Математический анализ работы тиристора (не нужно).

 

Обозначим эмиттерный ток транзистора n – p – n через I_э2, коллекторный ток I_k2 = α₂·I_э2, эмиттерный ток транзистора p – n – p: I_э1, коллекторный

ток I_k1 = α₁·I_э1, где α₁ и α₂ соответственно коэффициенты передачи тока транзисторов p – n – p и n – p – n.

Кроме коллекторных токов I_k1 и I_k2 через коллекторный переход течет еще и обратный ток этого перехода I_кбо. Отсюда суммарный ток через коллекторный переход:

 

I = I_k1 + I_k2 + I_кбо = α₁·I_э1 + α₁·I_э1 + I_кбо

 

Все переходы в тиристоре соединены последовательно, и тиристор имеет два вывода. Поэтому результирующий ток I и токи I_э1 и I_э2 равны между собой:

I = I_э1 = I_э2. Отсюда:

 

I = α₁·I + α₂·I + I_кбо

Следовательно:

Рассмотрим полученный результат, исходя из анализа работы тиристора. Коэффициент передачи тока биполярного транзистора α является функцией тока I_э (рис.3). Чем меньше ток I_э, тем больше вероятность рекомбинации инжектированных в базу носителей, и значение α мало. С ростом I_э вероятность рекомбинации в базе понижается, и α повышается, все большее количество электронов и дырок перебрасывается в свои коллекторные области, создавая там избыточные заряды, которые понижают потенциальный барьер на переходе П2. Следовательно, в тиристоре при повышении напряжения между анодом и катодом растут эмиттерные токи транзисторов p – n – p и n – p – n, значит растут и α₁ и α₂.

При α₁ + α₂ = 1 произойдет переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Действительно, пока коллекторный переход был закрыт, а его сопротивление было очень велико, результирующий ток I был очень мал и близок к значению тока I_кбо. Когда коллекторный переход открывается, его сопротивление очень мало и результирующий ток становится током открытых p – n – переходов.

Таким образом, необходимым условием перехода тиристора из закрытого состояния в открытое является повышение α₁ и α₂ при возрастании тока через эмиттерные переходы. Эта зависимость у кремниевых полупроводниковых приборов выражена гораздо сильнее чем у германиевых, что объясняется большей шириной запрещенной зоны. Кроме того, по этой же причине обратные токи в кремниевых приборах меньше чем в германиевых при меньшей зависимости от температуры. Этим объясняется то, что тиристоры изготовляются только из кремния.

Для того, чтобы понизить значение коэффициента α при малых токах, одну из средних областей тиристора делают гораздо большей по ширине, чем диффузионная длина для неосновных носителей заряда этой базы. В результате повышается вероятность рекомбинации в базе, что, естественно, понижает α.

 

Рис. 3. - Зависимость коэффициента прямой передачи по току транзистора α от I_э

Еще одним конструктивным решением, позволяющим понизить коэффициент α, является шунтирование одного из эмиттерных переходов областью базы этого перехода. Действительно, при малых значениях тока I_э сопротивление p – n – перехода еще велико по сравнению с объемным сопротивлением базы (рис.4), и ток I_э пойдет в основном через базу, минуя p – n – переход. Когда же общее анодное напряжение повысится, ток I_э повысится, потенциальный барьер на данном переходе за счет прямого напряжения на этом переходе скомпенсируется, сопротивление открытого эмиттерного перехода станет меньше объемного сопротивления базы, и ток пойдет через p – n – переход, а α повысится.

Рис. 4. - Структура тиристора с шунтированием электронного перехода областью базы

 

При подаче обратного напряжения в точки А – К переходы П1 и П3 окажутся под обратным напряжением, а П2 под прямым. В этом случае в цепи тиристора будет протекать очень незначительный ток неосновных носителей и общее сопротивление тиристора будет очень большим.