14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 25

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

Текст из файла (страница 25)

Электроника 1.1. Конспект лекцийКIкЗU зи 4  U зи 3ЭU зи 3  U зи 2ваU зи 5  U зи 4U зи 2  U зи1U зи1  U зи порКU зи порЗЭбU кэгРис. 4.14. Конструкции IGBT: дискретное и модульное (б) исполнение;условное графическое обозначение: отечественное (в); зарубежное (г)Рис.

4.15. Типовые коллекторные характеристикиПроцесс запирания IGBT представлен на рис. 4.16. Заряд, накопленный в базе биполярноготранзистора, вызывает характерный «хвост» тока при выключении IGBT. Как только имеющийся в составе IGBT полевой транзистор прекращает проводить ток, в силовой цепи начинается рекомбинациянеосновных носителей, которая являетсяначалом «хвоста». Этот «хвост» ведет к увеU кэ , iкличению тепловых потерь, а также его необU кэiкходимо учитывать в мостовых схемах и вводить промежуток между интервалами проводимости двух ключей, установленных в«токовыйхвост»одном плече моста. Для уменьшения «хвоста» необходимо снизить коэффициент усиления биполярного транзистора, но тогдаtувеличивается напряжение насыщения отРис.

4.16. Процесс запирания IGBTкрытого IGBT, и соответственно – статическиепотери.Тем не менее, несмотря на отмеченные особенности IGBT на сегодняшний день представляются самыми перспективными элементами для использования в качестве силовых управляемых ключейв диапазоне мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт.Контрольные вопросы1. Какие разновидности полевых транзисторов существуют?2.

Почему полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом не должны работать припрямом напряжении на входе U зи ?3. Почему при изменении напряжения U си толщина кнала вдоль его длины меняется нединаково?4. Чем отличается полевой транзистор с изолированным затвором от транзистора с управляющим p–n-переходом?5. Чем отличаются структуры МДП-транзисторов с индуцированным и со встроенным каналом? Как это отличие отражается на статических характеристиках?6.

Нарисуйте и объясните управляющие и выходные характеристики полевого транзистора.7. Дайте сравнительную характеристику МДП- и биполярного транзистора.8. Что такое комбинированный транзистор?9. Какие преимущества биполярных и полевых транзисторов сочетает в себе IGBT?90А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекций5.

ТИРИСТОРЫТиристор – полупроводниковый прибор с тремя или более взаимодействующими p–nпереходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения.Тиристор, имеющий два вывода, называется диодным тиристором (динистором). Тиристор,имеющий два основных вывода и один управляющий вывод, называется триодным тиристором(тринистором). Тиристор, имеющий симметричную относительно начала координат вольт-ампернуюхарактеристику, называется симметричным тиристором (симистором).На рис. 5.1 представлены конструкции тиристоров различной мощности и назначения.абРис. 5.1. Конструкции тиристоров: дискретное (а) и модульное (б) исполнение5.1.

ДинисторыДинистор представляет собой монокристалл полупроводника, обычно кремния, в котором созданы четыре чередующиеся области с различным типом проводимости p1  n1  p2  n2(рис. 5.2, а). На границах раздела этих областей возникнут p–n-переходы: крайние переходы П1 и П 3называются эмиттерными, а области,примыкающие к ним, – эмиттерами;Rсредний p–n-переход П 2 называется U коллекторным. Внутренние n1 - и p2 П2П1П3Iобласти структуры называется базами.p1n1p2n2Область p1 , в которую попадает ток изAKвнешней сети, называется анодом (А),область n2 – катодом (К).абРассмотрим процессы, происхоРис.

5.2. Структура динистора (а)дящие в тиристоре при подаче прямои его условное графическое обозначение (б)го напряжения, т.е. «+» на анод, «–» накатод. В этом случае крайние p–nпереходы П1 и П 3 смещены в прямом направлении, средний переход П 2 смещен в обратномнаправлении. Соответственно динистор можно представить в виде двухтранзисторной структуры(рис. 5.3). Так как переходы П1 и П 3 смещены в прямом направлении, из них в области баз инжектируются носители заряда: дырки из области p1 , электроны из области n2 . Эти носители заряда диффундируют в областях баз n1 и p2 , приближаясь к коллекторному переходу, и перебрасываются егополем через переход П 2 .

Дырки, инжектированные из области p1 , и электроны из области n2 движутся через переход П 2 в противоположных направлениях, создавая общий ток I .91А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийKПри малых значениях внешнего напряжения все оно практически падает на коллекторном переходе П 2 . Поэтому к переходам KIIКn2VT 2p2p2n1n1I к1П1 и П 3 , имеющим малое сопро-тивление, приложена малая разность потенциалов и инжекцияVT1носителей заряда невелика. В этомp1случае ток I мал и равен обратIАA ному току через переход П 2 .A При увеличении внешнегоабнапряжения ток в цепи сначала изРис. 5.3.

Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента динистора (б)меняетсянезначительно.Придальнейшем увеличении напряжения, по мере увеличения ширины перехода П 2 , все большую роль начинают играть носители заряда,образовавшиеся вследствие ударной ионизации. При определенной величине напряжения носителизаряда ускоряются настолько, что при столкновении с атомами p–n-перехода П 2 ионизируют их, вызывая лавинное размножение носителей заряда. Образовавшиеся при этом дырки под влиянием электрического поля переходят в область p2 , а электроны в область n1 .

