promel (967628), страница 19
Текст из файла (страница 19)
ТИРИСТОРЪ| Т и р и с т о р — это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости А А А А (тиристор открыт). Перевод тирис ~ Ф-Ф тора нз закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздей- рз рз ствисм на прибор. К числу факто- к )г к к Условные обозначении дннистора (а), одиоонатиристора (б), даухопетире!огорд (8), фогоги (а), симисгора (д) 73 ров, наиболее широко используе- а) Л Я г) д) мых для отпирания тиристоров, относится воздействие папряжени- рнс. К42.
ем (током) или светом (фототири- гири'горо': стор ы), рационного рациопного Основными типами являются рисгора диодные (рис. !.42,а) и триодныс (Рис. 1.42, б — г) тиристоры. днодных тнрнсторах (дннисторах) переход при"ора из закрытого состояния в открытое связан с тем, что нап а'гряженне между анодом и катодом достигает некоторой граничной величины, являющейся параметром прибора.
В т р и- одны д н ы х т и р и с т о р а х управление состоянием прибора п оизв Роизводнтся по цепи третьего — управляющего электрода. По УпРавляющего электрода при этом могут выполняться либо цепи одна, либо две операции изменения состояния тиристора.
В зависи- мости о тн от этого различают одно- и двухоперационные тиристоры. В цепи д н о о п е р а ц и о н н ы х т и р и с т о р а х (рис. 1.42, б) по Управляющего электрода осуществимо только отпирание тн- Ристо а, тора С этой целью на управляющий электрод подается положи- тельный относительно катода импульс напряжения. Запирание од операционного тиристора, а также динистора производится по ц анода изменением полярности напряжения анод — катод. Д в у о и е р а ц и о н н ы е т и р и с т о р ы допускают по цепи упр ляющего электрода как отпирание, так и запирание прибора. Д запирания на управляющий электрод подается отрицательный и пульс напряжения.
В ф о т от и р и с т о р а х (рис. 1.42, г) отпирание прибора производится с помощью светового импу,льса. П2 Рнс. 1.43. Полупроводннкован структура тнрнстора Рнс. 1.44. Составляюшне токов в т рнсторе прн включении внешних н пряженнй Все перечислениь1е приборы выполняют функцию бесконтактно ключа, обладающего односторонней проводимостью тока. Прибо позволяющий проводить ток в обоих направлениях, называют с и мстричным тиристором (симистором).
По своем назначению симнстор (рис. 1.42, д) призван выполнять функции дву, обычных тпристоров (рис. 1.42, б), включенных встречно-параллельно Анализ принципа действия указанных типов тиристоров провед следующим образом. Достаточно подробно рассмотрим работу одно операционного тиристора (рис. 1,42, б), как наиболее распространен ного, а для других типов покажем их особенности. Тиристор представляет собой четырехслойную полупроводиико вую структуру типа р-п-и-п с тремя р-п-переходами (рис. 1.43), в которой р;слой выполняет функцию а и о д а, а п,-слой — к ат о д а.
Управляющий электрод связан с р;слоем структуры. Основной материал в производстве тиристоров — кремний. Четырехслой ная структура обычно создается по диффузионной технологии. Исходным материалом является кремниевая пластина и-типа толщиной 70 — бОО мкм (в зависимости от типа тиристора). Вначале методом диффузии акцепторной примеси с обеих сторон пластины создают транзисторную структуру типа р;и;па. Затем после локальной обработки поверхности р;слоя вносят донорную примесь в р;слой для получения четвертого п;слоя. оля удобства изучения процессов, протекающих в тиристоре, „ставим его в виде структуры, изображенной на рис.
1.44. Растрсние проведем с помощью вольт-ампеРной характеристики ти- Ра (рис. 1.45) при включении внешних напряжений в соответстви вии с рис. 1.44. рассмотрим о б р а т н у ю в е т в ь вольт-амперной характе- яки тиристора, которая снимается при токе управления У = О. Обратному напряжению тиристора (Е( О, Уее - 0) соответствует ристя полк „ключение внешнего напряжения ия отрицательным полюсам к ано- 1д ду и положительным — к катоду, У П лярность напряжения на тирисоре и его распределение по перее/л л ходам структуры показаны на рис. 1 44 без скобок. Приложение обратного напри а+ьг =1 у > 2 у у жсиия " тнристору вызывает сме- л а~а> 1 шсиие среднего перехода П, в пря. мом направлении, а двух крайн а у у ей' пеР а переходов П, и Йх — в обратном.
а 'ь уl у Переход П, открыт, и падение нап- ряжения на нем мало. Поэтому Ряс !.45. Вольт-ампе!>яая харак- можно предположить, что обратное теряетяке тиряето!>а напряжение Уь распределяется главным образом по переходам П, н П,. Однако в процессе изготовления тиристора концентрация примеси в р>г и и;слоях обеспечивается достаточно высокой по сравнению с концентрацией в р; и и,- слоях и переход П, получается узким. С приложением обратного напряжения переход П, вступает в Режим электрического пробоя при напряжении, существенно меньшем рабочих напряжений Уь. Обратное папряженис, по существу,' прикладывается к переходу П„т.
е. обратная ветвь вольт-амперной характеристики тиристора (рис. !.45) представляет собой обри>пну>о ветвь вольт-амперной характеристики перехода П е Таким образом, способность тиристора выдерживать обратное папРЯжепие возлагаетсЯ на Р-и-пеРеход Пг Г!Роведенный в Ь 1.2 анализ обратной ветви вольт-амперной характеристики диода целиком применим к этому р-и-переходу. В частности, здесь аналогично Решается задача получения лавинной характеристики для защиты тиркстора от перенапряжений. Проанализируем поведение тиристора при подведении к нему напряжения в прямом направлении (Е)0, У,„)0). Полярность внешнего напряжения на тиристоре и переходах струк- Уры показана на рис.
