ГОСТ 2.730-73
Группа Т52
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Единая система конструкторской документации
ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ
Приборы полупроводниковые
Unified system for design documentation. Graphical symbols in diagrams. Semiconductor devices
МКС 01.080.40
31.080
Дата введения 1974-07-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 16.08.73 N 2002
3. Соответствует СТ СЭВ 661-88
4. ВЗАМЕН ГОСТ 2.730-68 , ГОСТ 2.747-68 в части пп.33 и 34 таблицы
5. ИЗДАНИЕ (апрель 2010 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в июле 1980 г., апреле 1987 г., марте 1989 г., июле 1991 г. (ИУС 10-80, 7-87, 6-89, 10-91), Поправкой (ИУС 3-91)
1. Настоящий стандарт устанавливает правила построения условных графических обозначений полупроводниковых приборов на схемах, выполняемых вручную или автоматическим способом во всех отраслях промышленности.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
2. Обозначения элементов полупроводниковых приборов приведены в табл.1.
Обозначения элементов полупроводниковых приборов
Таблица 1
Наименование | Обозначение |
1. (Исключен, Изм. N 2). | |
2. Электроды: | |
база с одним выводом | |
база с двумя выводами | |
Р
-эмиттер с N-
областью | |
N
-эмиттер с P
-областью | |
несколько Р
-эмиттеров с N
-областью | |
несколько N
-эмиттеров с P
-областью | |
коллектор с базой | |
несколько коллекторов, например, четыре коллектора на базе | |
3. Области: | |
область между проводниковыми слоями с различной электропроводностью | |
Переход от Р
-области к N
-области и наоборот | |
область собственной электропроводности (I
-область): | |
1) между областями с электропроводностью разного типа PIN
или NIP
| |
2) между областями с электропроводностью одного типа PIP
или NIN
| |
3) между коллектором и областью с противоположной электропроводностью PIN
или NIP
| |
4) между коллектором и областью с электропроводностью того же типа PIP
или NIN
| |
4. Канал проводимости для полевых транзисторов: | |
обогащенного типа | |
обедненного типа | |
5. Переход PN
| |
6. Переход NP
| |
7. Р
-канал на подложке N
-типа, обогащенный тип | |
8. N
-канал на подложке P
-типа, обедненный тип | |
9. Затвор изолированный | |
10. Исток и сток | |
Примечание. Линия истока должна быть изображена на продолжении линии затвора, например: | |
11. Выводы полупроводниковых приборов: | |
электрически не соединенные с корпусом | |
электрически соединенные с корпусом | |
12. Вывод корпуса внешний. Допускается в месте присоединения к корпусу помещать точку |
(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).
3, 4. (Исключены, Изм. N 1).
________________
* Таблицы 2, 3. (Исключены, Изм. N 1).
5. Знаки, характеризующие физические свойства полупроводниковых приборов, приведены в табл.4.
Знаки, характеризующие физические свойства полупроводниковых приборов
Таблица 4
Наименование | Обозначение |
1. Эффект туннельный | |
а) прямой | |
б) обращенный | |
2. Эффект лавинного пробоя: | |
а) односторонний | |
б) двухсторонний | |
3-8. (Исключены, Изм. N 2). | |
9. Эффект Шоттки |
6. Примеры построения обозначений полупроводниковых диодов приведены в табл.5.
Примеры построения обозначений полупроводниковых диодов
Таблица 5
Наименование | Обозначение |
Общее обозначение | |
2. Диод туннельный | |
3. Диод обращенный | |
4. Стабилитрон (диод лавинный выпрямительный) | |
а) односторонний | |
б) двухсторонний | |
5. Диод теплоэлектрический | |
6. Варикап (диод емкостной) | |
7. Диод двунаправленный | |
8. Модуль с несколькими (например, тремя) одинаковыми диодами с общим анодным и самостоятельными катодными выводами | |
8а. Модуль с несколькими одинаковыми диодами с общим катодным и самостоятельными анодными выводами | |
9. Диод Шоттки | |
10. Диод светоизлучающий |
7. Обозначения тиристоров приведены в табл.6.
Обозначения тиристоров
Таблица 6
Наименование | Обозначение |
1. Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении | |
2. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении | |
3. Тиристор диодный симметричный | |
4. Тиристор триодный. Общее обозначение | |
5. Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении с управлением: | |
по аноду | |
по катоду | |
6. Тиристор триодный выключаемый: | |
общее обозначение | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по катоду | |
7. Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении: | |
общее обозначение | |
с управлением по аноду | |
с управлением по катоду | |
8. Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) - триак | |
9. Тиристор тетроидный, запираемый в обратном направлении |
Примечание. Допускается обозначение тиристора с управлением по аноду изображать в виде продолжения соответствующей стороны треугольника.
