تریستورها

1. تریستورها • تريستورها عناصر چهارلايه PNPN هستند كه داراي سه پيوند PN مي باشند ( در ابتدا ترمينال گيت را مورد بحث قرار نمي دهيم) • اگر ولتاژ V به دو سر اين عنصر اعمال شود دو پيوند J3و J1 باياس مستقيم شده ولي J2 باياس معكوس مي شود و آمپرمتر عبور جرياني را نشان نمي دهد (جريان در حد جريان نشتي پيوندJ2 است)

3. اگر ولتاژ ورودي را معكوس كنيم، اين بار J2 باياس مستقيم مي شود ولي J1 و J3 باياس معكوس مي شوند. پس به نظر مي رسد در هر دو جهت عنصر فوق هدايت نمي كند. عملاً هم اگرآزمايشي ترتيب دهيم همين نتيجه گرفته مي شود. (به شرط آنكه ولتاژ ورودي خيلي زياد نشود).

4. در حالتي كه پلاريته ولتاژ ورودي مطابق شكل باشد‌، با ازدياد ولتاژ V ديده مي شود كه ناگهان آمپرمتر عبور جريان قابل توجهي را نشان مي دهد و اگر مقاومت محدود كننده در مدار نباشد، افزايش جريان آنقدر زياد مي شود كه عنصر مي سوزد!! چرا چنين اتفاق مي افتد؟

5. براي توضيح رفتار مدار عنصر 4 لايه را مطابق شكل زير برش مي زنيم.

7. شكل برش خورده مشابه دو ترانزيستور NPN , PNP است كه بيس يكي به كلكتور ديگري و كلكتور آن به بيس ديگري به صورت ضربدري وصل شده(Cross Coupled) • اين مدار را به صورت زير هم مي توان نشان داد:

8. مي دانيم در هر ترازيستور داريم: • البته اين رابطه تقريبي است و به كمك آن نمي توان طرز كار عنصر 4 لايه را شرح داد. رابطه دقيق تر كه براي بحث ما مفيد است چنين است: • كه ICBO جريان اشباع معكوسكلكتور - بيس ترانزيستور است .

9. رابطه را يك بار براي ترانزيستور 1 و يكبار براي ترانزيستور 2 مي نويسيم. • اما از شکل ديده مي شود كه • پس:

10. طرفين رابطه را با هم جمع مي كنيم:

11. اين رابطه اساس كار عناصر 4 لايه (تريستورها) است. وقتي ولتاژ دو سر عنصر 4 لايه در جهت باياس مستقيم كم است، جریان هاي اميتر و كلكتور كه همان جريان هاي نشتی اند كم هستندو خيلي كوچك و جمع آنها كمتر از 1 است. • با افزايش ولتاژ ورودي، جريان هاي IE , Ic زياد شده و همراه آن هم زياد مي شود. به ازاي مقداري از ولتاژ ورودي V كه ها حدود5/0 بشوند و جمع آنها

12. مقدار I به سمت بي نهايت ميل مي كند و اگر مقاومت محدود كننده در مدار نباشد واقعاً (در عمل) I خيلي بزرگ مي شود. ترانزيستورها وارد ناحيه فعال شده و به سرعت از اين ناحيه خارج و وارد ناحيه اشباع مي شوند و مجدداً ها كوچك شده و جمع آنها كمتر از 1 مي شود.

13. عنصر چهار لايه به صورت شكل 1 در عمل ساخته شده و به نام ديود 4 لايه يا ديود شاکلي يا FLD معروف است • (Four layer Diode) • با علامت مداري :

14. منحني مشخصه v-j براي آن چنين است:

15. VB0 ­ولتاژي است كه در آن عنصر 4 لايه ناگهان از حالت قطع به حالت اشباع مي رود. اين عنصر نمي تواند در ناحيه فعال باقي بماند زيرا در ناحيه فعال است. اگر ترانزيستورها در ناحيه فعال باشند آنگاه داريم و چون : پس:

16. يعني و اين ممكن نيست. آيا غير از زياد كردن ولتاژ دو سر عنصر 4 لايه و رساندن ولتاژ به VB0 روش ديگري هم وجود دارد كه جريان I ترانزيستورها را زياد كنيم تا : شود ؟ پاسخ مثبت است. در زير راه هاي ديگر را كه نياز به تغييراتي در هنگام ساخت عنصر دارد توضيح مي دهيم. (a از قسمت P پائيني يك اتصال خارج كنيم (Gate= G) و جريان كمكي lg را از اين ترمينال به داخل عنصر 4 لايه تزريق كنيم.

17. چون IB2 زياد مي شود افزايش مي يابد و در ولتاژ VB0 كوچكتري، عنصر 4 لايه به حالت وصل مي رود.

18. اگر آزمايش را چند بار تكرار كنيم و هر بار ig را افزايش دهيم مي بينيم كه VB0 لازم براي تغيير حالت عنصر 4 لايه مرتباً كمتر مي شود تا جاي كه به مقدار حداقلي (حدود 5 تا 6 ولت) برسد. از اين به بعد افزايش ig تاثيري در كاهش ولتاژ VB0 لازم براي هدايت عنصر ندارد.

