтр 349. Симистор 74, 82.
Симметричный мультивибратор 187. Синфазная ошибка усиления 148. Синхронная система управления 380. Система управления 379.
асинхронная 380, 391.
импульсно-фазовая 379.
многоканальная 381.
одноканальная 381.
синхронная 380.
Собственные носители заряда в по¬лупроводнике 11.
Совместное управление реверсивны¬ми преобразователями 370. Согласованное управление реверсив¬ными преобразователями 370.

492

Составной транзистор 313. Сплавной электронно-дырочный пе¬реход 33.
Способ компенсации реактивности нагрузки 480. Срыв инвертирования 355. Стабилизатор напряжения 289.
компенсационный 306, 308.
параметрический 306.
Стабилизации коэффициент 311. Стабилитрон 42.
Статический метод управления ин¬
дикаторами 266.
Степень интеграции 257.
Сток полевого транзитора 65.
Стоко-затворная характеристика
полевого транзистора 68, 72, 73. Ступенчатый способ регулирования переменного напряжения 402. Схема замещения транзистора
— биполярного 55, 59,
полевого 69.
Счета коэффициент 239. Счетчик импульсов 239.
Таблица истиности (соответствия)
211.
Тактируемый триггер 231, 234.
Тепловой пробой диода 31.
Тепловой ток диода 29.
Теорема де Моргана 210.
Термогенерация носителей заряда
П.
Тиристор 73.
— двухоперационный 33, 81,
— двухэлектродный 73.
— однооперационный 73.
— симметричный 74, 82.
— трехэлектродный 73. Тлеющий разряд 271. Ток диода
обратный 28, 30, 37, 40.
прямой 25, 33, 34, 35, 39.
тепловой 29.
Ток диффузионный 23.
— дрейфовый 23. Таковое зеркало 148. Ток транзистора
— — начальный 54. тепловой 48.
Ток уравнительный 372. Токи смещения усилителя 144. Торможение рекуперативное элек¬трической машины 366. Транзистор биполярный 42.
диффузионный 61.
диффузионно-сплавной 62.
дрейфовый 62.
конверсионный 63.
пленарный 64.
планарно-эпитаксиальный 64.
составной 313.

сплавной 61.
эпитаксиальный 63.
Транзистор полевой 64.
с встроенным каналом 64, 70.
с индуцированным каналом
64, 72.
с электронно-дырочным пере¬
ходом 64.
Треугольник мощчости 124. Туннельный пробой электронно-дырочного перехода (диода) 31.
Угол опережения отпирания венти¬лей 355. Узел коммутации 411.
параллельной 413.
последовательной 413.
Управление реверсивным преобразо¬вателем согласованное 370.
совместное 370.
раздельное 373.
Управляемый выпрямитель 318, 324,
340.
Управляющее свойство транзистора
48.
Уравнительный ток в реверсивных
преобразователях 372.
Усилитель 87.
— дифференциальный 142.
— высокой частоты 88.
— звуковых частот 88.
— импульсный 89, 160.
— инвертирующий 156.
— многокаскадный 112.
— мощности 125, 129.
— неинвертирующий 157.
— операционный 150, 184.
— постоянного тока 88, 137.
— узкополосный 88, 163.
— широкополосный 88, 160. Усилитель с линейным режимом ра¬боты 88.
— с нелинейным режимом работы 89.
Усилитель с обратной связью 131.
Усилительный каскад 89.
Усилитель-формирователь 380, 386.
Условие баланса амплитуд 169.
фаз 169.
Фазовой плоскости метод 422. Фазовый способ управления выпря¬мителями 318.
преобразователями пере¬
менного напряжения 392.
Фазоинверсный каскад 103.
Фазосдвигающее устройство 380.
Фазоступенчатый способ регулиро¬
вания переменного напряжения 402.
Фазочастотиая характеристика уси¬
лителя ИЗ.
Фильтр сглаживающий 288.

493

Фильтр сетевой 349. Фототиристор 74, 81. Функции минимизация 212. Функция логическая 210.
Характеристика усилителя ампли¬тудная 119.
амплитудно-частотная 88, 113.
фазочастотная 113.
Характеристика ведомого инверто¬ра входная 360.
— — — ограничительная 361, 364. Характеристика выпрямителя внеш¬няя 303, 329.
Характеристика коммутационная
414.
Холестерическии жидкий кристалл 281.
Цепь дифференцирующая 190. Цепь сброса 432, 455.
Частота граничная биполярного транзистора 58, 59, 61. Частотно-импульсный метод регули¬рования импульсных преобразова¬телей 406.
Частотных искажений коэффици¬ент 115. Чувствительность усилителя 119.
Ширина запрещенной энергетичес¬кой зоны 8, 10.

Широкополосный усилитель 88, 160.
Широтно-импульсный метод регули¬
рования автономных инверторов на¬
пряжения 442, 450.
— импульсных преобразова¬
телей 406.
Экран матричный 278. Электрический пробой электронно-дырочного перехода 30. Электронно-дырочный переход 20.
коллекторный 43, 45, 47, 76.
несимметричный 21.
эмиттерный 43, 45.
Электронный полупроводник 13. Элементы индикации 263.
— вакуумно-люминесцентные
264'
газоразрядные 270.
жидкокристаллические 281.
полупроводниковые 277.
Эмиттер полупроводникового при¬бора 26, 43.
Эмиттерный электронно-дырочный переход 43, 45.
Энергетическая диаграмма 7, 8, 9, 13, 14.
Эпитаксиальный транзистор 63. Эффект модуляции базы в транзис¬торе 50.
Эффект последовательного накопле¬ния энергии в узлах коммутации 424, 426, 431.