Материал: TTE_Lect1

Час наростання tнар зв’язаний з інерційністю процесу накопичення нерівноважних носіїв заряду в базах тиристора. За цей

проміжок часу струм анода різко зростає до величини 0.9IA , а напруга на аноді зменшується від 0.9UA до 0.1UA . Це інтервал часу відповідає перебуванню робочої точки на ділянці негативного диференційного опору (ділянка III на ВАХ рисунка 13.2, в), і тому процес перемикання має регенеративний, лавиноподібний, нестійкий характер. Цей процес обов’язково закінчиться зміною стану приладу, навіть якщо в цей час припиниться дія імпульсу керування . Саме тому тривалість імпульсу

управління може вибиратись у межах tз Иу tз tнар . Закінчення

перемикання тиристора відповідає моменту, коли знак напруги на КП зміниться на протилежний. Реальна тривалість імпульсу керування досягає 15-20 мкс. Після закінчення імпульсу тиристор перебуватиме у

ВАХ рисунок 13.2, в), тобто якщо робоча точка буде на IV ділянці ВАХ. Процес відкривання тиристора за допомогою імпульсу струму керування має ще й інші особливості. Спочатку відкривання КП

відбувається у вузькому каналі біля клерувального електрода. Оскільки більша частина амплітуди імпульсу керування падає

на розподільному опорі бази, і тому інжекція через ЕП збільшується не на всій його площі, а на ділянці біля керувального електрода. Виникає струмопровідний “шнур”, який може призвести до локального перегріву тиристорної структури. Лише потім за рахунок дифузії носіїв канал розширюється на всю площу переходу.

2 Увімкнення тиристора за допомогою імпульсу анодної

напруги

При імпульсному керуванні за анодом також спостерігається явище, коли напруга вмикання зменшується порівняно з напругою вмикання у неперервному режимі. Тиристор умикатиметься за допомогою імпульсу анодної напруги, амплітуда якого менша за

величину Uвкл в режимі, коли напруга на аноді тиристора зростає

повільно. Це явище зумовлене дією бар’єрної ємності КП, струм через яку під час перезаряду дорівнює

181

і буде тим більшим, чим більша швидкість наростання анодної напруги

переходи приладу, спричиняє збільшення коефіцієнтів передачі h21Б1 та h21Б2 , і тоді сума h21Б1 + h21Б2 досягає одиниці при меншій напрузі.

Інакше кажучи, дія ємнісного струму КП IC аналогічна до дії струму керування у триністорі.

13.2.2 Вимкнення тиристорів

1. Вимкнення тиристора шляхом розриву анодного кола Тиристор переходить до вимкненого стану тільки після

розсмоктування нерівноважних носіїв заряду в базах. Якщо до закінчення процесу вимкнення знову до тиристора прикласти анодну напругу, прилад опиниться у ввімкненому стані. Тому, оскільки процес розсмоктування носіїв відбувається не миттєво, для вимкнення тиристора потрібен деякий час. При вимкненні тиристора шляхом розриву анодного кола розсмоктування відбувається тільки внаслідок рекомбінації, і тому час вимкнення тиристора великий і залежить від тривалості життя носіїв заряду.

2 Вимкнення за рахунок зміни полярності анодної напруги Очікуваний виграш часу при вимкненні тиристора даним

способом відбудеться лише при великих зворотних напругах

(рисунок 13.8).

Рисунок 13.8 – Залежність часу вимкнення тиристора від величини зворотної напруги

182

Це зумовлено тим, що для прискорення процесу розсмоктування носіїв у базах треба забезпечити їх ефективну екстракцію через емітерні переходи. Для цього треба ввімкнути ЕП1 і ЕП2 у зворотному напрямі й значно підвищити їх потенціальні бар’єри. Зробити це одразу, в момент подачі на анод зворотної напруги, неможливо, тому що поки носії у базах не розсмоктались, негативний заряд у n-базі та позитивний надлишковий заряд у p-базі підтримуватимуть емітерні переходи у відкритому стані.