8. Примеры построения обозначений транзисторов с P-N-
переходами приведены в табл.7.
Примеры построения обозначений транзисторов
Таблица 7
Наименование | Обозначение |
1. Транзистор | |
а) типа PNP
| |
б) типа NPN
с выводом от внутреннего экрана | |
2. Транзистор типа NPN
, коллектор соединен с корпусом | |
3. Транзистор лавинный типа NPN
| |
4. Транзистор однопереходный с N
-базой | |
5. Транзистор однопереходный с P
-базой | |
6. Транзистор двухбазовый типа NPN
| |
7. Транзистор двухбазовый типа PNIP
с выводом от -области | |
8. Транзистор двухбазовый типа PNIP с выводом от -области | |
9. Транзистор многоэмиттерный типа NPN
|
Примечание. При выполнении схем допускается:
а) выполнять обозначения транзисторов в зеркальном изображении, например,
б) изображать корпус транзистора.
9. Примеры построения обозначений полевых транзисторов приведены в табл.8.
Примеры построения обозначений полевых транзисторов
Таблица 8
Наименование | Обозначение |
1. Транзистор полевой с каналом типа N
| |
2. Транзистор полевой с каналом типа P
| |
3. Транзистор полевой с изолированным затвором без вывода от подложки: | |
а) обогащенного типа с Р-
каналом | |
б) обогащенного типа с N-
каналом | |
в) обедненного типа с Р-
каналом | |
г) обедненного типа с N-
каналом | |
4. Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с N-
каналом, с внутренним соединением истока и подложки | |
5. Транзистор полевой с изолированным затвором с выводом от подложки обогащенного типа с Р-
каналом | |
6. Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с Р-
каналом с выводом от подложки | |
7. Транзистор полевой с затвором Шоттки | |
8. Транзистор полевой с двумя затворами Шоттки |
Примечание. Допускается изображать корпус транзисторов.
10. Примеры построений обозначений фоточувствительных и излучающих полупроводниковых приборов приведены в табл.9.
Примеры построений обозначений фоточувствительных и излучающих полупроводниковых приборов
Таблица 9
Наименование | Обозначение |
1. Фоторезистор: | |
а) общее обозначение | |
б) дифференциальный | |
2. Фотодиод | |
3. Фоторезистор | |
4. Фототранзистор: | |
а) типа PNP
| |
б) типа NPN
| |
5. Фотоэлемент | |
6. Фотобатарея |
11. Примеры построения обозначений оптоэлектронных приборов приведены в табл.10
Примеры построения обозначений оптоэлектронных приборов
Таблица 10
Наименование | Обозначение |
1. Оптрон диодный | |
2. Оптрон тиристорный | |
3. Оптрон резисторный | |
4. Прибор оптоэлектронный с фотодиодом и усилителем: | |
а) совмещенно | |
б) разнесенно | |
5. Прибор оптоэлектронный с фототранзистором: | |
а) с выводом от базы | |
б) без вывода от базы |
Полупроводниковые диоды
Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока, предназначен для выпрямления переменного тока.
Существует много различных типов диодов – выпрямительные, импульсные, туннельные, обращенные, сверхвысокочастотные диоды, а также стабилитроны, варикапы, фотодиоды, светодиоды и др.
1. Выпрямительные диоды
Работа выпрямительного диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода.
Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер).
Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4 - 0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым).
При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях.
Прямой ток диода создается основными, а обратный – неосновными носителями заряда. Положительный (прямой) ток диод пропускает в направлении от анода к катоду.
На рис. 1 показаны условное графическое обозначение и характеристики выпрямительных диодов. Два вывода диода: анод А и катод К не обозначаются и на рисунке показаны для пояснения.
На вольт-амперной характеристике диода обозначена область электрического пробоя, когда при небольшом увеличении обратного напряжения ток резко возрастает.
Электрический пробой является обратимым явлением. При возвращении в рабочую область диод не теряет своих свойств. Если обратный ток превысит определенное значение, то электрический пробой перейдет в необратимый тепловой с выходом прибора из строя.
Рис. 1. Полупроводниковый выпрямительный диод: а – вольт-амперная характеристика, б – условное графическое изображение
Промышленностью в основном выпускаются германиевые (Ge) и кремниевые (Si) диоды.
