Лк15 (975662), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Учтем еще один фактор – лавинное умножение в коллекторном переходе П₃ через коэффициент лавинного умножения М. Тогда суммарный ток I через переход П₃ будет равен:

(16.4)

где M – коэффициент лавинного умножения, который предполагается одинаковым для электронов и дырок и определяется формулой Миллера (10.2). Откуда:

(16.6)

Выражение (16.5) в неявном виде описывает ВАХ диодного тиристора на "закрытом" участке, поскольку коэффициенты М и α_i зависят от приложенного напряжения V_G. По мере роста α_i и М с ростом V_G, когда значение М∙(α₁+α₂) станет равно 1, из уравнения (16.5) следует, что ток I устремится к ∞. Это условие и есть условие переключения тиристора из состояния "закрыто" в состояние "открыто".

Таким образом, в состоянии "закрыто" тиристор должен характеризоваться малыми значениями α_i и М, а в состоянии "открыто" – большими значениями коэффициентов α_i и М.

В закрытом состоянии (α_i – малы) все приложенное напряжение падает на коллекторном переходе П₃ и ток тиристора – это ток обратно смещенного pn-перехода. Чтобы выключить транзистор необходимо создать условия, при которых исчезает заряд, инжектированный в базы транзистора, и, соответственно, концентрации неосновных носителей около коллекторного перехода становятся меньше или равны равновесным. При этом будет иметь место выход pnp- и npn-транзисторов из режима насыщения и переход тиристора в состояние с высоким сопротивлением. Проще всего выключить тиристор, прекратив на некоторое время инжекцию заряда через эмиттерные переходы. При питании тиристора переменным напряжением это происходит автоматически в момент, когда напряжение проходит через ноль.

Быстродействие тиристоров характеризуют временем включения, и временем выключения. Как и в транзисторе, эти времена определяются процессами накопления и рассасывания избыточных носителей заряда в областях четырехслойной структуры.

Для того чтобы снизить порог включения достаточно ввести основные носители заряда в одну из баз тиристора. Осуществить это возможно, изготовив дополнительный управляющий электрод к одной из баз транзистора. Тогда чем больше ток управляющего электрода, тем раньше будет наступать включение (см. рис. 16.8).

Рассмотрим влияние тока управления на ВАХ тиристора более подробно. При двухэлектродном включении тиристора основные носители, необходимые для установления рекомбинационного равновесия в базах, поступают в n- и р-базы тиристора через коллекторный рn-переход. При подаче тока управления I_у в р-базу тиристора через управляющий электрод тиристора вводятся дополнительные основные носители (дырки) и поэтому рекомбинационное равновесие достигается при меньших значениях собственного тока коллекторного перехода I_k0 и, следовательно, меньших значениях напряжения U_A на рnрn-структуре.

Вследствие зависимости коэффициентов передачи тока от тока анода при наличии дополнительного тока I_у кривая на рис. 16.7,б сместится влево по оси токов, напряжение включения тиристора с ростом положительного тока управления уменьшается. При некотором достаточно большом токе управления участок отрицательного сопротивления исчезает. В этом случае говорят, что происходит спрямление ВАХ тиристора, а соответствующий ток управления называют током управления спрямления I_y.спр.

Ток I_у является одним из главных параметров тринисторов (трехэлектродных тиристоров). Постоянный отпирающий ток управляющего электрода I_{у вкл} – минимальное значение постоянного тока управляющего электрода, которое обеспечивает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое при определенном режиме в основной цепи. Этому току соответствует постоянное отпирающее напряжение U_{у вкл} на управляющем электроде.

16.2 Типы тиристоров

В настоящее время имеется довольно много различных типов тиристоров. Диодные тиристоры или динисторы имеют два внешних вывода, триодные тиристоры или тринисторы имеют три вывода. Динистор имеет постоянный порог срабатывания, порог тринистора может изменяться током управляющего электрода.

Динисторы и тринисторы могут иметь ВАХ трех типов (рис. 16.9). Непроводящие в обратном направлении тиристоры при подаче отрицательного анодного напряжения не переключаются и оказываются закрытыми (рис. 16.9,а). Проводящие в обратном направлении тиристоры также не переключаются при подаче обратного напряжения, но проводят токи сравнимые с токами в открытом состоянии в прямом направлении (рис. 16.9,б). Симметричные тиристоры – симисторы – имеют одинаковые характеристики переключения в первом и третьем квадрантах ВАХ (рис. 16.9,б).

Тиристоры изготавливаются на основе кремния. Большая ширина запрещенной зоны кремния, совершенство кристаллической структуры, большие подвижности и времена жизни носителей заряда, механическая прочность и сравнительная легкость получения рn-переходов позволили создать кремниевые тиристоры с различным сочетанием параметров: на токи от 1 мА до 10 кА и напряжения от нескольких вольт до нескольких киловольт. Скорость нарастания напряжения в них достигает I0⁹ В/с, а тока – 10⁹А/с. Время включения составляет от сотых долей до десятков микросекунд, время выключения – от единиц до сотен микросекунд.

Конструктивно различают три типа приборов: тиристоры штыревой конструкции в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные тиристоры с отводом тепла с одной стороны приборов, таблеточные с двусторонним отводом тепла. Основными конструкциями являются штырьевая и таблеточная.

Серийно выпускают следующие основные типы тиристоров средней и большой мощностей.

Управляемые тиристоры типа Т – это наиболее распространенный тип тиристоров на токи 10…200 А и напряжения переключения до 1600 В. Сюда же относятся тиристоры типа ТД – тиристоры динамические и ТТ – тиристоры таблеточные.

Лавинные транзисторы типа ТЛ рассчитаны на токи до 250 А и напряжения лавинного пробоя до 1500 В. Для тиристоров такого типа допускается кратковременное перенапряжение в обратном направлении, когда напряжение превышает напряжение лавинного пробоя.

Высокочастотные тиристоры типа ТЧ (тиристор частотный) рассчитаны на токи 10…200 А, напряжение переключения до 1200 В, время выключения до 15 мкс. Тиристоры типов Т, ТД, Т'Т, TЛ работают на частотах до 500 Гц, а рабочая частота тиристоров ТЧ достигает 20 кГц.

В эту же группу приборов входят тиристоры типов ТИ (тиристор импульсный) и ТМ (тиристор модуляторный), которые предназначены для работы при больших импульсах токов – до 3000 А, и коротких длительностях импульсов – 1…1000 мкс. больших скоростях нарастания анодного тока – до 10⁹ А/с и малых временах включения – 0,1…0,2 мкс.

Широкое распространение в цепях переменного тока находят тиристоры с симметричными характеристиками – симисторы. Симметричные тиристоры типа ТС (тиристор симметричный) выполняют роль ключа переменного тока. Один управляющий электрод обеспечивает управление обеими ветвями ВАХ, причем токи управления для разных направлений различны. Эффективные токи тиристоров ТС достигают 150 А, напряжение переключения – 1200 В.

На рис. 16.9 приведены примеры некоторых возможных структур тиристоров и их графические обозначения.

Характеристики

Список файлов лекций