!.44 в скобках. Крайние переходы П„ П, смеЩаютса в пРЯмом напРавлспии, а сРедпий пеРеход П х — в обРатном. связ п акти спи~и с этим напряжение на приборе оказывается приложенным Рактически к переходу П,. Вначале рассмотрим случай отсутствия тока управления (Г = 0). Этот режим, как и предыдущий, справед- лив и для динистора, Уо 1д Г 10 " 1д 1 1д Г 1д Е 1 э",А эояс. !.46. Зависимость коэффициентов а, я а, от тока Анализ процессов в тирясторе при Увв 0 удобно проводу воспользовавшись так называемой д в у х т р а н з и с т о р н а н а л а г и е й.
При наличии на тирпсторе напряжения в пря направлении его можно представить в виде двух транзисторов т зисторов ти р-п-р и п-р-и: транзистора Т, типа р ги;рв и транзистора Т, т п;р;л, (см. рис. 1.44). Эмиттерпым переходом для первого транз П. тора является переход Пп для второго транзистора Т ,. Переход Н, служит общим коллекторным переходом обоих тр зисторов. При этом полярность напряжений на перехо х ств 'ет тай, к р ходах соотв .и й, какая требуется для работы обоих транзисторов л тельном режиме: эмиттерные переходы смещены п р в у в рямом напр ленин, а коллекторный — в обратном.
Представив тиристор в виде сочетания транзистора Т, с ко. циентам передачи тока а, и током эмиттера 1„ и транзистора Т коэффициентом передачи тока сев и током эмиттера 1,в, нетрудна казать составляющие тока в приборе (см. рис. !.44). Составляющ то (1 — а,)1„— это ток базы транзистора Т составляющая я 1 и ок коллектора этого транзистора. Токи транзистора Т, обусловле главным образом движением дырок через п,-базу. В транзисторе ис. !.44. ток переносится в основном электронами (пуиктирнв рис..
). Его состзвляющие (показаны на рис. !.44 сплошными пнями) представляют собой: (! — яв)1,в — ток базы, и,1ьа — т коллектора. Поскольку коллскторный переход смещен в об зтн направлении, через него протекают также составляющие, обусл ленные неосновными носителями заряда: дырки л - б ки пса ласти созда ток 1вю электроны р;области — ток 1„в. Токи 1„„и 1„„образу суммарный ток 1„(см.
рис. !.44). Одним из факторов, влияющих на прямую ветвь вольт-ампера характеристики тиристора, является з а в и с и м о с т ь к о э фи циентов а, и ав от тока. Примерный вид этой завис мости показан на рис. 1.46. Большее значение коэффициента ав сравнению с а, объясняется меньшей толщиной р;базы по сравнепи с лгбазой (см. рис. 1.44). В связи с этим п;базу часто называют т ой, а р;базу — тонкой. Требуемая зависимость коэффициентов от тока создается в процессе изготовлен' 1д приборов.
Так, например, широко при. дд г. няется шунтирование перехода П, приводит к уменьшению эффективно а . 3 ч, д,д эмиттера транзистора Т, и коэффициен, ав в области малых токов. д4 После выяснения составляющих токо и' д1 тиристора и установления зависимости к Э эффиписнтов и от тока можно рассмо реть пряьиую ветвь вольт-амперной хара теристнки прибора (рис. 1.45).
На начальном участке Π— б, соответ вующем малым значениям прямого напра жения У„ ток 1„ мал. Коэффициенты м и ив близки к нулю. Близки к нул 76 / ., = а~/м + а / г + 1„, (1. 40) С учетом того, что в любом сечении прибора при / = 0 протекает У один и тот же ток /а//аг =/аг = — 1аг = 1а), соотношение (1.40) приобретает вид /ад = 1а = (аг+иг)/а +/к (1.41) откуда а а 1 — 1аг+а) (1,42) ВЫ а ыражение (!.42) подтверждает наличие участков 0 — б и б — в женки // па вольт-амперной характеристике тиристора.
При малых напрятока а а и токе /а (участок 0 — б) сумма коэффициентов передачи возрастает г -'; агж О, анодиый ток /,ж 1,. На участке б — в ток 1 зд счет УвеличениЯ тока /, и сУммы а, + аг, котоРаЯ, а к а однако, не достигает единицы на этом участке. от Точка в является граничной, в которой создаются условия для р стара. Напряжение на приборе в точке в называется тпирапия ти и апряженпем переключения // 1 ассмот и б аар' рим более подробно процесс перехода тиристора пз заки я в открытое (участок в — г).
При этом объясним сущитого состояни У лений, связанных с отпиранием прибора: !) уменьшение ть двух явле переходе Пг и тиристоре; 2) действие внутренней прязсения на обратной связи в приборе, благодаря которой процесс олсительной ет скачкообразный характер. 77 тек е составляющие токов а,/„н аг1,г перехода Пг. Ток ез переход Пг, а следовательно, и ток через тиристор 1, , ет равен токУ 1„, т. е. в данном случае будет опреде„ся обратным 1теплсвым) током 1 а перехода П,. Таким образом, на ачшаьньй участок 0 — б прямой ветви вольпьамперной «арактериси тиристора представляет собой обратную ветвь вольт-амперной ,актеристики р-п-перехода Пг, смещенного в обратном направлении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