Кремниевые диоды обладают малыми обратными токами, более высокой рабочей температурой (150 - 200 °С против 80 - 100 °С), выдерживают большие обратные напряжения и плотности тока (60 - 80 А/см2 против 20 - 40 А/см2). Кроме того, кремний – широко распространенный элемент (в отличие от германиевых диодов, который относится к редкоземельным элементам).
К преимуществам германиевых диодов можно отнести малое падение напряжения при протекании прямого тока (0,3 - 0,6 В против 0,8 - 1,2 В). Кроме названных полупроводниковых материалов, в сверхвысокочастотных цепях используют арсенид галлия GaAs.
Полупроводниковые диоды по технологии изготовления делятся на два класса: точечные и плоскостные.
Точечный диод образуют Si- или Ge-пластина n-типа площадью 0,5 - 1,5 мм2 и стальная игла, образующая p–n-переход в месте контакта. В результате малой площади переход имеет малую емкость, следовательно, такой диод способен работать в высокочастотных цепях. Но ток через переход не может быть большим (обычно не более 100 мА).
Плоскостной диод состоит из двух соединенных Si- или Ge-пластин с разной электропроводностью. Большая площадь контакта ведет к большой емкости перехода и относительно низкой рабочей частоте, но проходящий ток может быть большим (до 6000 А).
Основными параметрами выпрямительных диодов являются:
– максимально допустимый прямой ток Iпр.max,
– максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,
– максимально допустимая частота fmax.
По первому параметру выпрямительные диоды делят на диоды:
– малой мощности, прямой ток до 300 мА,
– средней мощности, прямой ток 300 мА - 10 А,
– большой мощности – силовые, максимальный прямой ток определяется классом и составляет 10, 16, 25, 40, - 1600 А.
2. Импульсные диоды применяются в маломощных схемах с импульсным характером подводимого напряжения. Отличительное требование к ним – малое время перехода из закрытого состояния в открытое и обратно (типичное время 0,1 - 100 мкс).
3. Стабилитрон предназначен для стабилизации, т.е. поддержания постоянства напряжения в цепях питания радиоэлектронной аппаратуры. Внешний вид одной из конструкций наиболее распространенных среди радиолюбителей стабилитронов и его графическое обозначение показаны на (рис.2). По устройству и принципу работы кремниевые стабилитроны широкого применения аналогичны плоскостным выпрямительным диодам. Но работает стабилитрон не на прямом участке вольт - амперной характеристики, как выпрямительные или высокочастотные диоды, а на обратной ветви вольт - амперной характеристики , где незначительное обратное напряжение вызывает значительное увеличение обратного тока через прибор. Разобраться в сущности действия стабилитрона вам поможет его вольт - амперная характеристика, показанная на (рис. 2, а). Здесь (как и на рис. 2) по горизонтальной оси отложены в некотором масштабе обратное напряжение Uобр., а по вертикальной оси вниз - обратный ток Iобр. Напряжение на стабилитрон подают в обратной полярности , т. е. включают так, чтобы его анод был соединен с отрицательным полюсом источника питания. При таком включении через стабилитрон течет обратный ток Iобр. По мере увеличения обратного напряжения обратный ток растет очень медленно - характеристика идет почти параллельно оси Uобр. Но при некотором напряжении Uобр. р - n переход стабилитрона пробивается и через него начинает течь значительный обратный ток. Теперь вольт - амперная характеристика резко поворачивает и идет вниз почти параллельно оси Iобр. Этот участок и является для стабилитрона рабочим. Пробой же р - n перехода не ведет к порче прибора, если ток через него не превышает некоторого допустимого значения.
Стабилитрон и его графическое обозначение на схемах
Рис. 2. Вольт - амперная характеристика стабилитрона (а) и схема параметрического стабилизатора напряжения (б)
На (рис. 2 ,б) приведена схема возможного практического применения стабилитрона. Это так называемый параметрический стабилизатор напряжения . При таком включении через стабилизатор V течет обратный ток Iобр., создающийся источником питания, напряжение которого может изменяться в значительных пределах. Под действием этого напряжения ток Iобр., текущий через стабилитрон, тоже изменяется, а напряжение на нем, а значит, и на подключенной к нему нагрузке Rн остается практически неизменным - стабильным. Резистор R ограничивает максимально допустимый ток, текущий через стабилитрон. Параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст ., ток стабилизации Iст. , минимальный ток стабилизации Icт.min и максимальный ток стабилизации Icт.max . Параметр Uст. - это то напряжение, которое создается между выводами стабилизатора в рабочем режиме. Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до 180 В. Минимальный ток стабилизации Iст. min - это наименьший ток через прибор, при котором начинается устойчивая работа в режиме пробоя (на рис. 2, а - штриховая линия Iст.min), с уменьшением этого тока прибор перестает стабилизировать напряжение. Максимально допустимый ток стабилизации Iст.max - это наибольший ток через прибор, при котором температура его р - n перехода не превышает допустимой (на рис. 2, а - штриховая линия Icт.max) - Превышение тока Iст.max ведёт к тепловому пробою р - n перехода и, естественно, к выходу прибора из строя.
