Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Прн обратном напряжении между анодом и катодом (рис. 1.46,б) переходы П! и Пз находятся под обратным напряжением, а переход Пг — под прямым. На переходе Пг падение напряжения очень мало, поэтому все внешнее напряжение О, распределяется фактически между переходами П! и Пз. В этом случае тиристор ведет себя так же, как диод при обратном напряжении; анодный ток практически отсутствует, и тиристор находится в закрытом состоянии.
При подаче на тиристор прямого напряжения (рис. 1.46, в) полярность напРяжений на Р-и переходах изменится: на перходах П! и Пз будет прямое напряжение, а на переходе Пав обратное. В этом случае падение напряжения на крайних переходах П! и Пз очень мало; фактически все внешнее напряжение приложено к среднему переходу Пг. Физические процессы, объясняющие принцип действия тиристора при прямом напряжении, очень сложны.
Рассмотрение их принято проводить, представив структуру тиристора в виде двух транзисторов с разными типами электропроводности, у каждого из которых база соединена с коллектором другого (рис. 1.47,а). Первый из этих двух транзисторов — Т! типа р-и-р — состоит Рис. 1.47. Прелставлеиие тиристора в виде двух транзисторов: а — структура; б — двухтранзисторный эквивалент из областей р, — эмиттер, л, — база, р, — коллектор, а второй— типа и-р-и — содержит области л, — эмиттер, рг — база, и! — коллектор.
В соответствии с таким представлением тиристора его крайние слои называют эмиттерами, а средние — базами. Таким образом, переход П! является эмиттерным переходом для транзистора Т!, а переход Пз — эмиттерным переходом для транзистора Тг, переход Пг является общим для обоих транзисторов коллекторным переходом.
На эмиттерных переходах действует прямое напряжение, а на коллекторном — обратное, что соответствует рабочему режиму транзисторов. Двухтранзисторный эквивалент тиристора показан на рис. !.47, б. Т н ок в цепи тиристора 1, при отсутствии тока в цепи упра еия — это ток, протекающий последовательно через все четыре р вл слоя его структуры, а значит, через оба эмиттера и коллекторный переход Пг.
Поэтому можно написать следующие равенства: та хэ! хв — гэг га глг. Рассмотрим, какие составляющие входят в ток !пг через коллекторный переход. Для транзистора Т! ток через коллекторный переход равен а!/,!, где а! — коэффициент передачи тока т,ср-п-р! цпр цпр В закрытом состоянии тгсп-р-п! !при эмиттера. Для транзистора Т, аналогично — аз!мы Кроме того, через коллекторный переход Пг протекает суммарный обратный ток обоих транзисторов 1,.б,, обусловленный движением неосновных носителей заряда — дырок из слоя пс в слой рг и электронов из рг в пь Полный ток через коллекторный переход равен сумме этих трех составляющих: !по = а!1,! + аг!ог + 1«обо. Или, учитывая, что через П, и эмиттеры проходит один и тот же ток 1„можно эту сумму написать иначе: 1.
= а!1, -(- аг1о -1- 1„обг, откуда получим выражение для анодного тока и цепи тиристора: с— ! — (а> + аг) Величина а! и ае зависит от толщины базовых слоев и! и р, от тока 1 в цепи. При малых значениях тока 1. а! и аг близки 1 к нулю, поэтому оэтому очень малы составляющие анодного тока ас,с и аг1,ю а ток через тиристор обусловлен только обратным током перехода П,. В этом режиме тиристор остается закрытым; на прямой ветви вольт-амперной характеристики тиристора это соответствует участку 1, аналогичному обратноЙ ветви характеристики р-и перехода (рис.
1.48). Рис. !.48. Вольт-амперная характеристика тиристора при 1т = 0: Я— точка переключения; 1 — участок закрытого состояния; у -- участок отрицательного динамического сопротивления — переход в открытое в состояние; 3 — участок открытого состояния На участке 1 с увеличением анодного напряжения (1, растет обратное напряжение на переходе Пг н немного возрастает ток 1, а значит, и ток через тиристор 1,. Рост тока 1, вызывает обр, ув вличение коэффициентов передачи тона 'а! и агч что в св 1 очередь приводит к возрастанию составляющих тока ас1,! и а, „ и более быстрому росту тока 1.. В точке А мгновенно происходит переключение тиристора из закрытого состояния в открытое.
