Динистор, принцип работы, характеристики, параметры.

  Тиристор – это многослойный полупроводниковый прибор с тремя p - n переходами, обладающий свойствами управляемого вентиля.

  Динистор – это диодный тиристор с двумя выводами, которые контактируют с крайними областями монокристалла.

Структура диодного тиристора n – p – n – p типа показана на рис. 9.1.

                               

Рис. 9.1. Структурная схема динистора n – p – n – p типа.

  Как видно из рисунка, динистор имеет три n – p перехода, причём два из них и работают в прямом направлении, а средний -  - в обратном. Крайнюю область p называют анодом, а крайнюю область n – катодом.

  Как правило, тиристоры делают из кремния.

Физические процессы в динисторе можно представить следующим образом. Если бы был только один переход , работающий при обратном напряжении, то существовал бы небольшой обратный ток, вызванный перемещением через переход неосновных носителей, которых мало. Но в динисторе может быть получен большой ток коллектора, являющийся, тем не менее, обратным током коллекторного перехода, если в переход со стороны эмиттерного перехода инжектируются в большом количестве неосновные носители. Чем больше прямое напря-жение на переходе , тем больше этих носителей приходит к коллекторному переходу и тем больше становится ток коллектора. Напряжение на коллекторном переходе становится меньше, так как при большем токе уменьшается сопротивление коллекторного перехода и увеличивается падение напряжение на нагрузке, включённой в цепь коллектора.

  Вольт-амперная характеристика (ВАХ) динистора представлена на рис. 9.2. Эта характеристика показывает, что происходит в динисторе

                  

       Рис. 9.2. Вольт-амперная характеристика динистора.

 

при увеличении приложенного к нему напряжения. Сначала ток невелик и растёт медленно, что соответствует участку ОА характеристики, в этом режиме денистор можно считать закрытым (запертым). На сопротивлении перехода влияют два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, обратное напряжение растёт на этом переходе и сопротивление его растёт, так как под влиянием обратного напряжения основные носители уходят в разные стороны от границы, т.е. переход всё больше обедняется основными носителями. Но, с другой стороны, увеличение прямых напряжений на эмиттерных переходах и усиливают инжекцию носителей, которые подходят к переходу обогащают его носителями и снижают его сопротивление. До точки А перевес имеет первый процесс и сопротивление растёт, но всё медленнее и медленнее, так как постепенно усиливается второй процесс.

  Около точки А при некотором напряжении (десятки – сотни вольт), называемым напряжением включения, влияние обоих процессов уравно-вешивается, а затем, даже ничтожно малое увеличение подводимого напряжения создаёт перевес второго процесса и сопротивление перехода начинает уменьшаться. Тогда возникает лавинообразный процесс быстрого отпирания тиристора. Этот процесс объясняется следующим образом.

  Ток резко, скачком, возрастает (участок АБ на характеристике), так как увеличение напряжения на и уменьшают сопротивление и напряжение на нём, за счёт чего ещё больше увеличивается напряже-ние на и , а это приводит к ещё большему увеличению тока, уменьшающему сопротивление и т.д. В результате такого процесса устанавливается режим, напоминающий режим насыщения: большой ток при малом напряжении (участок БВ). Ток в этом режиме, когда прибор открыт, определяется, главным образом, сопротивлением нагрузки, включённым последовательно с прибором. За счёт возникшего большого тока, почти всё напряжение источника питания падает на нагрузке .

  Динистор характеризуется максимально допустимым значением прямого тока (точка В), при котором на приборе будет небольшое напряжение открытия. Если уменьшается ток через прибор, то при некотором значении тока, называемым удерживающим током  (точка Б), ток резко уменьшается, а напряжение резко возрастает, т.е. прибор переходит скачком обратно в закрытое состояние, соответствующему участку характеристики ОА. При обратном напряжении на теристоре характеристика получается такой же, как для обратного тока обычных диодов, так как и будут под обратным напряжением.

  Характерными параметрами динистора являются также:

- время включения не более единиц мкс.

- время выключения , связанное с рекомбинацией носителей, доходит до десятков мкс.  Поэтому тиристоры могут работать на сравнительно низких частотах.

- общая ёмкость .

- максимальное значение импульсного прямого тока .

- максимальное обратное напряжение .

 

    2. Тринистор, принцип работы, характеристики, параметры.

  Если от одной из базовых областей сделан вывод, то получается управляемый переключающий прибор, называемый триодным тиристором или тринистором. Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать значение напряжения включения. Чем больше ток через такой управляющий переход , тем ниже напряжение включения.