4.Фотодиод - полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, обратный ток которого зависит от освещенности р-n перехода. Существуют два режима работы фотодиодов:
Без внешнего источника электропитания (режим фотогенератора);
С внешним источником электропитания (режим фотопреобразователя).
В первом режиме используется фотогальванический эффект. Воздействие светового потока на p – n переход через отверстие в корпусе приводит к созданию на зажимах фотодиода (при разомкнутой внешней цепи) разности потенциалов, называемой фото - э.д.с. У селеновых и кремниевых фотодиодов фото - э.д.с. достигает 0,5 - 0,6 В, у диодов из арсенида галлия - примерно 0,8 - 0,9 В.
При замыкании выводов освещенного фотодиода на резистор ток, появляющийся в цепи, зависит от фото - э.д.с. и сопротивления резистора. Максимальный ток при одной и той же освещенности фотодиода возникает при сопротивлении, равном нулю, т.е. при коротком замыкании фотодиода. При больших световых потоках наступает насыщение и рост фото - э.д.с. прекращается. Фотодиоды, работающие в данном режиме, находят применение в солнечных батареях.
Если фотодиоды включить в цепь с источником электропитания в непроводящем направлении (рис.3) и обеспечить освещение, то при изменении интенсивности освещения происходит существенное изменение обратной ветви вольт характеристики и, как следствие, изменение величины обратного тока I .
Рис.3. Полупроводниковый фотодиод: схема включения (режим фотопреобразователя)
Когда фотодиод не освещен, в цепи проходит обратный темновой ток (5-10 мкА). При освещении фотодиода появляется дополнительное число электронов и дырок, что приводит к увеличению тока в цепи. Выходным сигналом в цепи обычно является напряжение , на резисторе . Фотодиод обладают высокой чувствительностью и используются в схемах автоматического контроля и регулирования.
5. Светодиод - полупроводниковый диод, в котором предусмотрена конструктивная возможность вывода светового излучения из области p – n перехода через отверстие в корпусе.
Принцип действия светодиода основан на интенсивной рекомбинации носителей зарядов и, как следствие этого, выделении лучистой энергии при протекании через p – n переход прямого тока. Светодиод изготавливают из карбида кремния и фосфида галлия, излучающего видимый свет в диапазоне от красного до голубого.
Светодиоды находят применение в цифровых буквенных и знаковых индикаторах систем автоматики.
ТранзисторТранзистором называется электропреобразовательный прибор с одним или несколькими p – n переходами, предназначенный для усиления мощности .
Широкое распространение имеют транзисторы с двумя p – n переходами. Транзисторы данного типа характерны наличием двух различных типов носителей заряда - дырок и электронов.
1.Биполярный транзистор - это транзистор с двумя p – n переходами . Для изготовления транзисторов данного типа применяют в основном кремний и германий. Два p – n перехода создают трехслойную полупроводниковую структуру из полупроводников с различными типами электропроводимости. В соответствии с чередованием областей с различными типами электропроводимости биполярные транзисторы подразделяются на два класса: типа p – n – p и типа n – p – n .
Транзисторы изготавливаются в металлических, пластмассовых корпусах и в бескорпусном исполнении (для микросхем)
Схематическое устройство и условное графическое обозначение биполярных транзисторов (типа n – p – n ) приведены на рис.4, а.
Рис.4. Биполярный транзистор n – p – n : а) условное обозначение; б) и в) движение носителей заряда (электронов и дырок)
У биполярных транзисторов центральный слой называют базой (Б) . Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (электронов или дырок), который главным образом и создает ток прибора, называют эмиттером (Э) , а наружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, называется коллектором (К) .
Существуют три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ) , с общим эмиттером (ОЭ) , и общим коллектором (ОК). Различие в способах включения зависит от того, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей. В схеме ОБ общей точкой входной и выходной цепей является база, в схеме ОЭ- эмиттер, в схеме ОК – коллектор.
Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером (рис.5, а). Для такой схемы входной ток равен току базы: = - . Малая величина входного (управляющего) тока обусловила широкое применение данной схемы.
Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером называют входной (базовой) характеристикой транзистора (), а зависимость тока коллектора от напряжения при постоянных значениях тока базы - семейством его выходных (коллекторных) характеристик (). Входная и выходная характеристики биполярного транзистора средней мощности типа n – p – n приведены соответственно на рис.5, б, в.
Рис.5. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером
Схемы включения биполярного транзистора: а) с ОБ; б) с ОЭ; в) с ОК
2. Полевые (униполярные) транзисторы - в отличие от биполярных транзисторов управление выходным током осуществляется не входным током, а электрическим полем, создаваемым входным напряжением. Делятся на транзисторы с управляющим p–n-переходом ли переходом металл - полупроводник (барьер Шоттки), и с изолированным затвором или транзисторы МДП (МОП) (метал - диэлектрик - полупроводник). Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом проще биполярного.
А) Полевой транзистор с управляющим p-n переходом - это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть, отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении. При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. - Прибор, в котором электрическое поле, возникающее от приложения напряжения между затвором и истоком, управляет через канал током. В полевом транзисторе носители заряда (электроны или дырки) одного знака проходят по полупроводниковому каналу. Канал - это полупроводниковая область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком (И), а электрод, через который основные носители заряда уходят из канала, - стоком (С). Электрод, служащий для регулирования попе речного сечения канала, носит название затвора (З).
Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с каналами p - и n - типов.
Полевой транзистор с затвором в виде p – n перехода - полупроводниковый прибор, в котором проводимостью канала можно управлять, подавая напряжение на закрытый p – n переход. Структурная схема и схема включения полевого транзистора с каналом n- типа и затвором в виде p – n перехода приведены на рис.6, а, б.
В транзисторе с каналом n - типа основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом образуя ток стока . Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p – n переход, образованный n - областью канала и p - областью затвора. Таким образом, в полевом транзисторе с каналом n - типа полярности приложенных напряжений следующие: .
В транзисторе с каналом p - типа основными носителями заряда в канале являются дырки, которые движутся в направлении понижения потенциала, поэтому , а .
Рис.6. Структурная схема (а) и схема включения (б) полевого транзистора с каналом n-типа и затвором в виде p – n перехода:1 - ввод истока; 2 - затвор; З - канал; 4 - вывод затвора; 5 - вывод стока
Б). Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды - исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO 2 , выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод - затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП (МОП) -транзисторами.
Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ) (рис. 7).
Рис.7 – Схемы включения полевого транзистора: а) ОИ; б) ОЗ; в) ОС
На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ.
Условно- графические обозначения полевых транзисторов приведены на рисунке :
1. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
2. Полевой МДП (МОП) транзистор с изолированным затвором
Тиристор
–полупроводниковое устройство, обладающее тремя и более р-n переходами. Используется в электрических схемах в качестве ключа.
Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется под внешним воздействием электрического напряжения или тока на прибор.
Основными типами являются диодные (двухэлектродные) и триодные (трехэлектродные) тиристоры.
1.В диодном тиристоре (динисторе), структура которого изображена на рис.8, а, переход прибора из закрытого состояния в открытое производится, когда напряжение между анодом и катодом достигает некоторой величины, являющейся номинальным параметром прибора - напряжением переключения .
Рис.8. Диодный тиристор (динистор): а) структура; б) вольт - амперная характеристика
2.Триодным тиристором называется управляемый трехэлектродный переключатель, в котором переключение четырехслойной p 1 – n 1 – p 2 – n 2 – структуры в проводящее состояние (рис.9, а) производится подключением на один из слоев структуры (p 2) напряжения управления. Таким образом, обеспечивается увеличение тока через переход n 3 на величину .
Рис.9. Триодный тиристор: а) структура, вольт - амперная характеристика; б) конструкция
3.Симметричные тиристоры (симисторы) позволяют управлять переключением цепи переменного тока в течение как положительного, так и отрицательного полупериодов приложенного переменного напряжения. На рис.10, а показано условное обозначение прибора в схемах и его вольт - амперная характеристика.
Рис.10. Симметричный тиристор (симистор)
Выпрямитель
- статическое устройство, служащее для преобразования переменного тока источника электроэнергии в постоянный.
Выпрямитель состоит из трансформатора, вентильной группы и сглаживающего фильтра (рис. 11). Трансформатор Тр выполняет несколько функций: изменяет напряжение сети Uвх до значения U1 необходимого для выпрямления, электрически отделяет нагрузку Н от сети, преобразует число фаз переменного тока.
Вентильная группа ВГ преобразует переменный ток в пульсирующий однонаправленный. Сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки. Трансформатор Тр и сглаживающий фильтр СФ не являются обязательными элементами схемы выпрямителя.
