Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

рис.смещены в обратном направлении, а переход П 2 -5.1,а)в прямом.Если распределение примесей в областях тиристора соответст­5.1, б, то переход П 1 будет значительно толще, чем П 32.2), и большая часть напряжения, создаваемого на тирис-вует рис.(см. п.1; - 6779Раздел1621.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫторе протекающим током 1, падает на переходе П 1 • В зависимости,от размеров области п 1 и напряжения на ней толщина обеднен­ного слоя занимает либо часть, либо всю область п 1 • В послед­нем случае происходит смыкание переходов П 1 и П 2 • Ток на уча­стке0-4БАХ определяется сопротивлениями обратносмещен-.\ных переходов П 1 и П 3 • Допустимое падение напряжения натиристоре ограничивается ударной ионизацией в переходе П 1 исмыканием базы п 1 • Напряжение пробоя в тиристоре ниже на­пряжения пробоя обратносмещенного изолированного эквива­лентного р-п-перехода П 1 • Это обусловлено тем, что в тиристо­ре переход П 1 связан с соседним переходом П 2 и образует тран­зистор р 1 -п 1 -р 2 с разомкнутой базой, включенный по схеме собщим эмиттером (ОЭ).

Напряжение пробоя (И проб) уменьшает­ся из-за влияния этого транзистора (см. п.4.3).В режиме прямого запирания напряжение на аноде положи-·тельно по отношению к катоду, переходы П 1 и П 3 см.ещены в пр.я­мом направлении, а переход П 2 -в обратном. Падение напряже­ния между анодом и катодом тиристора равно сумме падений напряжения на переходах, т.

е. ИА=И1+ И2 + И3 •приложенного напряжения падает на переходе П 2 и лишь незна-чительная-.·Большая часть.,'на переходах П 1 и П 3 • Для понимания характерис­.ной моделью тиристора, в которой тиристор рассматривается как 'соединение р-п-р- и п-р-п-транзисторов. :Коллектор каждо- •го из этих транзисторов соединен с базой другого (рис.

5.2). Здесь .;тик в рассматриваемом режиме воспользуемся двухтранзистор-АУЭ_п...0_~1кка)б)Рис.5.2Глава5.Тиристоры163представлена двухтранзисторная модель для триодного тиристора(рис.5.2, а -структурнаяcxeiv.i:a,рис.5.2, б -схемное включе­ние). Переход П 2 является коллектором для дырок и электронов,инжектируемых соответственно из области р 1 и п • Полный ток,2протекающий через переход П 2 , определяется токами инжекцииэтих носителей и собственным обратным током (см.

п.2.3).При разомкнутой цепи управляющего электрода токи ин­жекции через переходы П 1 и П 3 в основном ограничены малымпрямым напряжением на них из-за большого сопротивления об­ратносмещенного перехода П 2 • Пользуясь соотношениями п.можно составить выражение для тока базы транзистора(см. рис.5.2,4.2,VT 1б):(5.1)Здесь а 1 -статический коэффициент передачи тока эмитте­ра транзистораVT 1 ; I ко~ - обратн,ый ток перехода коллектор база транзистора VT 1 • Ток I в~ протекает через :кщшектор тран­зистора VT 2 (см.

рис. 5.2, б) и /Бl = Iк 2 •С другой стороны, ко,ллекторный ток I к 2 транзистора VT 2можно определить через ток катода Iк из известного выражения(см. п.4.2):(5.2)где а 2 -статический коэффициент передачи тока эмиттератранзисторатранзистораVT 2 ; I ко 2 VT 2 • Еслиобратный ток коллекторного переходав цепи управляющего электрода проте­кает ток ТУ, то ток катода равен I к= I А+ I у· Учитывая это равен­приравняв выражения (5.1) и (5.2), получимство и(5.З)где Iко= 1ко1+ Iко2·Если напряженность электрического поля в переходе П 2 доста­точна для размножения носителей за счет ударной ионизации (см.п.2.3),а/У= О, то соотношение(5.3) можно записать в вцце(5.4)где М5•-:коэффициент размножения носителей.164Раздел 1.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫПоскольку М =f(U)и а1 , 2 =f 1 , 2 (И),то формулыи(5.3)(5.4)описывают статическую БАХ тиристора при напряжениях на' 1аноде, меньших или равных И вкл· Коэффициенты а 1 и а 2 сильнозависят от величины тока. На участке0-1БАХ (см.

рис.пока ток и напряжение анода невелики, (а 1ток определяется токомI5.1,,в),+ а2 ) < 1 и анодныйко· С повышением напряжения на ано­де возрастает прямое напряжение на эмиттерных переходах П 1и П 3 , что приводит к увеличению инжекции через эти переходыи росту а 1 и а2 • Дырки, инжектированные из областирl' прохо-дят через переход П 2 и повышают потенциал базы р 2 за счет неравновесногоположительногозаряда,что увеличиваетJ•.··,·..инжек­цию электронов из области п 2 • Эти электроны, попадая в базу п1'снижают ее потенциал, увеличивая тем самым инжекцию из об-11'jласти р 1 • Б результате в тиристоре возникает положительная об- 'Jратная связь, приводящая к лавинообразному увеличению анод- ,j.Jнаго тока при некотором напряжении и = и вкл·)При И= Ив,ш выполняется соотношение (а 1+ а2 )--> 1.При ла­винообразном нарастании анодного тока через переход П 2 проте­кает значительный ток, и его сопротивление резко падает.

