Материал: Tverdotila_elektronika
Рисунок 5.7 – Перехідні процеси струму і напруги при ввімкненні тиристора
Час наростання tí àð зв’язаний з інерційністю процесу
накопичення нерівноважних носіїв заряду в базах тиристора. За цей час струм анода різко зростає до величини 0,9 I A , а напруга на аноді зменшується від 0,9U A до 0,1U A .
Цей інтервал часу відповідає перебуванню робочої точки на ділянці негативного диференціального опору (ділянка III на ВАХ рис. 5.2 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 керування може вибиратись у межах ²ê tç tí àð . 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 відкритому стані і надалі, якщо
UA Uâ³äêðmin або I A Iâèì êí (див. ВАХ рис. 5.2 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
209
керувального електрода, оскільки більша частина амплітуди імпульсу керування спадає на розподіленому 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.
Увімкнення тиристора за допомогою імпульсу анодної напруги
При імпульсному керуванні по аноду також спостерігається явище, коли напруга ввімкнення зменшується порівняно з напругою ввімкнення у неперервному режимі. Тиристор вмикатиметься за допомогою імпульсу анодної напруги, амплітуда якого менша за величину Uââ³ì êí у
режимі, коли напруга на аноді тиристора зростає повільно. Це явище зумовлене дією бар’єрної ємності КП, струм через яку під час перезаряду дорівнює
IC CK |
dU A |
(5.3) |
|
dt |
|||
|
|
і буде тим більшим, чим більша швидкість наростання
анодної напруги на тиристорі (ефект |
dU A |
). Цей струм, |
|
||
|
dt |
|
протікаючи через емітерні переходи приладу, викликає збільшення коефіцієнтів передачі h21Á1 та h21Á 2 , і тоді сума
h21Á1 + h21Á 2 дорівнює одиниці при меншій напрузі. Інакше кажучи, дія ємнісного струму КП IC аналогічна до дії струму керування у триністорі.
210
5.2.2 Вимкнення тиристорів
Вимкнення тиристора шляхом розриву анодного кола
Тиристор переходить до вимкненого стану тільки після розсмоктування нерівноважних носіїв заряду в базах. Якщо перед закінченням процесу вимкнення знову до тиристора прикласти анодну напругу, прилад опиниться у ввімкненому стані. Тому, оскільки процес розсмоктування носіїв відбувається немиттєво, 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.
Вимкнення за рахунок зміни полярності анодної напруги
Очікуваний виграш часу при вимкненні тиристора цим способом відбудеться лише при великих зворотних напругах (рис. 5.8).
tвимкн
0 |
UЗВ |
Рисунок 5.8 – Залежність часу вимкнення тиристора від величини зворотної напруги
Це зумовлено тим, що для прискорення процесу розсмоктування носіїв у базах треба забезпечити їх ефективну екстракцію через емітерні переходи. Для цього треба ввімкнути ЕП1 та ЕП2 у зворотному напрямі й значно
211
підвищити їх потенціальні бар’єри. Зробити це одразу, в момент подачі на анод зворотної напруги, неможливо, тому що, поки носії у базах не розсмокталися, 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, як правило, тиристор вимикають шляхом подачі великої зворотної напруги на анод.
Вимкнення 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 протікає через ще відкритий тиристор, постійно поповнює кількість нерівноважних носіїв заряду в базах. Тому значення струму керування (викликаного напругою на керувальному електроді зворотної полярності), необхідне для вимкнення тиристора, залежить від значення анодного струму через тиристор (рис. 5.9).
IK
0 |
Iввімкн |
I A |
|
Рисунок 5.9 – Залежність зворотного струму керування, необхідного для вимкнення тиристора, від прямого анодного струму
212
5.3Біполярні транзистори з ізольованим затвором
Удругій половині 80-х років з'явилася ідея створення комбінованого силового біполярного транзистора з МОН - керуванням на вході, названого в закордонних публікаціях
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), тобто БТІЗ -
біполярний транзистор з ізольованим затвором. Прообразом БТІЗ є схема складеного транзистора на комплементарних біполярних транзисторах – схема Шиклаї (рис. 5.10). Тип провідності конструкції (рис. 5.10) у цілому визначається типом провідності VT1.
К
VT2
Б 
VT1
Е
Рисунок 5.10 – Схема Шиклаї
Структурне ввімкнення транзистора у такому складанні і умовне його позначення, показані на рис. 5.11 а та 5.11 б, відповідно.
|
|
К |
|
|
|
|
|
IE |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT2 |
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
IK |
|
|
|
VT |
IK |
2 |
|
||
IK |
|
|
|
З |
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
З |
VT1 |
Е |
|
|
|
|
|
R2 |
I |
C |
IE |
|
1 |
Е
а) |
б) |
Рисунок 5.11 – Транзистор БТІЗ: а) структурна схема, б) умовне позначення
213