Рис. 11. Структурная схема выпрямителя
Основными параметрами, характеризующими качество работы выпрямителя, являются:
· средние значения выпрямленного (выходного) напряжения Uср и тока Iср,
· частота пульсаций fп выходного напряжения (тока),
· коэффициент пульсаций р, равный отношению амплитуды напряжения пульсаций к среднему значению выходного напряжения.
· внешняя характеристика - зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока,
· к. п. д. η = Pполезн / Pпотр = Pполезн / (полезн + Ртр + Рвг + Рф), где Ртр, Рвг, Рф - мощность потерь в трансформаторе, в вентильной группе и сглаживающем фильтре.
Работа выпрямителя (вентильной группы) основана на свойствах вентилей - нелинейных двухполюсников, пропускающих ток в одном (прямом) направлении.
В качестве вентилей используют обычно полупроводниковые диоды. Вентиль, обладающий нулевым сопротивлением для прямого тока и имеющий бесконечно большое сопротивление для обратного тока, называют идеальным.
Схемы выпрямления
Самые распространенные схемы выпрямления и формы выходного напряжения при работе на активную нагрузку. В качестве вентилей везде изображены полупроводниковые диоды.
— простейшие полупроводниковые приборы, основой которых является электронно-дырочный переход (р-п-переход ). Как известно, основное свойство р-n-перехода — односторонняя проводимость: от области р (анод) к области п (катод). Это наглядно передает и условное графическое обрзначение полупроводникового диода : треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости. Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод (рис. 7.1 ).
Буквенный код диодов — VD. Этим кодом обозначают не только отдельные диоды, но и целые группы, например, выпрямительные столбы . Исключение составляет однофазный выпрямительный мост, изображаемый в виде квадрата с соответствующим числом выводов и символом диода внутри (рис. 7.2 , VD1). Полярность выпрямленного мостом напряжения на схемах не указывают, так как ее однозначно определяет символ диода. Однофазные мосты, конструктивно объединенные в одном корпусе, изображают отдельно, показывая принадлежность к одному изделию в позиционном обозначении (см. рис. 7.2 , VD2.1, VD2.2). Рядом с позиционным обозначением диода можно указывать и его тип.
На основе базового символа построены и условные графические обозначения полупроводниковых диодов с особыми свойствами. Чтобы показать на схеме стабилитрон , катод дополняют коротким штрихом, направленным в сторону символа анода (рис. 7.3 , VD1). Следует отметить, что расположение штриха относительно символа анода должно быть неизменным независимо от положения УГО стабилитрона на схеме (VD2—VD4). Это относится и к символу двуханодного (двустороннего) стабилитрона (VD5).
Аналогично построены условные графические обозначения туннельных диодов , обращенных и диодов Шотки — полупроводниковых приборов, используемых для обработки сигналов в области СВЧ. В символе туннельного диода (см. рис. 7.3 , VD8) катод дополнен двумя штрихами, направленными в одну сторону (к аноду), в УГО диода Шотки (VD10) — в разные стороны; в УГО обращенного диода (VD9) — оба штриха касаются катода своей серединой.
Свойство обратно смещенного р-n-перехода вести себя как электрическая ёмкость использовано в специальных диодах — варикапах (от слов vari(able) — переменный и cap(acitor) — конденсатор). Условное графическое обозначение этих приборов наглядно отражает их назначение (рис. 7.3 , VD6): две параллельные линии воспринимаются как символ конденсатора. Как и конденсаторы переменной ёмкости, для удобства варикапы часто изготовляют в виде блоков (их называют матрицами) с общим катодом и раздельными анодами. Для примера на рис. 7.3 показано УГО матрицы из двух варикапов (VD7).
Базовый символ диода использован и в УГО тиристоров (от греческого thyra — дверь и английского resistor — резистор) — полупроводниковых приборов с тремя р-л-переходами (структура p-n-p-n), используемых в качестве переключающих диодов. Буквенный код этих приборов — VS.
Тиристоры с выводами только от крайних слоев структуры называют динисторами и обозначают символом диода, перечеркнутым отрезком линии, параллельным катоду (рис. 7.4 , VS1). Такой же прием использован и при построении УГО симметричного динистора (VS2), проводящего ток (после его включения) в обоих направлениях. Тиристоры с дополнительным, третьим выводом (от одного из внутренних слоев структуры) называют тринисторами . Управление по катоду в УГО этих приборов показывают ломаной линией, присоединенной к символу катода (VS3), по аноду — линией, продолжающей одну из сторон треугольника, символизирующего анод (VS4), Условное графическое обозначение симметричного (двунаправленного) тринистора получают из символа симметричного динистора добавлением третьего вывода (см. рис.7.4 , VS5).
