Будова i принцип дiї тиристора 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Будова i принцип дiї тиристора



 

Для прикладу розглядається дiодний тиристор (динiстор), структура якого р-n-р-n показана на рис. 5.1.

Рис. 5.2. Структурна схема диністора

Як видно, вiн має три р-n -переходи, причому два з них (П1 i П3) являються змiщеними прямо, а середнiй перехiд П2 - змiщений зворотно. Крайню область р називають анодом, а крайню область n - катодом.

Динiстор можна представити у виглядi еквiвалентної схеми (моделi), яка включає в себе два транзистори 1типу р-n-р i 2 типу n-р-n, з'єднанi так, як показано на рис. 5.2.

 

Рис. 5.3. Модель структурної (еквівалентної) схеми диністора

 

 

В цьому випадку переходи П1 i П3 являються емiтерними переходами цих транзисторiв, а перехiд П2 являється в обох транзисторах колекторним. Внутрiшнi областi n i р називаються базами. Область бази Б1 транзистора 1 одночасно служить колекторною областю К2 транзистора 2, а область бази Б2 транзистора 2 являється колекторною областю К1 транзистора 1. Вiдповiдно цьому колекторний струм першого транзистора являється струмом бази другого транзистора , а струм колектора другого транзистора являє собою струм бази першого транзистора .

 
 

Як правило, тиристори виготовляються з кремнiю, причому емiтернi переходи можуть бути сплавними, а колекторний перехiд виготовляється методом дифузiї. Застосовується також планарна технологiя. Концентрацiя домiшки в базових (середнiх) областях значно менша, нiж в емiтерних (крайнiх) областях.

Фiзичнi процеси в динiсторi можна представити собi слiдуючим чином. Якби був лише один перехiд П2, працюючий при зворотнiй напрузi, то iснував би лише незначний зворотний струм, зумовлений перемiщенням через перехiд неосновних носiїв, яких мало. Але, як вiдомо, в транзисторi можна одержати значний колекторний струм, який також буде зворотним струмом колекторного переходу, якщо в базу транзистора через емiтерний перехiд iнжектуються у великiй кiлькостi неосновнi носiї. Чим бiльша пряма напруга на емiтерному переходi, тим бiльше цих носiїв пiдходить до колекторного переходу, тим бiльшим стає струм колектора. Напруга на колекторному переходi, навпаки, стає меншою, тому що при бiльшому струмi зменшується опiр колекторного перехода i зростає падiння напруги на навантаженнi, яке включається в коло колектора. Так, наприклад, в схемах переключення транзистор переводиться у вiдкритий стан (в режим насичення) шляхом подачi на його емiтерний перехiд вiдповiдної прямої напруги. При цьому струм колектора досягає максимального значення, а напруга мiж колектором i базою зменшується до десятих часток вольта.

Дещо подiбне спостерiгається i в тиристорi. Через змiщенi прямо переходи П1 i П3 в областi, якi межують з переходом П2, iнжектуються неосновнi носiї, зменшуючi опiр перехода П2.

Вольт-амперна характеристика динiстора, яка представлена на рис. 5.4, показує, що вiдбувається в динiсторi при пiдвищеннi прикладеної до нього напруги.

 

 

Рис. 5.4. Вольт-амперна характеристика диністора

 

Спочатку струм невеликий i зростає повiльно, що вiдповiдає дiлянцi ОА характеристики. В цьому режимi динiстор можна вважати закритим. На опiр колекторного переходу П2 впливають два взаємно протилежних процеси. З однiї сторони, пiдвищення зворотної напруги на цьому переходi збiльшує його опiр, тому що пiд впливом зворотної напруги основнi носiї iдуть в рiзнi сторони вiд границi, тобто перехiд П2 все бiльше збiднюється основними носiями. Проте, з iншої сторони, пiдвищення прямих напруг на емiтерних переходах П1 i П3 пiдсилюють iнжекцiю носiїв, якi пiдходять до переходу П2, збагачують його i зменшують його опiр. До точки А перевагу має перший процес i опiр зростає, але все повiльнiше i повiльнiше, тому що поступово пiдсилюється другий процес.