Ток через переход П 2 увеличивается, аего сопротивление и падение напряжения на нем уменьшаются. Это приводит к повышению напряжения, приложенного к переходам П1 и П3 и увеличению инжекции через них, что вызывает дальнейшийрост коллекторного тока и токов инжекции. Процесс протекает лавинообразно и сопротивление перехода П2 становится малым.

Носители заряда, появившиеся в областях вследствие инжекции и лавинногоразмножения, приводят к уменьшению сопротивления всех областей динистора, и падение напряженияна нем становится незначительным. На вольт-амперной характеристике этому процессу соответствуетучасток 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 5.4). После переключения вольтамперная характеристика аналогична ветви характеристики диода, смещенного в прямом направлении(участок 3). Участок 1 соответствует закрытому состоянию динистора.Динистор характеризуется максимальнодопустимым значением прямого тока I max ,IАпри котором на приборе будет небольшоеI maxнапряжение U откр .

Если уменьшать ток че3рез прибор, то при некотором значении тока, называемом удерживающим током I уд ,I уд2ток резко уменьшается, а напряжение резкоповышается, т.е. динистор переходит обратно в закрытое состояние, соответствующееI вкл1U откручастку 1. Напряжение между анодом и катодом, при котором происходит переход тиU удU вкл U АКристора в проводящее состояние, называютРис. 5.4.

Вольт-амперная характеристика динисторанапряжением включения U вкл .При подаче на анод отрицательногонапряжения коллекторный переход П 2 смещается в прямом направлении, а эмиттерные переходыв обратном направлении. В этом случае не возникает условий для открытия динистора и через негопротекает небольшой обратный ток.5.2.

Триодные тиристорыТриодный тиристор (тринистор) отличается от динистора наличием вывода от одной из баз. Этотвывод называется управляющим электродом (рис. 5.5).I к292KUуn2p2П1УЭn1П2p1П3ARU внЕсли подключить внешний источник U вн так, какпоказано на рис. 5.5, то получим, что p–n-переходы П1и П3 будут смещены внешним источником в прямомнаправлении, а средний p–n-переход П2 будет смещенв обратном направлении, и во внешней цепи будет протекать только исчезающе маленький обратный ток коллекторного перехода П 2 . Подключим другой внешнийисточник U у (источник управления) между катодом иА.В. Глазачев, В.П.

Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийРис. 5.5. Структура тиристорауправляющим электродом (УЭ). Тогда ток управления,протекающий под действием источника управления, при определенной своей величине может привестик лавинообразному нарастанию тока в полупроводниковой структуре до тех пор, пока он не будет ограничен резистором R в цепи источника питания U вн . Произойдет процесс включения тиристора.Для рассмотрения этого явления представим тиристор в виде двух, объединенных в одну схему транзисторов VT1 и VT 2 (рис.

5.6, а), типа p–n–p и n–p–n, соответственно. Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером (рис. 5.6, б).При создании разности потенциалов между анодом (А) и каAAIАтодом (К) в прямом направленииp1(«+» на аноде, «–» на катоде) обаVT1VT1транзистора будут закрыты, так какI к2n1n1базовые токи их будут отсутствоI к1вать. При подключении источникаУЭ p2p2VT 2управления U у во входной цепиУЭ I уn2IКтранзистора VT 2 потечет базовыйVT 2Kток, являющийся током управлеKния тиристора I у . Под действиемабэтого тока в коллекторной цепиРис.

5.6. Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента тиристора (б)транзистора VT 2 потечет токI к2   2 I у , где  2 – коэффициентпередачи по току транзистора VT 2 . Но этот ток I к2 протекает по цепи «эмиттер – база» транзистораVT1 и является его входным, базовым током I б1  I к2 . Под воздействием этого тока I б1 в выходнойколлекторной цепи транзистора VT1 потечет коллекторный ток:(5.1)I к1  1I б1  1I к2  12 I У ,т.е.

коллекторный ток I к1 является усиленным в 12 раз током управления I у , и протекает ток I к1опять по базовой цепи транзистора VT 2 , там, где протекает и ток I у . Поскольку I к1 оказываетсязначительно больше тока I у , процесс взаимного усиления транзисторами токов продолжается дотех пор, пока оба транзистора не войдут в режим насыщения, что соответствует включению тиристора. Описанный процесс является процессом внутренней положительной обратной связи, под действием которой и происходит лавинообразное нарастание тока в цепи тиристора.После того, как тиристор включился, он сам себя поддерживает в открытом состоянии, так какпри условии I к2  I у внутренняя обратная связь остается положительной, и в этом случае источникуправления уже оказывается ненужным.

С учетом (5.1) это условие записывается в виде:(5.2)1 2 I У  I У .Откуда условие включения тиристора:(5.3)12  1 .Для того, чтобы выключить тиристор, необходимо прервать ток, протекающий в его силовой цепи, на короткий промежуток времени, достаточный для рассасывания неосновных носителей в зонах93А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийполупроводника и восстановления управляющих свойств. Чтобы снова включить тиристор, необходимо снова пропустить в его цепи управления ток I у , чтобы снова запустить процесс внутренней положительной обратной связи. Таким образом, тиристор представляет собой бесконтактный ключ, который может быть только в двух устойчивых состояниях: либо в выключенном, либо во включенном.Вольт-амперная характеристика тириIАстора представлена на рис.

Характеристики

Список файлов учебной работы