Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 31
Текст из файла (страница 31)
рис.лых напряжениях И У к токIУ5.3,а). При мав основном протекает через резистивный шунт Rш, минуя базу, и статический коэффициент а 2уменьшается. По мере увеличения управляющего напряженияИ У к растет и доля тока, втекающего в базуинжекция носиVT 2 ,телей через переход П 3 становится больше, токся, и коэффициент а 2 возрастает (см. рис.I1 увеличивает5.3, б).5.3,тора п 2 -р 2 -п 1 при наличии шунта (см. рис.ент передачи тока а 2 эф=a 2 I 1 /(I 1 + I ш>·Для транзиса) коэффициТок через переход П 3 -I 1 ::::::: : : 10 ехр (Иук/<l'т), а через шунт Jш = ИукfRш. Если допустить,что а 2 зависит от 1 1 согласно кривой 1 .на рис. 5.3, б, то зависимость а 2 эФ от=5I 1 будет соответствовать кривой 2 (для Rш =3• 10 Ом).
В результате а2 эф увеличивается за счет одновре-менного возрастания а 2 и произведенияI 1 ( dadl )12, что и вызываетпереключение тирист<;>ра. На практике шунт формируется засчет частичного перекрытия катодным контактом области р 2(рис.5.3,в). Такой тиристор называется тиристором с занороченным катодом. Следовательно, включением тиристора можно управлять, изменяя напряжение Иук (ток.5.3.Jy) (см.рис.5.1,в) .Переходные процессыи импульсные свойства тиристоровВключение тиристоров осуществляется в основном либо с помощью управляющего электрода (рис.анодного напряжения (рис.более5.4,распространен первый5.4,а), либо изменениемб). Для триодных т:Иристоровспособ.Время включенияtвклскладывается из двух составляющих: времени задержки tзд ивремени нарастания tнр; tзд -это время, отсчитываемое от начала действия управляющего импульса t 1 до момента, при кото-.Раздел1681.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫИлкор....__1 У-- мощностьIл/Ил~\__,_ _ _ _ _ _ИВЪIRЛпотерь РIл/\,f'Ил0,lJАном1\tot1 t2tat4...01---...-..---."-.....-.-+-.,..__~..____,Joбplоtcnltвыкла)б)Рис.5.4ром анодный ток равен О,11Аном (JАном -конечное значениеанодного тока, определяемое полным сопротивлением цепи)(см.
рис.5.4,а); tнр -время нарастания тока от О,11Аном доО,91Аном· Временной интервал изменения тока от0,9!АномдоI А ном обозначается t:н.Время задержки и нарастания для тиристора с резистивнойнагрузкой определяется следующими процессами. При подачеположительного импульса на УЭ возникает инжекция электронов из катодной области п 2 в базу р 2 (рис.5.5,а), причем в начальный момент эта инжекция происходит в непосредственнойблизости от контакта управляющего электрода. Пройдя базу р 2 ,электроны втягиваются электрическим полем перехода П 2 ивыбрасываются в п 1 -базу, сообщая ей отрицательный заряд иRr}о,,..,---n-=2'----1ПзП2+Аа)+Аб)Рис.Пn-m=--=----1Пз·: .·.
··.П2i!5.5jГлава5.Тиристоры169тем самым увеличивая инжекцию дырок из области р 1 • Дыркииз р 1 пересекают широкую базу п1' переход П 2 , базу р 2 и, достиперехода П 3 ,гая(рис.5. 5,будут увеличивать инжекцию электроновб). Это продолжается до тех пор, пока токнет значения тока удержания JУд (см. рис.5.1,I А не достигв), после чегоприбор включается.
Поскольку этот процесс является циклически нарастающим, инжекция носителей увеличивается с обоихэмиттеров, что в конечном счете приводит к образованию шнуравысокопроводящей электронно-дырочной плазмы в небольшойобласти катода вблизи управляющего электрода (рис.5.5,в).В этих условиях проводимость этой области растет, даже есливыключить импульс тока в цепи -УЭ.Время задержки определяется явлениями, происходящимив течение первых двух стадий рассмотренных процессов (см.рис.5.5,а и б). Как показывает анализ процессов включения, вначальной стадии, на этапе задержки, основную роль играеттранзисторn 2 -p 2 -n 1 •Транзистор с широкой базойр 1 -п 1 -р 2при малых плотностях тока не вносит вклада в процесс включения до тех пор, пока анодный ток не достигает10%его конечного значения.
