Физические процессы в диодном тиристоре

Классификация тиристоров и их структура

ТИРИСТОРЫ

Цифро-буквенные обозначения биполярных и полевых транзисторов.

Большое разнообразие биполярных и полевыхтранзисторов отражается в их условных обозначениях (маркировке), содержащих определенную информацию об их свойствах. Первый элемент обозначения характеризует материал полупроводника:

- Г (или 1) — германий;

- К (или 2) — кремний;

- А (или 3) — арсенид галлия;

-И (или 4) — соединения индия.

Буквы используют при маркировке транзисторов широкого применения, циф­ры - при маркировке транзисторов специального назначения. Вторым элементом обозначения для биполярных транзисторов является буква Т, а для полевых транзисторов используется буква П. Третий элемент обозначения характеризует мощность и частотные свойства:

1 — маломощный низкочастотный;

2 — маломощный средней частоты;

3 — маломощный высокочастотный;

4 — средней мощности низкочастотный;

5 — средней мощности средней частоты;

6 — средней мощности высокочастотный;

7 — большой мощности низкочастотный;

8 — большой мощности средней частоты;

9 — большой мощности высокочастотный.

Четвертый и пятый элементы указывают на порядковый номер разработки данного типа транзистора и обозначаются цифрами от 01 до 99. Шестой элемент обозначения (буквы от А до Я) показывает разделение транзисторов данного типа на подтипы по классификационным параметрам, например по величине h_21Э или какого-либо другого параметра. Например, кремниевый биполярный мощный высокочастотный транзистор КТ 903А имеет минимальное значение h_21Э =15, а транзистор КТ 903Б - минимальное значение h_21Э = 40.

Контрольные вопросы.

1. Какие отличия имеются в физических принципах работы биполярных и

полевых транзисторов?

2. Укажите достоинства полевых и биполярных транзисторов.

3. Какие цифро-буквенные обозначения используются для маркировки биполярных и полевых транзисторов?

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя или более р-n переходами и двумя или более омическими выводами. Тиристор с тремя р-п переходами и двумя выводами называется диодным тиристором или динистором, если прибор имеет третий управляющий вывод, то называется триодным тиристором или тринистром. Выпускаются также симметричные тиристоры или симисторы, имеющие четыре и более р-п переходов.

Общим для всех типов тиристоров является наличие на их вольт-амперных характеристиках участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При работе тиристор может находиться в двух устойчивых состояниях – закрытом или открытом, что позволяет их использовать как ключевые устройства.

Структура диодного тиристора, являющейся основой построения всех других тиристоров, показана на рисунке 13.1. Он представляет собой четырехслойный р ₁ -n ₁ -р ₂ -n ₂ прибор, содержащий три последовательно соединенных р-n перехода (П1, П2 и П3). Крайние области принято называть эмиттерами (Э₁, Э₂), а внутренние области – базами (Б₁, Б₂) тиристора. Переходы П1 и П3 называются эмиттерными, а переход П2 – коллекторным переходом. Электрические выводы называются анодом (А) и катодом (К).

Рис. 13.1. Структура диодного тиристора

При создании тиристора в качестве исходного материала выбирается кремниевая подложка n- или р -типа. Если в качестве исходного материала выбрана подложка n -типа, то диффузией акцепторной примеси с обеих сторон подложки одновременно создают слои р ₁ и р ₂. На заключительной стадии путем сплавления или диффузии атомов донорной примеси в тонкий приповерхностный слой р ₂ создают слой n ₂. При этом необходимо, чтобы области эмиттеров р ₁ и п₂ должны быть высоколегированными. Таким образом, структура полученного тиристора имеет вид p ₁⁺ -n ₁ -p ₂ -n ₂⁺.

Диодный тиристор в основном работает при положительном смещении, когда к аноду прикладывается положительный потенциал, а к катоду – отрицательный (рис.13.2). Резистор R_б выполняет функцию балластного (ограничивающего ток) сопротивления.

Рис. 13.2. Электрическая схема подключения диодного

тиристора а) и его условно графическое обозначение б)

При такой полярности приложенного напряжения переходы П1 и П3 находятся при прямом смещении, а переход П2 – при обратном смещении. Переход П2 при этом практически заперт, обладает большим сопротивлением и приложенное к тиристору напряжение V практически выделяется на переходе П2. Ток I в тиристоре, поэтому, при малых напряжениях V незначителен и определяется обратным тепловым током перехода П2.

Через прямосмещенный переход П1 из эмиттера Э₁ в базу Б₁ инжектируются дырки (стрелка на рис. 13.2), которые, являясь неосновными носителями тока в Б ₁, диффундируют к переходу П2, захватываются полем этого перехода и экстрагируются в Б₂. В Б₂ эти дырки попадают в потенциальную яму, создаваемый полем перехода П3 и скапливаются непосредственно на границе перехода П2 и Б₂ (см. рис.). Аналогично, электроны из эмиттера Э₂ инжектируются через переход П3 в базу Б₂, диффундируют к переходу П2 и полем этого перехода экстрагируются в Б₁. Экстрагированные дырки и электроны создают электрическое поле, направленное против контактного поля перехода П2, и переход П2 начинает смещаться в прямом направлении. С ростом напряжения V прямое смещение перехода П2 растет, что приводит к некоторому росту тока тиристора. При некотором напряжении V=V_В, называемым напряжением включения, прямое смещение перехода П2 начинает превышать обратное смещение, cсоздаваемого напряжением V, и переход П2 открывается, сопротивление его резко падает, ток тиристора растет и тиристор переходит в открытое состояние. Падение напряжения на тиристоре уменьшается, а ток тиристора в открытом состоянии определяется током прямосмещенных переходов П1-П3 и ограничивается резистором R_б.

Таким образом, тиристор имеет два устойчивых состояния: закрытое состояние – характеризуемое малым током, большим напряжением, высоким сопротивлением и открытое состояние - характеризуемое большим током, малым напряжением, малым сопротивлением. Переход тиристора из «закрытого» в «открытое» состояние связан с накоплением объемного заряда в базах Б₁ и Б₂.

В открытом состоянии тиристор находится до тех пор, пока за счет протекающего тока поддерживаются избыточные заряды в базах, необходимые для понижения высоты потенциального барьера коллекторного перехода до величины, соответствующей прямому его включению. Если же ток уменьшить до некоторого значения I _В соответствующее напряжению V_В, то в результате рекомбинации избыточные заряды в базах уменьшатся, р-n переход перехода П2 окажется включенным в обратном направлении, произойдет перераспределение падений напряжений на р-n переходах и тиристор перейдет в закрытое состояние.

Таким образом, тиристор в области прямых смещений (прямое включение) является бистабильным элементом, способным переключаться из закрытого состояния с высоким сопротивлением и малым током в открытое состояние с низким сопротивлением и большим током, и наоборот.

На физические процессы в тиристоре может также влиять возможный лавинный пробой обратно смещенного перехода П2, что приводить к росту тока через переход П2 и, тем самым, к изменению значения напряжения включения тиристора.

При отрицательном смещении, когда к аноду прикладывается отрицательный потенциал, а к катоду – положительный, переходы П1 и П3 диодного тиристора смещены в обратном направлении, а переход П2 – в прямом направлении. Ток тиристора в этом случае определяется обратными тепловыми токами переходов П1 и П3 и практически близок к нулю.

Дата добавления: 2015-05-06