Що таке перемикаючі напівпровідникові прилади?

Перемикаючими називають напівпровідникові прилади, вольт-амперна характеристика яких має ділянку з від’ємним диференційним опором і які використовують для перемикання.

До перемикаючих приладів відносять диністори, тиристори, симістори та одноперехідні транзистори.

Тиристор (від грецького thyra – двері + резистор) – це напівпровідниковий прилад, що має багатошарову структуру і ВАХ якого має ділянку з негативним опором. Його використовують як перемикач струму.

Тиристори бувають двоелектродні (або діодні) – диністори та триелектродні (або тріодні) – триністори.

Диністор має чотиришарову структуру. У нього є три р-п переходи, причому два крайні з них зміщені у прямому напрямку, а середній – у зворотному.

Із зростанням напруги на диністорі зростає і струм через диністор І.

При деякому значенні струму, що називається струмом вмикання диністора І_вм, вихідний струм мав би зрости до нескінченності, якби не обмежуюча дія опорунавантаження R_н. Надалі прилад утримується в увімкненому стані за рахунок внутрішнього позитивного зворотного зв'язку.

Для вимикання приладу (переведення його у непровідний стан) струм у його колі повинен стати меншим за струм утримання.

Диністори не знайшли широкого розповсюдження (використовувались для фіксування досягнення напругою певного значення). Зате тріодний тиристор ( триністор ), який є керованим перемикаючим приладом і частіше називається просто тиристором, став одним з основних елементів енергетичної електроніки. Тиристор – це чотиришаровий перемикаючий прилад, у якого від однієї з базових зон зроблено вивід – керуючий електрод.

Подаючи між керуючим електродом та катодом пряму напругу на р-п перехід, що працює у прямому напрямку, можна регулювати значення напруги вмикання U_вм. Цю головну властивість тиристора демонструє його ВАХ, наведена на мал. 1.

Якщо подати на керуюче коло імпульс прямої напруги тиристор вмикається і залишається увімкненим після зняття сигналу керування.

Вимкнути тиристор можна лише зниженням струму у його анодному колі нижче струму утримання І_ут.

Малюнок 1 – ВАХ тиристора

Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triodeforalternatingcurrent) — полупроводниковый прибор, являющийсяразновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматриваетсякакуправляемыйвыключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводысимистораназывать катодом или анодом некорректно, так как в силу структурысимистораониявляются тем и другим одновременно. Однако по способу включенияотносительноуправляющегоэлектродаосновныевыводысимистораразличаются, причёмимеетместоиханалогия с катодом и анодом тринистора.

Одноперехідний транзистор (ОПТ) — напівпровідниковий прилад з трьома електродами і одним p-n переходом. Одноперехідний транзистор належить до сімейства тиристорів.

Підсилювальні і перемикаючі властивості ОПТ обумовлені зміною опору бази у результаті інжекції у неї неосновних носіїв заряду^[1].

Принцип дії одноперохідного транзистора зручно розглядати, скориставшись еквівалентною схемою, де верхній опір і нижній опір — опори між відповідними виводами бази і емітера, а діодом зображено емітерний р-п -перехід.

Струм, що протікає через опори і , створює на першому з них падіння напруги, яке зміщує діод у зворотному напрямку. Якщо напруга на емітері U_е менше падіння напруги на опорі — діод закритий, і через нього тече тільки струм витоку. Коли ж напруга U_е стає вище за напругу на опорі , діод починає пропускати струм у прямому напрямі. При цьому опір зменшується, що призводить до збільшення струму у ланцюзі діод- , що у свою чергу, викликає подальше зменшення опору . Цей процес протікає лавиноподібно. Опір зменшується швидше, ніж збільшується струм через р-n -перехід, у результаті на вольт-амперній характеристиці одноперехідного транзистора з'являється область від'ємного опору. При подальшому збільшенні струму залежність опору від струму через р-n -перехід зменшується, і при значеннях більших за деяку величину ^I_вимкн опір не залежить від струму (область насичення).

При зменшенні напруги зсуву U_зс вольт-амперна характеристика зміщується вліво і за відсутності його перетворюється у характеристику відкритого р-n -переходу.