 
 

Бiля точки А при деякiй напрузi (десятки або сотнi вольт), яка називається напругою включення U вкл, вплив обох процесiв урiвноважується, а далi навiть при незначному пiдвищеннi напруги починає переважати другий процес i опiр переходу П2 починає зменшуватися. В цьому випадку виникає лавинний процес швидкого вiдкривання динiстора. Цей процес пояснюється таким чином.

Струм рiзко, стрибком, зростає (дiлянка АБ на характеристицi), тому що збiльшення напруги на переходах П1 i П3 зменшує опiр переходу П2 i напруги на ньому, внаслiдок чого ще бiльше зростають напруги на П1 i П3, а це, в свою чергу, приводить до ще бiльшого зростання струму, зменшенню опору перехода П2 i т.i. В результатi такого процесу встановлюється режим, який нагадує режим насичення транзистора - значний струм при малiй напрузi (дiлянка БВ). Струм в цьому режимi, коли прилад вiдкритий, визначається головним чином опором навантаження R н, яке включається послiдовно з динiстором. При цьому внаслiдок значного струму майже вся напруга джерела живлення падає на навантаженнi R н.

В вiдкритому станi внаслiдок накопичення значних зарядiв бiля переходу П2 напруга на ньому пряма, що, як вiдомо, являється характерним для колекторного переходу в режимi насичення. Тому повна напруга на тиристорi складається з трьох невеликих напруг на переходах i чотирьох також невеликих падiнь напруг на р - i n -областях. Оскiльки кожна з цих напруг складає частки вольта, то загальна напруга на вiдкритому тиристорi не перевищує декiлька вольт, i отже, тиристор в цьому станi має незначний опiр.

Процес стрибкоподiбного переключення тиристора з закритого стану в вiдкритий можна дуже просто пояснити математично. При аналiзi еквiвалентної схеми (диврис.5.3) видно, що струм тиристора I являється струмом першого емiтера або струмом другого емiтера . Iнакше струм I можна розглядати як суму двох колекторних струмiв i , якi дорiвнюють вiдповiдно i , де a1 i a2 - коефiцiєнти передачi емiтерного струму транзисторiв 1 i 2. Крiм того, в склад струму I входить i початковий струм колекторного переходу I кбо.

Таким чином, можна написати ,

або (зважаючи на те, що ).

. (5.1)

З виразу (3.1) знаходимо

. (5.2)

Проаналiзуємо одержаний вираз. При малих струмах a1 i a2 значно меншi одиницi i їх сума також менша одиницi. Тодi згiдно з формулою (5.2) струм I виявляється порiвняно малим. З зростанням струму a1 i a2 зростають i це приводить до збiльшенння струму I. При деякому струмi, який називається струмом включення Iвкл, сума дорiвнює одиницi i струм I збiльшився б до безконечностi, якби його не обмежував опiр навантаження. Саме така тенденцiя струму I необмежено зростати показує стрибкоподiбне наростання струму, тобто на вiдкривання динiстора.

Динiстор характеризується максимально допустимим значенням прямого струму I max (точка В на рис. 5.4), при якому на приладi буде невелика напруга U вiдкр. Якщо ж зменшити струм через прилад, то при деякому значеннi струму, який називається утримуючим струмом I утр (точка Б), струм рiзко зменшується, а напруга рiзко пiдвищується, тобто прилад стрибком повертається в закритий стан, який вiдповiдає дiлянцi характеристики ОА. При зворотнiй напрузi на динiсторi характеристика являється такою ж, як i для зворотного струму звичайних дiодiв, тому що переходи П1 i П3 будуть пiд зворотною напругою.