Напря­жение источника питания перераспределяется таким образом, чтопадение напряжения на резисторе в анодной цепи (см. рис.5.1,а)возрастает, а напряжение на аноде тиристора уменьшается в соот­ветствии с соотношением ИА= Рлжим, соответствующий участкурый в области точки2-IR.1-2Тиристор переходит в ре­БАХ (см. рис.5.1,в), кото­является неустойчивым. Переход из этого2-3 БАХ) про­2-3 БАХ переход П 2режима в режим прямой проводимости (участокисходит, как правило, скачком. На участкеиз-за неравновесного заряда, накопленного в базах, открывается ипереходит в режим насыщения. Б этом.

режиме проводимость ти­ристора велика, а падение напряжения на нем мало. Оно опреде­ляется суммой падений напряжений на трех прямосмещенныхр-п-переходах Пl' П 2 , П 3 , падением напряжения на базах, р 1 -ип 2 -областях и выводах (см. рис.5.1,а). Суммарное падение напря­жения на включенном тиристоре составляет1 ... 2 В.Рассмотрим особенности включения тиристора при наличииразмножения носителей в переходе П 2 • Если предельные вели­чины а 1 и а 2 малы, напряжение на переходе П 2 может достиг­нуть величины Ипроб· Б этом случае носители заряда, переме-Глава5.165Тиристорыщающиеся через переход П 2 , приобретут энергию, достаточнуюдля лавинного умножения.

Дырки, рожденные в переходе, до­бавляются к дыркам, инжектированным через переход П 1 , и пе­ремещаются к переходу П 3 , электрическое поле которого явля­ется ускоряющим для них. Электроны двигаются в противопо­ложном направлении, т. е. к аноду. В результате рождения впереходе П 2 пар зарядов проводимость его увеличивается, а со­противление падает, что приводит к уменьшению падения на­пряжения И 2 на нем и увеличению напряжения на переходахП 1 и П 3 • Это, в свою очередь, увеличивает инжекцию дырок иэлектронов из областей р 1 и п 2 , т. е. размножение носителей впереходе П 2 идет еще более интенсивно, и далее процесс повто­ряется. Таким образом, число носителей, перемещающихся че­рез прибор, лавинообразно увеличивается, коэффициенты а 1 иа 2 растут, произведение М(а 1+ а 2 ) в (5.4)приближается к еди­нице и происходит включение тиристора.Для коэффициента умножения М в зависимости от при­ложенного напряжения И и напряжения пробоя И проб переходаП 2 можно воспользоваться эмпирическим соотношением видам = [1- (И/Рпроб)т]- 1 , где принято и= ивкл• ТогдаМ(а1+ <Х2) =1= (а 1 +а 2 )[1-(Ивкл1Ипроб)т]- =1.

Напряжение включения Ивкл'вычисленное из последнего выражения, определяется следую­щей формулой:(5.5)где т-некоторое число, зависящее от параметров и устройст­ва тиристора.Из(5.5)видно, что Uвкл всегда меньше напряжения пробояперехода П 2 , что обусловлено наличием положительной обрат­0,4, а 2 = 0,15,Ивкл = 45 В. ·ной связи в тиристорной структуре. При а 1 =И проб= 66 В и т = 4 напряжение включенияПосле того как тиристор включился, все три перехода сме­щены в прямом направлении, т.

е. оба эквивалентных транзис­тора находятся в режиме насыщения. Участок2-3БАХ опре­деляется свойствами трех последовательно соединенных и пря­мосмещенных р-п-переходов.Рассмотрим теперь механизм переключения триодного ти­ристора при подаче прямого смещения на управляющий элект-Раздел166род УЭ 1 (см. рис.5.1,1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫа), когда напряжение на переходе П 2 мень­ше И проб· Если в цепи управляющего электрода протекает токбудет происходить увеличение инжекц~и через переход П 3 ,IY,рост а 2 и т.

д., т. е. при меньшем анодном напряжении ток ано­да достигнет значения, при котором а 1+ а2;;;.:1,и тиристорвключается. Таким образом, тиристор представляет собой уп­равляемый ключевой прибор (см. рис.5.1,в).При работе тиристора в цепях переменного тока и напряже­ния необходимо учитывать динамические процессы. Рассмот­рим особенности включения тиристора в режиме малых сигна­лов. Будем считать, что переменный сигнал подается в цепь уп­равляющего электрода.Дифференцируя соотношение(5.3)и используя вместо ста­тичесюtх коэффициентов а 1 и а 2 дифференциальные коэффици-енты передачи токасм.

п.0. 1 и 0. 2 , в режиме малого4.4) получим следующее равенство:сигнала(i1.= h 21 в,(5.6)Из этого выражения следует, что условие включения тиристо­раdJA/dly~ оо выполняется, если сумма малосигнальных (диф-&.1 ++ <Х 2 = 1. Коэффициенты <Х 1 и <Х 2 зависят от токов и напряжений наференциальных) коэффициентов а стремится к единице, т. е.переходах (см.

п.da 2 '= <;t-2 + l 1 ( dli /11например, согласно выражению4.4),_т. е. а 2 ==(4.23) &. 2 =f(I 1 ). Видфункцииа 2 показаннарис. 5.3, б.2к р -п -р -тран-зисторуVT 1аАVT2--[уУЭUyK1,0Р2n1Пзn2--[ш+11Т = 300К0,5RшкО10-510-4а)б)Рис.5.310-3 lpAв)Глава5.Тиристоры167Подача положительного сигнала Иук на УЭ (рис.зывать увеличение а 2 за счет токаIY,5.3, а) будет вы­+ а2 - 1.так что сумма а 1Наиболее простым способом увеличения дифференциальногокоэффициентаCi 2 = а 22+ I 1 ( dad/ )при нарастании тока в цепи уп-1равляющего электрода является шунтирование перехода П 3 по­средством добавочного резистора Rш (см.

Характеристики

Список файлов книги