19. در اين حالت منحني مشخصه عنصر 4 لايه با كمي اختلاف شبيه منحني مشخصه ديود مي شود.

20. اين عنصر با اين ساختمان ساخته شده و به نام Silicon controlled Rectifier يا SCR معروف است. اگرچه همه عناصر چهار لايه به خانواده تريستورها تعلق دارند ولي متداول است كه بيشتر به SCR ، تريستور هم گفته شود. علامت مداري آن:

21. به جاي آنكه از قسمت P پائيني يك اتصال خارج كنيم، مي توانيم از قسمت N بالايي يك اتصال خارج كنيم . • (GA = A node Gate) و جريان كمكي ig را از اين ترمينال به داخل عنصر تزريق كنيم .

22. اين عنصر به نام هاي (Complementary SCR) و نيز(PUT=Programable Unijunction Transistor) • ناميده مي شود. • علامت مداري آن:

24. c ) مي توان تركيبي از قسمت هاي (b) , (a) استفاده كرد. يعني هم گيت نزديك به كاتد را مي توانيم قرار دهيم و هم گيت نزديك آند راه چنين عنصري SCS نام دارد . (Silicon Controlled Switch) • و علامت مداري آن • عناصر چهار لايه به صورت هاي ديگري نيز ساخته مي شود.

25. مثلاً دو ديود چهار لايه را اگر به صورت هوازي معكوس بسازند يك دياك چهار لايه حاصل مي شود. • علامت مداري آن

26. و معادله مشخصه آن چنين است:

28. همچنين دياك به صورت سه لايه نيز ساخته مي شود. اين عنصر شبيه ترانزيستور NPN است كه فاقد ترمينال بيس مي باشد و ضمناً دو لايه N آن متقارن هستند در حالي كه در ترانزيستور معمولي عنصر متقارن نبوده و غلظت ناخالص اميتر بيشتر از كلكتور است. • علامت مداري آن به دو صورت متداول است .

30. منحني مشخصه دياك سه لايه به صورت مقابل است :

31. در ترانزيستور معمولي هم اگر به منحني مشخصه دقت شود اين پديده در آن به صورت ضعيف ديده مي شود • (به كتابزیر مراجعه كنيد) • Analysis & desig of Analogintegrate circuits عنصر ديگري كه از گروه عناصر چهار لايه محسوب مي شود ترياك Triac است كه معادل در SCR موازي و معكوس مي باشد كه يك گيت دارد.

34. منحني مشخصه ترياك در دو ربع از چهار ربع محورهاي مختصات قرار دارد. ربع اول و ربع سوم در ربع اول UT2T1>0 و i>0 است در هر كدام از اين نواحي كارترياك جريان گيت مي تواند مثبت يا منفي باشد.

36. اگر در ربع اول باشيم و جريان گيت مثبت باشد مي گوييم ترياك در مد كار مي كند. اگر در ربع اول باشيم ولي جريان گيت منفي باشد مي گو.ييم ترياك در مدكار مي كند. اگر در رب سوم باشيم و جريان گيت مثبت باشد مي گوييم ترياك در مدكار مي كند. و اگر در ربع سوم باشيم و جريان گيت منفي باشد مي گوييم ترياك در مدكار مي كند و اگر پس براي ترياك 4 مد كاري وجود دارد. البته حساسيت ترياك در اين چهار ربع متفاوت است. حساسيت آنها به ترتيب چنين استبعدو و كمترين حساسيت را دارد و گاهي به نظر مي رسد كه اصلاٌ ترياك در اين مد نمي تواند تريگر شود و از حالت قطع به وصل برود

37. ولي اگر جريان گيت را خيلي زياد كنيم هدايت حاصل مي شود. معمولاً سعي مي شود مدار ترياك را طوري طراحي كنند كه در مد كار نكند.

38. UJT • ترانزيستور تك پيوندي "Uni Junction Transistior" به اين صورت ساخته مي شود: • يك ميله از نيمه هادي نوع n با ناخالصي با غلظت كم و با مقاومت حدود 5 تا را در نظر بگيريد. در نقطه اي به فاصله حدود 70% كه آنرا n مي ناميم از يك سه ميله ناخالصي از نوع P با غلظت زياد نفود مي دهند. ترمينال هاي دو طرف ميلة نوع n، بيس 2 B2 و بيس 1 B1 و ترمينال مربوط به قسمت P، اميتر E نام دارد.

39. براي درك چگونگي كار UST فرض مي كنيم مداري مطابق شكل زير به بنديم. VAA ثابت‌ (مثلاً 15 v) و VEE را از صفر به تدريج زياد كنيم. ولتاژ در VBB ناحيه H از ميله m معادل (در مثال ما 0.7 VBB=7v ) مي شود.

41. اگر باشد پيوند PN باياس معكوس است و جريانهايي مطابق شكل در مدار جاري مي شود. iE جريان اشباع معكوس پيوند PN است.

42. چند مدارعملي