Электроника_Книга (852903), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Принцип работы ПТ с управляющим р-n переходом.3. Условные обозначения ПТ с управляющим р-n переходом.4. Схемы включения ПТ с управляющим р-n переходом.5. Статические выходные характеристики ПТ в схеме с общим истоком.6. Управляющие характеристики ПТ в схеме с общим истоком.7. Статические характеризующие параметры ПТ и их определение.7.1. Крутизна управляющей характеристики.7.2. Выходное (внутреннее) сопротивление.7.3.
Статический коэффициент усиления по напряжению.8. Максимально допустимые значения ПТ.9. Виды и особенности конструкции ПТ с изолированным затвором.10. Условные обозначения ПТ с изолированным затвором.11. Устройство МДП-транзистора с индуцированным каналом.12. Принцип работы МДП-транзистора с индуцированным каналом.13. Схема включения с общим истоком и управляющая характеристика МДП-транзистора с индуцированным каналом.14. Устройство МДП-транзистора с встроенным каналом.15.
Принцип работы МДП-транзистора с встроенным каналом.16. Схема включения с общим истоком и управляющая характеристика МДП-транзистора с встроенным каналом.17. Преимущества ПТ по сравнению с биполярными.18. Недостатки ПТ по сравнению с биполярными.19. Применение ПТ.20. Схема работы ПТ в ключевом режиме.1027 ТИРИСТОРЫ7.1 Общие сведения о тиристорах (ТС)Тиристорами (от греч.
thýra – дверь, вход и англ. resistor – резистор) называются полупроводниковые приборы, состоящие из четырех или более чередующихся p и n областей, то есть имеющих трии более p–n переходов. Они могут находиться только в двух устойчивых состояниях: открытом, когда их сопротивление близко к нулю,и закрытом, когда их сопротивление близко к бесконечности. В электротехнических устройствах ТС применяются как переключающиеэлементы в регулируемых выпрямителях, инверторах, бесконтактныхвыключателях, преобразователях частоты и многих других.Функции, выполняемые ТС, аналогичны функциям, которые выполняют транзисторы в ключевом режиме. Транзисторы из-за своего низкого коэффициента усиления по току (10…100) используютсяв устройствах малой и средней мощности, а ТС, обладающие оченьбольшим коэффициентом усиления по току (105…10 6), – в мощныхпреобразователях.Основные варианты четырехслойных ТС, имеющих три p–n перехода (j1, j2, j3), приведены на рисунке 7.1.
Электрод, подключенныйк области р1, является анодом (А), а электрод, подключенный к области n2, – катодом (К).Четырехслойный полупроводниковый прибор, имеющий только эти два электрода, называется диодным тиристором или динистором (рисунок 7.1, а).Прибор, имеющий еще один вывод, который является управляющим электродом (УЭ), называется триодным тиристором, или тринистором (рисунок 7.1, б и в).
Если УЭ подключен к области р2, то такой тринистор называется с управлением по катоду (рисунок 7.1, б),если к области n1 – с управлением по аноду (рисунок 7.1, в).Тринисторы делятся на незапираемые и запираемые. Незапираемыеприборы при помощи сигнала, подаваемого на УЭ, могут только открываться, а запираемые – как открываться, так и закрываться. Последниеиногда называют GTO-тиристоры (Gate Turn–off – выключаемый поцепи управления). Их работа будет рассмотрена в следующем разделе.103абвРисунок 7.1 – Структурные схемы и условные обозначения динистора (а),тринисторов с управлением по катоду (б) и аноду (в)Кроме четырехслойных ТС, проводящих ток только в одном направлении, применяются полупроводниковые приборы, имеющиепятислойную структуру и, соответственно, четыре p–n перехода. Такие устройства позволяют проводить ток в обоих направлениях.
Изза одинаковой формы ВАХ в прямом и обратном направлениях ониполучили название симметричных тиристоров или симисторов. Иногда их еще называют триаками (triode for alternating current — триоддля переменного тока).Кроме этого, в некоторых технических устройствах нашли применение следующие виды ТС: фототиристоры, оптотиристоры, ассиметричные, тиристоры-диоды, полевые тиристоры и другие.Наибольшее применение в технике нашли незапираемые тринисторы с управлением по катоду (рисунок 7.1, б), поэтому в данном разделе мы будем рассматривать только их работу.