В этот момент ток скачком возрастает, а напряжение на тиристоре падает, причем этот процесс неуправляем (участок 2 так называемого отрицательного динамического сопротивления). Напряжение и ток тирнстора в точке А в момент переключения называют, соответственно, напряжением переключения (/о,„и током переключения Условие, необходимое для переключения тиристора, как следует из формулы для тока 1. выражается равенством а! +аз= = 1.
Действительно, в результате взаимного влияния тока 1, на величину коэффициентов а! и аг, а этих коэффициентов на ток 1о рост тока становится все интенсивнее: например, при а! + аз —— = 0,5 ток 1. = 21,обр', при а!+ аг= 0,8 ток 1, = 5!кобо', при Рнс. !.49. Схема потоков носителей заряда в тиристоре: а — прн а~ + ао(с: б — прн а~ + ао)! ас+ ив = 0 95 1. = 201. обр, 'при ос!+ ест = 0 99 1. = 100!о обр. В тот момент, когда а!+ аз= 1, знаменатель в выражении для тока 1, обращается в нуль, а ток должен бесконечно возрасти, но он ограничивается сопротивлением нагрузки 11„ в анодной цепи. Рассмотрим процессы, сопровождающие переход тиристора из закрытого состояния в открытое (рис. 1.49).
Для упрощения будем считать, что ас = агч хотя обычно создают несимметричную структуру, где аг > а!. До момента переключения (ас + аг) ( 1 (рис. 1.49, а); можно считать, что для каждого транзистора Т, и Т, а(0,5. Это означает, что в транзисторе Т, (рс-пс-р,) из потопа дырок от эмиттера Э! большая часть оседает в базе Бс, а меньшая переходит через коллекторный переход Пт в коллектор Кь Аналогично в транзисторе Тт (лт-рз-п~) большая часть электронов из эмиттера Э, остаегся в базе Бт, а меньшая переходит в коллектор Кз через переход Пз. Таким образом, при а| + аз (! в потоке носителей заряда, поступающих в область аь преобладают дырки, а в потоке носителей заряда, поступающих в область рт, — электроны.
В базах возрастает концентрация неосновных носителей заряда, увеличивающих обратный ток коллекторного перехода, а напряжение на переходе П, остается обратным. Рост тока через тиристор, остающийся закрытым, происходит за счет увеличения !„.ет. С ростом тока и увеличением суммы а, + аз все больше дырок из области р, через базу н~ и переход Пз переходит в область рз., одновременно увеличивается поток электронов из области ат через область рз и переход Пт в область ль Этн носители заряда, скапливаясь по обе стороны от р-а перехода Пз (дырки в рт-базе и электроны в любазе), создают электрическое поле, направленное встречно полю, созданному обратным напряжением, и понижают потенциальный барьер коллекторного перехода.
В тот момент, когда а~ + аа = 1, потенциальный барьер полностью скомпенсирован, обратное напряжение на переходе Пт равно нулю, тирнстор открывается. Одновременно с этим повышение концентрации избыточных основных носителей заряда в базах усиливает инжекцию носителей заряда в базы из эмиттеров, что вызывает еще большее возрастание коэффициентов передачи тока и их суммы а~ + аа, а следовательно, еще более быстрый рост тока. Процесс носит лавинообразный характер, так как возникает положительная обратная связь, когда следствие происходящих явлений влияет на их причину, еще более усиливая ее воздействие на рост тока. В результате этих процессов переключение тиристора происходит мгновенно и неуправляемо, а напряжение на тиристоре падает, так как ни иа одном из переходов нет обратного напряжения.
Это соответствует участку 2 на рис. 1.48. После включения тиристора его работа осуществляется при открытом состоянии, когда а1 + ае) 1. Небольшое увеличение напряжения вызывает быстрый рост тока через тиристор (участок 3 на рис. !.48). Этот участок вольт-амперной характеристики тиристора в прямом направлении соответствует прямой ветви характеристики диода. Потоки дырок в р,-базу и электронов в п,-базу возрастают; в результате этого на переходе Пт изменяется полярность напряжения: слой рз у перехода заряжается положительно, а п~ — отрицательно, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
