Диодный тиристор. Структура и принцип работы

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более p–n переходами, имеющие вольт-амперную характеристику S-типа.

В зависимости от числа выводов тиристоры бывают диодные (динисторы), триодные (тринисторы) и тетродные.

В основу тиристора положен монокристалл с чередующими р- и n-областями (рис 2). Крайние области p1 и n2 называются эмиттерами, а средние n1 и p2-базами. Крайние переходы П1, П3 называют эмиттерными, а средний переход П2 – коллекторным. Омический контакт к внешнему p-слою называется анодом, а к внешнему n-слою – катодом, а к базе – управляющим электродом.

Рис 2. Четырёхслойная структура тиристора (а), его вольтамперная характеристика (б), структура двухтранзисторного эквивалента тиристора (в), и условное обозначение: (г) динистор, (д) тиристор, управляемый по катоду, (е) тиристор, управляемый по аноду.

Чтобы снять характеристику динистора, необходимо в качестве источника электрического питания использовать генератор тока. В зависимости от величины тока, протекаемого через тиристор между катодом и анодом, возникает соответствующая разность потенциалов. Если к аноду приложить отрицательное напряжение относительно катода, то все переходы закрыты и через структуру протекает обратный ток (участок ОА рис 2,б) – режим обратного запирания. А при дальнейшем увеличении обратного напряжения возможен электрический пробой (участок АЕ – режим обратного пробоя).

Пусть к аноду приложено небольшое положительное напряжение относительно катода (рис 2,а). Переходы П1 и П3 включены в прямом направлении, а переход П2 – в обратном, и поэтому почти все приложенное напряжение падает на нем. Участок ОВ вольт-амперной характеристики аналогичен обратной ветви характеристики диода и его называют режимом прямого запирания.

С увеличением анодного напряжения увеличивается прямое напряжение на эмиттерных переходах. Дырки, инжектированные из р₁-эмиттера в n₁-базу диффундируют к коллекторному переходу и экстрагируют в p₂-базу, где и накапливаются. Дырки, остановленные потенциальным барьером П3, образуют в p₂-базе избыточный положительный заряд и одновременно понижают высоту потенциального барьера П3, что вызывает увеличение инжекции электронов из n₂-эмиттера в p₂-базу. Затем эти электроны диффундируют к коллекторному переходу и экстрагируют в n₁-базу, и накапливаются в ней. Дальнейшему движению электронов препятствует потенциальный барьер эмиттерного перехода П1. Эти электроны, кроме того, понижают потенциальный барьер перехода П1 и способствуют росту инжекции дырок из p₁-области. Таким образом в тиристоре существует положительная обратная связь, приводящая к лавинообразному увеличению тока через тиристор. В результате накопления избыточного положительного заряда в p₂-базе и отрицательного в n₁-базе происходит компенсация объемного заряда коллекторного перехода, его сопротивление резко падает, и при некотором U_ВКЛ (напряжении включения) происходит резкое возрастание тока, протекающего через тиристор, и одновременно уменьшается падение напряжения на всем тиристоре. Тиристор из закрытого состояния переходит в открытое, и этому соответствует участок В1 вольт-амперной характеристики (рис 2,б) с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

После того, как тиристор включился, все три перехода смещены в прямом направлении, и этому соответствует участок ГД вольт-амперной характеристики. Тиристор работает в режиме прямой проводимости. Ток, протекающий через тиристорную структуру, ограничивается только нагрузочным резистором, включенным последовательно с тиристором.

Таким образом, тиристор может находиться в двух состояниях – закрытом (выключенном) и открытом (включенном). Закрытое состояние характеризуется большим падением напряжения на тиристоре и малым протекающим током, т.е. тиристор обладает большим сопротивлением. В открытом состоянии падение напряжения на тиристоре мало (1…3 В), а протекающий через него ток велик, тиристор имеет малое сопротивление.

Тиристор будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока избыточный заряд в базах смещает коллекторный переход в прямом направлении за счет тока, протекающего через структуру.

Структура тиристора может быть представлена в виде соединения двух транзисторов, разной электропроводимости (рис 2,в), так что коллекторный ток транзистора p₁-n₁-p₂ является базовым током транзистора n₁-p₂-n₂, а коллекторный ток транзистора n₁-p₂-n₂ является базовым током транзистора p₁-n₁-p₂.

Таким образом, между базовыми и коллекторными токами транзисторов существует положительная обратная связь, которая обеспечивает переключение структуры при условии, что коэффициент положительной обратной связи больше единицы. Постоянный ток коллектора этих транзисторов можно выразить через эмиттерные токи

I_к1 = h_21б1I_э1 + I_кбо1 ; I_к2 = h_21б2 I_э2 + I_кбо2 ,

где h_21б1 , h_21б2 – коэффициенты передачи постоянных токов эмиттеров транзисторов, I_кбо1 , I_кбо2 – обратные токи коллекторов транзисторов.

Так как I_к=I_к1=I_к2, то получим:

I = h₂₁_б₁I + I_кбо₁ + h₂₁_б₂ I + I_кбо₂.

С учетом коэффициента лавинного умножения M в коллекторном переходе получим:

I = M[ I (h₂₁_б₁ + h₂₁_б₂) + I_кбо₁ + I_кбо₂] ,

где I_KO = I_кбо1+I_кбо2.

Рис 3. Структурная схема динистора с шунтированием эмиттерного перехода объёмным сопротивлением базы.

В каждой из транзисторных структур коэффициенты передачи тока эмиттера могут быть близки к единице даже при малых напряжениях и токах. Для уменьшения начальных величин коэффициента передачи одну из баз тиристора делают довольно толстой по сравнению с диффузионной длиной соответствующих неосновных носителей. На практике один из эмиттерных переходов шунтируется объемным сопротивлением базы (рис 3).

Такое шунтирование обеспечивает малые значения h_21б1 , h_21б2 при малых напряжениях на тиристоре, так как почти весь ток при этом идет по шунтирующему сопротивлению базы, минуя эмиттерный переход ЭП2. При больших напряжениях уменьшается сопротивление ЭП2, и весь ток будет проходить через ЭП2, минуя шунтирующее сопротивление базы.

При таком конструктивном исполнении тиристор переходит в открытое состояние при постоянном напряжении включения, т.е. тиристор имеет жесткую характеристику переключения. При слабой зависимости h_21б1 и h_21б2 от напряжения и тока тиристора напряжение включения различно и тиристор имеет мягкую характеристику переключения. Обозначение динисторов в схеме показана на рисунке 2,г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ф.А. Ткаченко «Техническая электроника», Мн., «Дизайн ПРО», 2000 г.

2. А.П. Казанцев, «Материалы и компоненты радиоэлектроники», Мн., БГУИР, 2009.

3.К.С. Петров, «Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника», Питер, 2004.

4. А.Л. Булычев, П.М. Лямин, Е.С. Тулинов, «Электронные приборы»,Мн., В.Ш,,1999.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 483; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!