Характерними параметрами динiсторiв являються:

час включення t вкл;

час виключення t викл;

загальна ємнiсть С заг;

максимальне значення iмпульсного прямого струму I iмп.max ;

максимальне значення зворотної напруги U зв. max.

Час включення динiсторiв складає не бiльше одиниць мiкросекунд, а час виключення, який зв'язаний з рекомбiнацiєю носiїв, складає декiлька десяткiв мiкросекунд. Завдяки цьому динiстори можуть застосовуватися лише на порiвняно низьких частотах.

На електричних принципiальних схемах динiстори зображаються так, як показано на рис. 5.1.

 

Тринiстор

 

На вiдмiну вiд динiстора тринiстор має ще один вивiд вiд однiєї з базових областей. Наявнiсть базового електрода дозволяє шляхом подачi на нього напруги управляти величиною напруги переключення.

Управляючий електрод може бути пiдключеним до любої з баз тринiстора. Зовнiшньо це виразиться лише в виборi необхiдної полярностi джерела управляючого електрода (рис. 5.5а, б). При збiльшеннi струму I б в колi управляючого електрода зростає коефiцiєнт передачi струму a вiдповiдного емiтера. Збiльшення приводить до того, що рiвнicть виконається при меншому значеннi прямоє напруги, що приведе до включення тринiстора при меншому значеннi U що наглядно видно на ВАХ (рис. 5.6).

Струм i напруга кола управлiння мають невеликi значення, а струм в анодному колi може бути вiд часток ампера до сотень ампер при анодних напругах вiд декiлька десяткiв - сотень вольт до декiлька тисяч вольт. В результатi коефiцiєнт пiдсилення по потужностi в тринiсторах досягає величини 104... 105.

Тринiстори використовуються в iмпульсних схемах зв'язку, радiолокацiї, автоматицi, а також в потужних випрямлячах i iнверторах, в пристроях управлiння електродвигунами i т.i.

       
   
 

На рис. 5.1 приведенi умовнi графiчнi позначення тринiсторiв.

       
   
 

На рис. 5.5 приведені найпростiші схеми включення тринiстора з управлiнням по катоду, тому що управляючим електродом являється базова р -область, яка знаходиться близько до катода n. При подачi iмпульса прямоє напруги через вивiд управляючого електрода на емiтерний перехiд цього тринiстора вiн вiдпирається, якщо для цього, звичайно, достатня напруга джерела Е.

 

Тринiстори характеризуються тими ж параметрами, що i динiстори, лише з'являються величини, характеризуючi коло управлiння, наприклад, постiйний вiдпираючий струм управляючого електрода I упр вiдкр.

 

Симетричний тиристор

 

Симетричний тиристор, або симiстор, являє собою структуру n-p-n-p-n або p-n-p-n - p. Цi тиристори вiдпираються при любiй полярностi напруги i проводять струм в обидва напрямки. Структура симiстора складається з п'яти областей з типами електропровiдностi, якi чергуються i утворюють чотири р-n- переходи (рис. 5.7а, б).

Якщо на такий тиристор подати напругу плюсом до областi i мiнусом до областi (рис. 5.7а), то перехiд 1 змiщується в зворотному напрямi i струм, який тече через нього, незначний. Робочою частиною буде являтися структура, в якiй вiдбуваються процеси, аналогiчнi процесам в динiсторi.

Якщо зовнiшня напруга подається плюсом на область , а мiнусом на область (рис. 5.7б), то в зворотному напрямi змiщується перехiд 4 i тодi структура буде являтися робочою частиною.

Таким чином, симетричний тиристор можна представити у виглядi двох динiсторiв, якi включенi назустрiч один одному i шунтують один одного. Вольт-амперна характеристика симетричного тиристора показана на рис. 5.8, а його умовне графiчне позначення - на рис. 5.1.

 

 
 

 

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 385; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.205.5.65 (0.037 с.)