Файл: ТЭ.docx

При подаче анодного напряжения обратной полярности через тиристор протекает обратный ток I_обр, указываемый как параметр для максимального обратного напряжения U_{обр max}.

Быстродействие тиристоров характеризуют временем включения, и временем выключения. Как и в транзисторе, эти времена определяются процессами накопления и рассасывания избыточных носителей заряда в областях четырехслойной структуры.

Для того чтобы снизить порог включения достаточно ввести неосновные носители заряда в одну из баз тиристора. Осуществить это возможно, изготовив дополнительный управляющий электрод к одной из баз транзистора. Тогда чем больше ток управляющего электрода, тем раньше будет наступать включение (см. рис. 7.6).

Рассмотрим влияние тока управления на ВАХ тиристора более подробно. При двухэлектродном включении тиристора основные носители, необходимые для установления рекомбинационного равновесия в базах, поступают в n- и р-базы тиристора через коллекторный рn-переход. При подаче тока управления I_у в р-базу тиристора через управляющий электрод тиристора вводятся дополнительные основные носители (дырки) и поэтому рекомбинационное равновесие достигается при меньших значениях собственного тока коллекторного перехода I_k0 и, следовательно, меньших значениях напряжения U_A на рnрn-структуре.

Вследствие зависимости коэффициентов передачи тока от тока анода при наличии дополнительного тока I_у кривая на рис. 7.6,б сместится влево по оси токов, напряжение включения тиристора с ростом положительного тока управления уменьшается. При некотором достаточно большом токе управления участок отрицательного сопротивления исчезает. В этом случае говорят, что происходит спрямление ВАХ тиристора, а соответствующий ток управления называют током управления спрямления I_y.спр.

Ток I_у является одним из главных параметров тринисторов (трехэлектродных тиристоров). Постоянный отпирающий ток управляющего электрода I_{у вкл} – минимальное значение постоянного тока управляющего электрода, которое обеспечивает переключение тиристора из закрытого состояния в открытое при определенном режиме в основной цепи. Этому току соответствует постоянное отпирающее напряжение U_{у вкл} на управляющем электроде.

7.2 Типы тиристоров

В настоящее время имеется довольно много различных типов тиристоров. Диодные тиристоры или динисторы имеют два внешних вывода, триодные тиристоры или тринисторы имеют три вывода. Динистор имеет постоянный порог срабатывания, порог тринистора может изменяться током управляющего электрода.

Динисторы и тринисторы могут иметь ВАХ трех типов (рис. 7.8). Непроводящие в обратном направлении тиристоры при подаче отрицательного анодного напряжения не переключаются и оказываются закрытыми (рис. 7.8,а). Проводящие в обратном направлении тиристоры также не переключаются при подаче обратного напряжения, но проводят токи сравнимые с токами в открытом состоянии в прямом направлении (рис. 7.8,б). Симметричные тиристоры – симисторы – имеют одинаковые характеристики переключения в первом и третьем квадрантах ВАХ (рис. 7.8,б).

Тиристоры изготавливаются на основе кремния. Большая ширина запрещенной зоны кремния, совершенство кристаллической структуры, большие подвижности и времена жизни носителей заряда, механическая прочность и сравнительная легкость получения рn-переходов позволили создать кремниевые тиристоры с различным сочетанием параметров: на токи от 1 мА до 10 кА и напряжения от нескольких вольт до нескольких киловольт. Скорость нарастания напряжения в них достигает I0⁹ В/с, а тока – 10⁹А/с. Время включения составляет от сотых долей до десятков микросекунд, время выключения – от единиц до сотен микросекунд.

Конструктивно различают три типа приборов: тиристоры штыревой конструкции в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные тиристоры с отводом тепла с одной стороны приборов, таблеточные с двусторонним отводом тепла. Основными конструкциями являются штырьевая и таблеточная.

Серийно выпускают следующие основные типы тиристоров средней и большой мощностей.

Управляемые тиристоры типа Т – это наиболее распространенный тип тиристоров на токи 10…200 А и напряжения переключения до 1600 В. Сюда же относятся тиристоры типа ТД – тиристоры динамические и ТТ – тиристоры таблеточные.

Лавинные транзисторы типа ТЛ рассчитаны на токи до 250 А и напряжения лавинного пробоя до 1500 В. Для тиристоров такого типа допускается кратковременное перенапряжение в обратном направлении, когда напряжение превышает напряжение лавинного пробоя.

Высокочастотные тиристоры типа ТЧ (тиристор частотный) рассчитаны на токи 10…200 А, напряжение переключения до 1200 В, время выключения до 15 мкс. Тиристоры типов Т, ТД, Т'Т, TЛ работают на частотах до 500 Гц, а рабочая частота тиристоров ТЧ достигает 20 кГц.

В эту же группу приборов входят тиристоры типов ТИ (тиристор импульсный) и ТМ (тиристор модуляторный), которые предназначены для работы при больших импульсах токов – до 3000 А, и коротких длительностях импульсов – 1…1000 мкс. больших скоростях нарастания анодного тока – до 10⁹ А/с и малых временах включения – 0,1…0,2 мкс.

Широкое распространение в цепях переменного тока находят тиристоры с симметричными характеристиками – симисторы. Симметричные тиристоры типа ТС (тиристор симметричный) выполняют роль ключа переменного тока. Один управляющий электрод обеспечивает управление обеими ветвями ВАХ, причем токи управления для разных направлений различны. Эффективные токи тиристоров ТС достигают 150 А, напряжение переключения – 1200 В.

На рис. 7.9 приведены примеры некоторых возможных структур тиристоров и их графические обозначения.

8 Униполярные транзисторы

В классе полевых транзисторов различают транзисторы с управляющим pn-переходом и транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП- транзисторы).

8.1 Полевой транзистор с управляющим pn- переходом (птуп)

С помощью pn-перехода, включенного в обратном направлении, возможно в объеме кристалла создать область с управляемым сечением, будем называть её каналом. Поскольку в таких структурах мощность, затрачиваемая на управление сечением канала, значительно меньше мощности, которую может отдавать в нагрузку проходящий через сечение управляемый ток, то такие структуры нашли применение в усилительных приборах, названных полевыми транзисторами с управляющим pn-переходом, или просто полевые транзисторы. Рассмотрим структуру транзистора, представленную на рис. 8.1.

Он состоит из пластины полупроводника n-типа, к торцам которой присоединены сток и исток; к боковым граням пластины присоединяется затвор; между pn-переходами располагается канал ПТУП, который имеет следующие геометрические размеры: L – длина, d -толщина и b – ширина.

Основной рабочей областью в рассматриваемой структуре служит канал, электрическое напряжение к которому прикладывается с помощью двух контактов: истока и стока. Стоком называют ту область (или тот электрод), в сторону которой текут основные носители. В полевых транзисторах сток и исток можно менять местами, сохраняя работоспособность прибора.

Канал ограничен сильно легированной p-областью образующей тело затвора, потенциал которого задается с помощью внешнего контакта. При отсутствии напряжения на затворе сопротивление канала мало, говорят, что ПТУП – нормально открытый прибор.

Тогда, используя приведенные на рис. 8.1, обозначения размеров, можно записать:

На управляющий pn-переход можно подавать только обратное напряжение, и поэтому ПТУП работает в режиме обеднения канала носителями заряда.