В этих условиях время задержки с учетом перезарядки барьерной емкости катодного перехода вычисляется поформуле(5.7)где т2w;=шириной2/(2Dn) -WP 2 , Dn -время пролета электронов через базу р 2 сIлкоэффициент диффузии электронов; К= Т;уС(И)ИУ,-удельная барьерная емкость перехода П 3 (см. рис.IY-напряжение и ток на управляющем5.1, а);электроде, ИУ ==Иук·Формула(5. 7) показывает,что время задержки уменьшаетсяс увеличением тока JY и уменьшением времени т 2 более чувствительного (по сравнению с р 1 -п 1 -р 2 ) транзистораn 2 -p 2 -n 15.2).при подаче на его базу импульса тока управления (см. рис.Второй член в(5. 7),как правило, играет значительно меньшую роль, чем первый. Если взять структуру, показанную нарис.5.1,а, которая является поперечным разрезом тиристора'Раздел170на рис.5.5,рис.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫwp2""' 2 °10-3 см, Dii = 22 смб, ТО приI А= 10-3 А (см.1.5.3,Iлб), К= Т(5.
7),/с(Si),<Х2""' о, 7;то суммарное время за-= 20,.Удержки, согласно2составит tзд= 0,05 • 10-6 с.Время нарастания tнр определяется как время, отсчитываемое смомента, когдаший ростIАIAдостигает значения О,lJАном и когда дальнейобусловлен процессами формирования проводящегошнура и началом его бокового распространения (см. рис.= t 3д +Время включения tвкл5.5,б).tнр• как показывает анализ,приближенно равно среднему геометрическому времени диффузии в п 1 - ир 2 -областях или(5.8)где 't 1=W~ 1 /2Dп, 't 2толщины базn1=Wffi 2 /2DP, Wпl> WP 2-соответственнои р2 •140 мкм, WP 2 = 20 мкм, Dп = 22 см 2 /с, DP = 12 см 2 /свремя включения равно tвкл ""'0,9 мкс.Для Wп 1 =В мощных тиристорах эмиттеры р 1 и п 2 имеют большую площадь.
Эмиттеры малых размеров используются только в быстродействующих приборах.Как было показано, в течение времени tвкл начинает проводить только небольшая область вблизи управляющего контакта. Для мощных тиристоров эта область высокой проводимостиза счет диффузии и боковых электрических полей постепеннораспространяется вдоль катода с некоторой скоростью, и за время tк (см. рис.5.4,а) вся поверхность эмиттера п 2 будет инжектировать. электроны.Если допустить, что анодный ток и напряжение при включении тиристора изменяются во времени в соответствии с некоторой функцией, то мгновенно рассеиваемая мощность в проводящей части тиристора (см.
рис.форме Р""' ИAf(t, r)dIA/dt,между анодом и катодом;r5.4,где ИА -f(t,а) может быть записана встационарное напряжениеr)-функция времениtи радиусауправляющего электрода (УЭ). Повышение температуры (ЛТ)из-за рассеяния мощности Р в наиболее горячей точке равноЛТ=1( --f Р dt) ~ (dlA/dt), где р, судрсУд о-плотность и удель-Глава5.Тиристорына.я теплоемкость полупроводника,тор (обычно171из которого сделан тирисSi).Следовательно, для предотвращения перегрева необходимоне превышать предельную скорость нарастания тока («Эффектdfp/dtit ).
Предельное значение dIл/dt зависит от размера первоначально включенной области и скорости распространения включенного состояния вдоль катода. Следовательно, для уменьшенияdlл/dtнеобходимо увеличивать площадь первоначальноговключения, что осуществляете.я за счет выполнения управляющего электрода в виде гребенки; использовать включение, индуцированное полем (эффектdU jdtсм. ниже); пршv.~:ен.ять специальный инжектирующий управляющий электрод и т. д.Рассмотрим некоторые особенности включения тиристора поанодной цепи путем подачи импульса напряжения (рис.Быстро изменяющееся во времени напряжениеток смещения Ic=dU jdt5.4,б).вызываетd(~tU), протекающий через барьерную емкость С перехода П 2 • Ток смещенияIcвыполняет роль управляющего тока/У, подаваемого в базу р 2 • Как показывает анали3,условие включения в этом случае будет таким же, как и при подаче тока (напряжения) управления, т.
е. суммабыть равна единице. При большихIcal + а2 должнакоэффициенты <Х 1 и <Х 2 , зависящие от тока, достигают величин, до~таточных для включения тиристора. Рассмотренное ..явление в литературе часто называют «эффектомdU/dtit. За счет этого эффекта в динамическом режиме напряжение включения может быть существенноуменьшено. ~меньшение напряжения включения зависит какот амплитуды импульса анодного напряжения, так и от скорости его нарастания. В мощных тиристорах напряжение включения должно быть больш:Им, поэтому принимают меры по ослаблению эффекталения эффектаdU jdt.dU / dtНаиболее радикальным способом ослабявляется использование шунтированияперехода П 3 (которое было рассмотрено выше) с помощью добавочного резистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
