Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Електроніка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ. ПРИНЦИП ДІЇ

Розглянемо основні процеси на прикладі діодного тиристора, ВАХ якого відповідає рис. 5.1, в при / у = 0.

У режимі зворотного замикання переходи П 1 і П 3 (див. Рис. 5.1, а) зміщені у зворотному напрямку, а перехід П 2 - в прямому. Якщо розподіл домішок в областях тиристора відповідає рис. 5.1, б, то перехід П | буде значно товщі, ніж П 3 (див. п. 2.2), і велика частина напруги, створюваного на тиристори струмом, що протікає /, падає на переході П г Залежно від розмірів області п х і напруги на ній товщина збідненого шару займає яку частину, або всю область п 1 . В останньому випадку відбувається змикання переходів П | і П 2. Струм на ділянці 0-4 ВАХ визначається опорами обратносмещенного переходів П, і П 3 . Допустиме падіння напруги на тиристори обмежується ударної іонізацією в переході П | і змиканням бази я, Напруга пробою в тиристорі нижче напруги пробою обратносмещенного ізольованого еквівалентного р-п переходу П, Це обумовлено тим, що в тиристорі перехід П, пов'язаний з сусіднім переходом П 2 і утворює транзистор р,-л 12 з розімкненим базою, включений за схемою із загальним емітером (ОЕ). Напруга пробою (С / проб ) зменшується через вплив цього транзистора (див. П. 4.3).

У режимі прямого замикання напруга на аноді позитивно по відношенню до катода, переходи П, і П 3 зміщені в прямому напрямку, а перехід П 2 - в зворотному. Падіння напруги між анодом і катодом тиристора дорівнює сумі падінь напруги на переходах, т. Е. V А = 11 1 + і 2 + і з . Велика частина прикладеної напруги падає на переході П 2 і лише незначна - на переходах П х і П 3 . Для розуміння характеристик в розглянутому режимі скористаємося двухтранзісторного моделлю тиристора, в якій тиристор розглядається як з'єднання р - п -р і п -р-л транзисторів. Колектор кожного з цих транзисторів з'єднаний з базою іншого (рис. 5.2). тут

Мал. 5.2

представлена двухтранзісторного модель для триодного тиристора (рис. 5.2, а - структурна схема, рис. 5.2, б - схемне включення). Перехід П 2 є колектором для дірок і електронів, інжектіруемих відповідно з області р, і п 2 . Повний струм, що протікає через перехід П 2 , визначається струмами інжекції цих носіїв і власним зворотним струмом (див. П. 2.3).

При розімкнутому ланцюзі керуючого електрода струми інжекції через переходи П 1 і П 3 в основному обмежені малим прямим напругою на них з-за великого опору обратносмещенного переходу П 2 . Користуючись співвідношеннями п. 4.2, можна скласти вираз для струму бази транзистора УТ 1 (див. Рис. 5.2, б):

Тут а, - статичний коефіцієнт передачі струму емітера транзистора УТ ,; / К01 - зворотний струм переходу колектор - база транзистора УТ Р Струм / Б1 протікає через колектор транзистора УТ 2 (див. Рис. 5.2, б) і / Б1 = / К2 .

З іншого боку, колекторний струм / К2 транзистора УТ 2 можна визначити через струм катода / к з відомого вислову (див. П. 4.2):

де а 2 - статичний коефіцієнт передачі струму емітера транзистора УТ 2 ; / К02 - зворотний струм колекторного переходу транзистора УТ 2 . Якщо в ланцюзі керуючого електрода протікає струм / у , то струм катода дорівнює / к = / А 4 / у . З огляду на це рівність і прирівнявши вирази (5.1) і (5.2), отримаємо

де / до - / К01 + / К02 -

Якщо напруженість електричного поля в переході П 2 достатня для розмноження носіїв за рахунок ударної іонізації (див. П. 2.3), а I = 0, то співвідношення (5.3) можна записати у вигляді

де М - коефіцієнт розмноження носіїв.