   Эти свойства тринистора наглядно  отражаются его ВАХ на рис.9.3 для различных токов управляющего электрода Чем больше этот ток, тем сильнее инжекция носителей от соответствующего эмиттера к среднему коллекторному переходу и тем меньшее требуется напряжение на тринисторе, для того, чтобы начался процесс отпирания прибора. Наиболее высокое напряжение включения получается при отсутствии когда тринистор превращается в динистор. И, наоборот, при значительном токе , характеристика тринистора приближается к характеристике прямого тока обычного диода.

Подобный тиристор называют тиристором с управлением по катоду, так как управляющим электродом является базовая область p, ближайшая к катодной области n. При подаче импульса прямого напряжения через вывод управляющего электрода на эмиттерный переход, тринистор отпирается, если E источника достаточно.

  Параметры у тринистора такие же как и у динистора. Добавляются лишь величины, характеризующие управляющую цепь.

 

Рис. 9.3. ВАХ тринистора для разных управляющих токов.

 

Простейшая схема включения тринистора показана на рис. 9.4. 

         

Рис. 9.4. Схема включения тринистора с выводом от p области.

 

Обычные тринисторы не запираются с помощью управляющей цепи, и для запирания необходимо уменьшение тока на тринисторе до значения . Однако, разработаны  и применяются, так называемые запирающие тринисторы, которые запираются при подаче через управляющий электрод короткого импульса обратного напряжения на эмиттерный переход.

 

  ЛЕКЦИИ 25. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО,

                             ПРИНЦИП РАБОТЫ ТИРИСТОРОВ.

 

        3. Симметричные тринисторы, принцип работы.

  Разработаны также симметричные тринисторы (симмисторы), имеющие структуру n – p – n – p – n  или p – n – p – n – p, которые отпираются при любой полярности напряжения и проводят ток в оба направления (рис. 9.5).

          

                 Рис. 9.5. ВАХ симметричного тиристора.

 

  На рис. 9.6 изображена структура симмистора. Из рис. 9.6 видно, что при полярности напряжения, показанной значками «+» и «̶» без скобок работает левая половина (направление движения электронов обозначено стрелками). При обратной полярности, показанной знаками в скобках, ток идёт в  обратном направлении через правую половину прибора. Роль симмистора могут выполнить два динистора, включённых паралельно. Управляемые симмисторы имеют выводы от соответствующих базовых областей.

Условные графические обозначения различных тиристоров приведены на рис. 9.7.

               

Рис. 9.6. Структура симмистора (слева), замена симмистора двумя диодными тиристорами (справа)

      

Рис. 8.7. Условные графические обозначения тиристоров: а – диодный тиристор; б и в – незапираемые триодные тиристоры с выводом от p и n области;   г и д - запираемые триодные тиристоры с выводом от p и n области; е – симметричные тиристоры.

    4. Маркировка полупроводниковых приборов.

  Полное обозначение полупроводниковых приборов состоит из четырёх элементов.

1)  Первый элемент состоит из цифры или буквы и обозначает исходный полупроводниковый материал:

- Г или 1 – германий и его соединения.

- К или 2 – кремний и его соединения.

- А или 3 – галлий и его соединения.

2) Второй элемент – буква, которая указывает на класс полупро-водникового прибора:

 А – диод СВЧ                  Л – излучатель

 Б – диод Ганна                 Н – тиристор диодный

 В – варикап                        П – полевой транзистор

 Г – генератор шума          С – стабилитрон

 Д – диод                                Т – биполярный транзистор                    

 И – туннельный диод        У – тиристор триодный

 К – стабилизатор тока       Ф – фотоприбор

                 Ц – выпрямительный столб или блок

3) Третий элемент – трёхзначное число, уточняющее принадлежность полупроводникового прибора к определённой группе данного класса.

        Так, например, для биполярных и полевых транзисторов:

   Малой мощности    Средней мощности   Большой мощности

     НЧ 101 – 199         НЧ   401 – 499       НЧ 701 – 799

     СЧ 201 – 299          СЧ 501 – 599            СЧ 801 – 899

     ВЧ 301 – 399          ВЧ 601 – 699            ВЧ 901 – 999

4)  Четвёртый элемент (необязателен) – буква, определяющая конструктивное оформление.

Полупроводниковые приборы, разработанные до 1964 года, могут выпускать под старыми обозначениями, состоящими из трёх элементов:

- первый элемент – буква Д (диод) или П (транзистор).

- второй элемент – число в пределах от 1 до 1100.

- третий элемент – буквы, отличающие разновидности приборов одного и того же типа.

  Для транзисторов, выпускаемых  в унифицируемых корпусах, к первой букве добавляется буква М.

  Например: МП103А

                      Д7Г.