Материал: TTE_Lect1

збільшує емітерний і колекторний струми останнього і, отже, зменшує внутрішній опір n-p-n – транзистора. Тому на базі p-n-p – транзистора зростає негативний потенціал, і транзистор ще більше відкривається. У двотранзисторній схемі рисунка 13.2, б, яке є схемою заміщення реального тиристора, діє таким чином, позитивний зворотний зв’язок.

При деякій зовнішній напрузі (UA =Uвкл ) обидва транзистори

переходять у режим насичення, і опір схеми значно знижується. Позначивши коефіцієнт передачі струмів цих транзисторів

через h21Б1 та h21Б2 , одержимо, що через КП у стані зворотного ввімкнення проходить струм

де I1 , I2 , I3 - струми ЕП1 , КП та ЕП2 відповідно.

Оскільки всі переходи тиристора з’єднані послідовно, то

I1 =I2 = I3 = IA . Тоді

струмів емітера I1 та I2 (рисунок 13.3).

Рисунок 13.3 – Залежності h21Б1= f (IE ), h21Б2 = f (IE )

176

Поки h21Б1+h21Б2 <1, диністор знаходиться у вимкненому стані

(ділянка II на ВАХ ). При UA =Uвкл сума h21Б1+h21Б2 дорівнюватиме одиниці, і починається за формулою (13.2) лавиноподібний процес

ввімкнення тиристора спричинюється дією позитивного зворотного зв’язку.

Величина напруги Uвкл буде тим більша, чим меншими будуть

початкові значення коефіцієнтів передач струмів емітера h21Б1 та h21Б2 . Для зменшення початкових значень цих коефіцієнтів ширину однієї з баз роблять значно більшою за дифузійну довжину носіїв

заряду. Крім того, щоб забезпечити досить велике значення Uвкл , один

з емітерних переходів шунтується розподільним опором бази (рисунок

13.4).

Рисунок 13.4 – Диністор з зашунтованим емітерним переходом

У цьому випадку зменшення коефіцієнта передачі струму забезпечується наступним чином. При малих напругах на тиристорі майже весь струм проходить через шунтувальний опір бази, обминаючи правий p-n – перехід. У відкритому стані диністора опір переходу 3 малий, і струм проходитиме через цей перехід, обминаючи

шунтувальний опір бази. При цьому величина h21Б2 різко зростає.

Наявність більш сильної залежності коефіцієнта передачі від струму анода приводить до підвищення стабільності параметрів ВАХ диністора.

13.1.3 Триністорний режим Триністор відрізняється від диністора наявністю третього

виводу, з’єднаного з базовою областю. Ця обставина дозволяє керувати

величиною напруги вмикання Uвкл , змінюючи струм у колі

177

керувального електрода.

Керувальний електрод може з’єднуватися з будь-якою базою тиристора (рисунок 13.5, а, б).

Рисунок 13.5 – Структура триністора: а – з керуванням за катодом; б – з керуванням за анодом; в – сім’я ВАХ триністора

Збільшуючи струму керування Iу , можна збільшити коефіцієнт

передачі струму h21Б відповідного емітера, це приводить до того, що рівність h21Б1+h21Б2 =1 виконуватиметься при меншій анодній напрузі і ввімкнення тиристора відбуватиметься при меншому значенні Uвкл

(рисунок 13.5, в). Фізично це означає, що накопичення надлишкових зарядів у базах структури відбуватиметься швидше, ніж у випадку диністора, тому що джерело напруги керування у колі будь-якої з баз прискорює інжекцію через відповідний ЕП.

Струм і напруга кола керування невеликі, струм у анодному колі може досягати одиниць амперів (у тиристорах середньої потужності) або десятків – сотень амперів (в силових тиристорах) при анодних напругах від десятків – сотень вольтів до тисяч вольтів. Тому триністори – це своєрідні підсилювачі потужності з коефіцієнтом підсилення 104 105 .

Триністори серед інших тиристорних структур мають найбільше практичне застосування в електроніці. Для більшого керування тиристором керувальний електрод з’єднують з базою, що має меншу ширину, оскільки коефіцієнтом передачі струму емітера саме такої транзисторної структури (n-p-n – на рисунку 13.5, а і p-n-p – на рисунку 13.5, б) легше керувати, ніж коефіцієнтом передачі

178

транзистора з товстою базою. 13.1.4 Симістори

Симетричний тиристор, або симістор, - це тиристор, який має практично однакові ВАХ при різних полярностях прикладеної напруги. Симістор являє собою багатошарову структуру n - р-n- р-n- типу, що складається з п’яти напівпровідникових областей, типи провідності яких чергуються і які утворюють чотири p-n переходи (рисунок 13.6).

Рисунок 13.6 – Структура (а, б) та ВАХ (в) симетричного тиристора

Якщо до такого тиристора прикласти напругу плюсом до області n1, а мінусом до області n3 (рисунок 13.6, а), то перехід I

увімкнеться в зворотному напрямі, і струм, що проходить через нього, буде дуже малим. Робочою частиною у такому режимі буде

р1 -n2 - р2 -n3 - структура, в якій відбуватимуться процеси, звичайні для диністора.

Якщо зовнішню напругу прикласти плюсом до області n3 , а

мінусом до області n1, то в зворотному напрямі ввімкнеться перехід 4, і

робочою частиною симістора буде диністор структури n1 - p1 -n2 - p2 (рисунок 13.6, б).

Таким чином, симістор може бути поданий у вигляді двох тиристорів, увімкнених паралельно і назустріч один одному. ВАХ симістора показана на рисунку 13.6, в.

179

13.2 Способи комутації тиристорів

13.2.1 Увімкнення тиристорів Крім описаного у попередньому параграфі способу вмикання

тиристора шляхом повільного збільшення анодної напруги до величини

Uвкл , існують й інші способи.

1 Вмикання за допомогою струму керування.

Цей спосіб уможливлює вмикання тиристора у триністорному

режимі у разі, коли на аноді приладу є деяка напруга (UA <Uвкл ). Тоді,

збільшуючи струм Iу , можна ввімкнути тиристор. Найбільш

поширеним способом керування є імпульсний спосіб. При цьому процес накопичення нерівноважних носіїв відбувається не миттєво, і тому для ввімкнення тиристора необхідно, щоб імпульс струму керування мав певну тривалість і амплітуду. Розглянемо випадок керування за катодом. Час перемикання тиристора можна розбити на два інтервали, що відповідають різним законам зміни струму через тиристор (рисунок

13.7). Час затримки tз визначається часом дифузії інжектованих з n емітера електронів через р базу до КП. Струм через КП і, отже,

тиристор зростатимуть відчутно лише тоді, коли інжектовані електрони досягнуть КП. На діаграмі рисунку 13.7 – не проміжок часу, за який струм збільшиться до 0.1 від усталеного значення (або час, за який анодна напруга на тиристорі знизиться до 0.9 від свого початкового значення).

Рисунок 13.7 – Перехідні процеси струму і напруги при вмиканні тиристора

180