Оскільки М = / ({/) ий! 2 = 2 (£ /), то формули (5.3) і (5.4)

описують статичну БАХ тиристора при напружених на аноді, менших або рівних 1 / вкл . Коефіцієнти а х і а 2 сильно залежать від величини струму. На ділянці 0-1 ВАХ (див. Рис. 5.1, в), поки струм і напруга анода невеликі, (а! + А 2 ) <1 і анодний струм визначається струмом / до . З підвищенням напруги на аноді зростає пряму напругу на емітерний переходах П 1 і П 3 , що призводить до збільшення інжекції через ці переходи і зростання а, і а 2 . Дірки, інжектовані з області р 1 , проходять через перехід П 2 і підвищують потенціал бази р 2 за рахунок нерівноважного позитивного заряду, що збільшує инжекцию електронів з області п 2 . Ці електрони, потрапляючи в базу п 1 $ знижують її потенціал, збільшуючи тим самим инжекцию з області р х . В результаті в тиристорі виникає позитивний зворотний зв'язок, що приводить до лавиноподібного збільшення анодного струму при певній напрузі і = 1 / вкл .

При і = Р / вкл виконується співвідношення (а, + а 2 ) - 1. При лавиноподібне наростання анодного струму через перехід П 2 протікає значний струм, і його опір різко падає. Напруга джерела живлення перерозподіляється таким чином, що падіння напруги на резисторі в анодному ланцюзі (див. Рис. 5.1, а) зростає, а напруга на аноді тиристора зменшується відповідно до співвідношення і А = Л А - ІЯ. Тиристор переходить в режим, відповідний ділянці 1-2 ВАХ (див. Рис. 5.1, в), який в області точки 2 є нестійким. Перехід з цього режиму в режим прямої провідності (ділянка 2-3 ВАХ) відбувається, як правило, стрибком. На ділянці 2-3 ВАХ перехід П 2 через нерівноважного заряду, накопиченого в базах, відкривається і переходить в режим насичення. В цьому режимі провідність тиристора велика, а падіння напруги на ньому мало. Воно визначається сумою падінь напруг на трьох прямосмещенного р - "переходах П р П 2 , П 3 , падінням напруги на базах, р х - і л 2 -області і висновках (див. Рис. 5.1, а). Сумарне падіння напруги на включеному тиристори становить 1 ... 2 В.

Розглянемо особливості включення тиристора при наявності розмноження носіїв в переході П 2 . Якщо граничні величини (X, і а 2 малі, напруга на переході П 2 може досягти величини £ / проб . У цьому випадку носії заряду, що переміщаються через перехід П 2 , придбають енергію, достатню для лавинного множення. Дірки, народжені в переході, додаються до дірки, інжектованих через перехід П і переміщаються до переходу П 3 , електричне поле якого є пришвидшує для них. Електрони рухаються в протилежному напрямку, т. е. до анода. в результаті народження в переході П 2 пар зарядів провідність його збільшується, а опору отівленіе падає, що призводить до зменшення падіння напруги і 2 на ньому і збільшення напруги на переходах П | і П 3 . Це, в свою чергу, збільшує инжекцию дірок і електронів з областей р х і л 2 , т. е. розмноження носіїв в переході П 2 йде ще більш інтенсивно, і далі процес повторюється. Таким чином, число носіїв, які прямують через прилад, лавиноподібно збільшується, коефіцієнти оц і а 2 ростуть, твір М (а, + а 2 ) в (5.4) наближається до одиниці і відбувається включення тиристора.

Для коефіцієнта множення М в залежності від прикладеної напруги і і напруги пробою (У проб переходу П 2 можна скористатися емпіричним співвідношенням виду М = [1 - <С // С / проб ) т ] - 1 , де прийнято 1 / = (/ вкл . Тоді М (а { + а 2 ) = = ( а 1 + а 2 ) [1 - (^ вкл / ^ проб) я 1 " 1 = Напруга включення £ / вкл , обчислене з останнього виразу, визначається наступною формулою:

де т - деяке число, залежне від параметрів і пристрої тиристора.