Из диодов, изменяющих свои параметры под действием внешних факторов, наиболее широко применяют фотодиоды . Чтобы показать такой полупроводниковый прибор на схеме, базовый символ диода помещают в кружок, а рядом с ним {слева вверху, независимо от положения УГО) помещают знак фотоэлектрического эффекта — две наклонные параллельные стрелки, направленные в сторону символа (рис. 7.5 , VD1—VD3). Подобным образом строятся УГО любого другого полупроводникового диода, управляемого оптическим излучением. На рис. 7.5 в качестве примера показано условное графическое обозначение фотодинистора VD4.
Аналогично строятся условные графические обозначения светоизлучающих диодов
, но стрелки, обозначающие оптическое излучение, помещают справа вверху, независимо от положения УГО и направляют в противоположную сторону (рис. 7.6
). Поскольку светодиоды, излучающие видимый свет, применяют обычно в качестве индикаторов, на схемах их обозначают латинскими буквами HL. Стандартный буквенный код D используют только для инфракрасных (ИК) светодиодов.
Для отображения цифр, букв и других знаков часто применяют светодиодные знаковые индикаторы. Условные графические обозначения подобных устройств в ГОСТе формально не предусмотрены, но на практике широко используются символы, подобные HL3, показанному на рис. 7.6
, где изображено УГО семисегментного индикатора для отображения цифр и запятой. Сегменты подобных индикаторов обозначаются строчными буквами латинского алфавита по часовой стрелке, начиная с верхнего. Этот символ наглядно отражает практически реальное расположение светоизлучающих элементов (сегментов) в индикаторе, хотя и не лишен недостатка; он не несет информации о полярности включения в электрическую цепь (поскольку подобные индикаторы выпускают как с общим анодом, так и с общим катодом, то схемы включения будут различаться). Однако особых затруднений это не вызывает, поскольку подключение общего вывода индикаторов обычно указывают на схеме. Буквенный код знаковых индикаторов — HG.
Светоизлучающие кристаллы широко используют в оптронах — специальных приборах, применяемых для связи отдельных частей электронных устройств в тех случаях, если необходима их гальваническая развязка. На схемах оптроны обозначают буквой U и изображают, как показано на рис. 7.7 .
Оптическую связь излучателя (светодиода) и фотоприемника показывают в этом случае двумя стрелками, перпендикулярными к линиям электрической связи — выводам оптрона. Фотоприемником в оптроне могут быть фотодиод (см. рис. 7.7 , U1), фототиристор U2, фоторезистор U3 и т. д. Взаимная ориентация символов излучателя и фотоприемника не регламентируется. При необходимости составные части оптрона можно изображать раздельно, но в этом случае знак оптической связи следует заменять знаками оптического излучения и фотоэффекта, а принадлежность частей к одному изделию показывать в позиционном обозначении (см. рис. 7.7 , U4.1, U4.2).
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
УСЛОВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ
ГОСТ 2.730-73
ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Единая система конструкторской документации ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ Unified system for design
documentation. |
ГОСТ
|
Дата введения 1974-07-01
1. Настоящий стандарт устанавливает правила построения условных графических обозначений полупроводниковых приборов на схемах, выполняемых вручную или автоматическим способом во всех отраслях промышленности. (Измененная редакция, Изм. № 3). 2. Обозначения элементов полупроводниковых приборов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Наименование |
Обозначение |
1. (Исключен, Изм. № 2). | |
2. Электроды: | |
база с одним выводом | |
база с двумя выводами | |
Р -эмиттер с N -областью | |
N -эмиттер с Р -областью | |
несколько Р -эмиттеров с N -областью | |
несколько N -эмиттеров с Р -областью | |
коллектор с базой | |
несколько коллекторов, например, четыре коллектора на базе | |
3. Области: область между проводниковыми слоями с различной электропроводностью. Переход от Р -области к N -области и наоборот | |
область собственной электропроводности ( I -область): l) между областями с электропроводностью разного типа PIN или NIP | |
2) между областями с электропроводностью одного типа PIP или NIN | |
3) между коллектором и областью с противоположной электропроводностью PIN или NIP | |
4) между коллектором и областью с электропроводностью того же типа PIP или NIN | |
4. Канал проводимости для полевых транзисторов: обогащенного типа | |