В большинстве технической литературы под словом «тиристор» имеются в виду именнотакие полупроводниковые приборы. Поэтому и мы в дальнейшем будем пользоваться термином «тиристор», имея в виду только незапираемые тринисторы с управлением по катоду.1047.2 Процессы, происходящие в четырехслойнойполупроводниковой структуре7.2.1 Прямое напряжении и ток управления IG = 0Рассмотрим, какие процессы будут происходить в ТС, когдак нему прикладывается прямое напряжение UF («+» на анод, «–» накатод), при отсутствии тока в цепи управления. В данном случае ТСработает как динистор (рисунок 7.1, а), то есть четырехслойный полупроводниковый прибор с двумя электродами – анодом (А) и катодом (К).абвРисунок 7.2 – Процессы, происходящие в тиристоре при IG = 0При отсутствии внешнего напряжения (рисунок 7.2, а) на каждомp–n переходе возникает запирающий слой, вызванный переходомэлектронов из n-областей в p-области.
В результате возникают «+»и «–» заряженные атомы – ионы (квадратики на рисунке 7.2), которые препятствуют дальнейшему переходу свободных носителей.Если на ТС подать небольшое напряжение в прямом направлении UF и его плавно увеличивать, то на переходах j1 и j3 , включенныхв прямом направлении, запирающий слой будет скомпенсирован,и они будут открыты. К переходу j2 будет приложено обратное напряжение, и его запирающий слой увеличится (рисунок 7.2, б). Ток через переход j2, как и через весь ТС, будет определяться неосновными105носителями области n1 (дырками) и области р2 (электронами). Местодырки рС , перешедшей из области n1 в область р2, занимает дыркар П из области р1 (рисунок 7.2, б). Точно так же место электрона nС ,перешедшего из области p2 в область n1, занимает электрон nП из области n2. Так как число неосновных носителей очень мало, то величина тока будет близка к нулю.
Сопротивление полупроводникового прибора в этом случае велико и составляет 105…107 Ом. Тиристорсчитается закрытым.Дальнейшее увеличение прямого напряжения на ТС не приводит к существенному увеличению числа неосновных носителей. Токмал, а сопротивление ТС остается очень большим. Это продолжается до тех пор, пока не наступает лавинный пробой перехода j2.
Приэтом возрастает число неосновных носителей областей n1 (дырок)и р2 (электронов), и ток через переход j2 увеличивается. Благодаря этому основные носители из области p1 (дырки) в большом количествеустремляются в область n1, где они являются неосновными, и для нихпереход j2 открыт. То же самое происходит с основными носителями из области n2 (электронами).
В области p2 они будут неосновными, и для них переход j2 также открыт. Число носителей заряда увеличивается в миллионы раз, ток резко возрастает, а сопротивлениеполупроводникового прибора падает до долей Ома. Тиристор открывается (рисунок 7.2, в).Таким образом, чтобы открыть ТС, необходимо обеспечить высокую концентрацию неосновных носителей либо в области n1 (дырок), либо в области р2 (электронов), либо в той и другой областях.Они создадут ток перехода j2, что приведет к открытию ТС.7.2.2 Прямое напряжении и ток управления IG > 0Описанным выше способом (увеличением прямого напряжения)в открытое состояние переключают динисторы (рисунок 7.1, а). Тринисторы имеют третий вывод – управляющий электрод (УЭ), при помощи которого полупроводниковый прибор можно открывать прилюбом прямом напряжении.У тринистора с управлением по катоду (который мы договорились называть тиристором) УЭ подключен к области р2.
Если принебольшом прямом напряжении UF на тиристоре подать напряжение управления UG (UG << UF), причем «+» на УЭ (область р2), а «–»на К (область n2), то по цепи «+»UG, УЭ, р2, n2, К, «–»UG потечет токуправления IG (рисунок 7.3, а). Так как это напряжение прикладывается к переходу j3 в прямом направлении, ток IG будет состоять из106основных носителей – дырок, поступающих из области р2 в областьn2 и электронов, поступающих из области n2 в область р2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