З (5.5) видно, що С / вкл завжди менше напруги пробою переходу П 2 , що обумовлено наявністю позитивного зворотного зв'язку в тиристорної структурі. При а, = 0,4, а 2 = 0,15, (/ пр об = 66 В і т = 4 напруга включення С / вкл = 45 В.

Після того як тиристор включився, все три переходи зміщені в прямому напрямку, т. Е. Обидва еквівалентних транзистора знаходяться в режимі насичення. Ділянка 2-3 ВАХ визначається властивостями трьох послідовно з'єднаних і прямосмещенного р -л-переходів.

Розглянемо тепер механізм перемикання триодного тиристора при подачі прямого зміщення на керуючий електрод УЕ! (див. рис. 5.1, а), коли напруга на переході П 2 менше £ / про6 . Якщо в ланцюзі керуючого електрода протікає струм / у , буде відбуватися збільшення інжекції через перехід П 3 , зростання а 2 ит. д., т. е. при меншому анодній напрузі струм анода досягне значення, при якому а г + а 2 > 1, і тиристор включається. Таким чином, тиристор є керований ключовий прилад (див. Рис. 5.1, в).

При роботі тиристора в ланцюгах змінного струму і напруги необхідно враховувати динамічні процеси. Розглянемо особливості включення тиристора в режимі малих сигналів. Будемо вважати, що змінний сигнал подається в ланцюг керуючого електрода.

Диференціюючи співвідношення (5.3) і використовуючи замість статичних коефіцієнтів а 1 і а 2 диференціальні коефіцієнти передачі струму і а 2 , в режимі малого сигналу (а = Л 21Б , см. П. 4.4) отримаємо наступне рівність:

З цього виразу випливає, що умова включення тиристора з1 / Л / <1 / у - * • 00 виконується, якщо сума малосигнальних (диференціальних) коефіцієнтів а прагне До одиниці, Т. е. + + А 2 = 1. Коефіцієнти а 1 і а 2 залежать від струмів і напруг на переходах (див. п. 4.4), наприклад, відповідно до виразу (4.23) а 2 =

Мал. 5.3

Подача позитивного сигналу И у до на УЕ (рис. 5.3, а) буде викликати збільшення а 2 за рахунок струму / у , так що сума а 1 + а 2 1. Найбільш простим способом збільшення диференціального

коефіцієнта

при наростанні струму в ланцюзі керуючого електрода є шунтування переходу П 3 за допомогою додаткового резистора Н т (див. рис. 5.3, а). При малих напругах і КК ток / у в основному протікає через резистивний шунт Я ш , минаючи базу, і статичний коефіцієнт а 2 зменшується. У міру збільшення напруги, що управляє 11 КК зростає і частка струму, що впадає в базу УТ 2 , інжекція носіїв через перехід П 3 стає більше, ток /, збільшується, і коефіцієнт а 2 зростає (див. Рис. 5.3, б). Для транзистора п 2 - р 2 - п х при наявності шунта (див. Рис. 5.3, а) коефіцієнт передачі струму а 2еф = а 2 1 1 / (1 } 4 / ш ). Струм через перехід П 3 / 1 "~ / 0 ехр (£ / КК / <p г ), а через шунт / ш = і КК / Я ш . Якщо допустити, що а 2 залежить від / 1 згідно кривої 1 на рис. 5.3, б, то залежність а 2 еф від Л відповідатиме кривої 2 (для Л ш = = 5 • 10 3 Ом). В результаті а 2еф збільшується за рахунок одночасного зростання а 2 і твори

що і викликає перемикання тиристора. На практиці шунт формується за рахунок часткового перекриття катодних контактом області р 2

(рис. 5.3, в). Такий тиристор називається тиристором з закороченому катодом. Отже, включенням тиристора можна управляти, змінюючи напругу 17 у до (струм / у ) (див. Рис. 5.1, в).

 
<<   ЗМІСТ   >>