обедненного типа | |
5. Переход PN | |
6. Переход NP | |
7. Р -канал на подложке N -типа, обогащенный тип | |
8. N -канал на подложке Р -типа, обедненный тип | |
9. Затвор изолированный | |
10. Исток и сток Примечание. Линия истока должна быть изображена на продолжении линии затвора, например: | |
11. Выводы полупроводниковых приборов: | |
электрически, не соединенные с корпусом | |
электрически соединенные с корпусом | |
12. Вывод корпуса внешний. Допускается в месте присоединения к корпусу помещать точку |
Таблица 4
Наименование |
Обозначение |
1. Эффект туннельный | |
а) прямой | |
б) обращенный | |
2. Эффект лавинного пробоя: а) односторонний | |
б) двухсторонний 3-8. (Исключены, Изм. № 2). | |
9. Эффект Шоттки |
Таблица 5
Наименование |
Обозначение |
1. Диод | |
Общее обозначение | |
2. Диод туннельный | |
3. Диод обращенный | |
4. Стабилитрон (диод лавинный выпрямительный) | |
а) односторонний | |
б) двухсторонний | |
5. Диод теплоэлектрический | |
6. Варикап (диод емкостный) | |
7. Диод двунаправленный | |
8. Модуль с несколькими (например, тремя) одинаковыми диодами с общим анодным и самостоятельными катодными выводами | |
8a. Модуль с несколькими одинаковыми диодами с общим катодным и самостоятельными анодными выводами | |
9. Диод Шотки | |
10. Диод светоизлучающий |
Таблица 6
Наименование |
Обозначение |
1. Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении | |
2. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении | |
3. Тиристор диодный симметричный | |
4. Тиристор триодный. Общее обозначение | |
5. Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении с управлением: по аноду | |
по катоду | |
6. Тиристор триодный выключаемый: общее обозначение | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду | |
запираемый в обратном направлении, с управлением по катоду | |
7. Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении: | |
общее обозначение | |
с управлением по аноду | |
с управлением по катоду | |
8. Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) - триак | |
9. Тиристор тетроидный, запираемый в обратном направлении |
Таблица 7
Наименование |
Обозначение |
1. Транзистор а) типа PNP | б) типа NPN с выводом от внутреннего экрана | 2. Транзистор типа NPN , коллектор соединен с корпусом | 3. Транзистор лавинный типа NPN | 4. Транзистор однопереходный с N -базой | 5. Транзистор однопереходный с Р -базой | 6. Транзистор двухбазовый типа NPN | 7. Транзистор двухбазовый типа P NIP с выводом от i-области | 8. Транзистор двухразовый типа P NIN с выводом от I -области | 9. Транзистор многоэмиттерный типа NPN |
Примечание. При выполнении схем
допускается:
а) выполнять обозначения транзисторов в
зеркальном изображении, например,
Б) изображать корпус транзистора. |
Таблица 8
Наименование |
Обозначение |
1. Транзистор полевой с каналом типа N | |
2. Транзистор полевой с каналом типа Р | |
3. Транзистор полевой с изолированным затвором баз вывода от подложки: | |
а) обогащенного типа с Р -каналом | |
б) обогащенного типа с N -каналом | |
в) обедненного типа с Р -каналом | |
г) обедненного типа с N -каналом | |
4. Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с N -каналом, с внутренним соединением истока и подложки | |
5. Транзистор полевой с изолированным затвором с выводом от подложки обогащенного типа с Р -каналом | |
6. Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с Р -каналом с выводом от подложки | |
7. Транзистор полевой с затвором Шоттки | |
8. Транзистор полевой с двумя затворами Шоттки |
Таблица 9
Наименование |
Обозначение |
1. Фоторезистор: а) общее обозначение | |
б) дифференциальный | |
2. Фотодиод | |
З. Фототиристор | |
4. Фототранзистор: | |
а) типа PNP | |
б) типа NPN | |
5. Фотоэлемент | |
6. Фотобатарея |
Таблица 10
Наименование |
Обозначение |
1. Оптрон диодный | |
2. Оптрон тиристорный | |
3. Оптрон резисторный | |
4. Прибор оптоэлектронный с фотодиодом и усилителем: | |
а) совмещенно | |
б) разнесенно | |
5. Прибор оптоэлектронный с фототранзистором: а) с выводом от базы | |
б) без вывода от базы |
2. Взаимная ориентация обозначений источника и приемника не устанавливается, а определяется удобством вычерчивания схемы, например:
12. Примеры построения обозначений прочих полупроводниковых приборов приведены в табл. 11.
Таблица 11
Наименование |
Обозначение |
1. Датчик Холла | |
Токовые выводы датчика изображены линиями, отходящими от коротких сторон прямоугольника | |
2. Резистор магниточувствительный | |
3. Магнитный разветвитель |