При помірних зворотних напругах практично відбувається підвищення потенціальних бар’єрів ЕП1 та ЕП2. Крім того, перезаряд бар’єрної ємності КП також заважає швидкій зміні стану тиристора. Саме тому звичайно тиристор вимикають шляхом подачі великої зворотної напруги на анод.

3 Увімкнення за допомогою подачі напруги на керувальний електрод (за допомогою струму керування)

Для вимкнення тиристора необхідно відвести нерівноважні носії заряду з бази, з’єднаної з керувальним електродом. Анодний струм, що проходить через ще відкритий тиристор, постійно поповнює кількість нерівноважних носіїв заряду в базах. Тому значення струму керування (викликаного напругою на керувальному електроді зворотної полярності), яке необхідне для вимкнення тиристора, залежить від значення анодного струму через тиристор (рисунок 13.9).

Рисунок 13.9 – Залежність зворотного струму керування, необхідного для вимкнення тиристора, від прямого анодного струму

183

ЛЕКЦІЯ 14

ОПТОЕЛЕКТРОННІ НАПІВПРОВІДНИКОВІПРИЛАДИ

14.1 Загальні відомості

Електронні пристрої та системи, в яких використовують разом із традиційними електричними ефектами неелектричні, покладено в основу нового напряму в електроніці – оптоелектроніки.

Оптоелектроніка – це галузь електроніки, в якій визначаються як оптичні, так і електронні явища в кристалах, а також розглядаються питання перетворення оптичних сигналів у електричні й навпаки.

Практичним завданням оптоелектроніки є створення оптоелектронних приладів, до яких належать різноманітні джерела світла, фотоприймачі, індикатори, лінії зв’язку, оптрони тощо. Всі ці прилади знаходять широке застосування в галузі промислової електроніки. Розглянемо деякі приклади оптоелектронних напівпровідникових приладів.

14.2 Випромінюючі діоди

Напівпровідниковий випромінюючий діод (світлодіод) – це напівпровідниковий прилад з одним або кількома електричними переходами, призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію некогерентного світлового випромінювання.

Відповідно до ГОСТ 10862-72 першим елементом позначення світлодіодів є буква або цифра, що вказує на матеріал виготовлення /Ф/1/ - арсенід галію/, другим елементом є буква “Л”. Значення третього елемента позначення світлодіодів такі: 1 – діод інфрачервоного діапазону; 2 – оптичного діапазону; 3 – діод з яскравістю свічення

менше 500 Кд/м2 ; 4 – з яскравістю, більшою за 500 Кд/м2 . 4-й, 5-й і 6-й елемент позначення – такі самі, як у звичайних діодів.

Основний фізичний процес світлодіодів – це випромінювальна рекомбінація у базі, ймовірність якої зростає при підвищенні концентрації неосновних нерівноважних носіїв, тобто при прямому ввімкненні p-n – переходу. Ця рекомбінація, на відміну від невипромінювальної, супроводжується виділенням енергії у вигляді

184

квантів світла. Для виготовлення світлодіодів застосовують матеріали з малою ймовірністю невипромінювальної рекомбінації (наприклад, сполуки InSb, GaSb, GaAs, GaP, InP, SiC тощо). Свічення збуджується в інфрачервоному і видимому діапазонах за допомогою змінного або

постійного струму при напрузі U Uпор , де Uпор UK (порогова

напруга дорівнює контактній різниці потенціалів. Будова світлодіода показана на рисунку 14.1.

Рисунок 14.1 – Будова світлодіода

З метою підвищення ККД (зменшення відбиття) випромінююча поверхня виконується у формі напівсфери. Яскравість свічення майже лінійно залежить від струму через світлодіод (рисунок 14.2).

Рисунок 14.2 – Яскравісна характеристика світлодіода

Колір свічення залежить від матеріалу виготовлення (ширини забороненої зони, природи центрів рекомбінації тощо). Чим більша ширина забороненої зони, тим менша довжина хвилі світлового випромінювання. Так, суміш GaAs і GaP дає червоне свічення, карбід

185