Структура тиристора, принцип действия

Диодный тиристор (динистор) – это тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит основной ток и ток управления.

В основе структуры динистора лежит четырехслойная p-n-p-n структура.

Рисунок 12.3 - Структура диодного тиристора (а),

двухтранзисторная модель тиристора(b)

Четыре слоя полупроводника образуют три p-n перехода П1, П2 и П3. Кроме них есть еще два перехода: анод («+»-ный электрод p-области; дырки,акцепторные примеси) и катод («-»-ный электрод n-области; электроны, донорная примесь).

Рассмотрим процессы в динисторе при подаче на него прямого напряжения. В этом случае переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, а переход П2 смещен в обратном направлении и называется коллекторным. Эмиттерные области значительно сильнее легированы примесями, чем базовые.

Участок 1 - Через тиристор протекает ток закрытого коллекторного перехода П2 , который создается неосновными носителями заряда областей р₂ (электронами) и n₁ (дырками).

Рисунок 12.4 – Вольт-амперная характеристика динистора

Участок 2 - При достижении анодным напряжением значения происходит лавинный пробой перехода П2, концентрация неосновных носителей лавинно увеличивается, что приводит к росту анодного тока.

Участок 3 - Носители заряда, поступившие в области n₁ и р₂, не успевают рекомбинирововать и накапливаются: электроны в n₁ области, а дырки - в р₂ области. Появившиеся заряды компенсируют внешнее электрическое поле, наблюдается смена полярности электрического поля, приложенного к переходу П2. Переход П2 открывается, и тиристор переходит в открытое состояние. Этот процесс протекает с большой скоростью, что объясняется положительной внутренней обратной связью.

Анодный ток тиристора складывается из токов коллекторов транзисторов VT1 и VT2

(12.1)

и определяется следующими выражениями:

, (12.2)

, (12.3)

, (12.4)

, (12.5)

где и - дырочная и электронная составляющие обратного тока через переход П2,

- суммарный обратный ток через переход П2,

и - коэффициенты передачи по току транзисторов VT1 и VT2.

Участок 4 - открытое состояние тиристора. Все три p-n- перехода находятся под прямым напряжением. Падение напряжения на открытом тиристоре равно падению напряжения на одном p-n- переходе (диоде), т.к. напряжения на переходах П2 и П3 имеют противоположную полярность и компенсируют друг друга.

Участок 5 - При обратном включении тиристора, когда к аноду приложен положительный полюс, а к катоду - отрицательный полюс источника переходы П1 и П3 оказываются под обратным напряжением, а П2 - под прямым. Через тиристор протекает обратный ток p-n- перехода.

Участок 6 - При превышении обратного напряжения значения происходит возрастания тока. Это объясняется пробоем перехода П1.

Триодный тиристор

В триодном тиристоре, в отличие от диодного введен третий электрод – управляющий (рисунок 12.5).

Рисунок 12.5 - Структура триодного тиристора

В тринисторе можно повысить уровень инжекции через прилегающий к ней эмиттерный переход путем подачи на него дополнительного прямого напряжения. Таким образом, можно добиться переключения тринистора в открытое состояние даже при небольшом анодном напряжении, меньшем U_вкл.

Рисунок 12.6 – Вольт-амперные характеристики триодного тиристора

При увеличении тока управления от до напряжение включения уменьшается. Это объясняется тем, что объемный заряд, смещающий переход П2 в прямом направлении, создается, в основном, за счет тока управления.

Анодный ток триодного тиристора с учетом тока управления определяется выражением

(12.6)

Короткий импульс тока управления вводит в область р₂ положительные носители заряда, переход П2 открывается, возникает значительный анодный ток. Ток управления после открытия тиристора можно сделать равным нулю, но тиристор останется открытым, т.к. объемный заряд поддерживается за счет протекания анодного тока. Чтобы выключить тиристор необходимо сделать анодный ток меньше тока удержания .

 

ПАРАМЕТРЫ ТИРИСТОРОВ.