2. Математический анализ работы тиристора

Обозначим эмиттерный ток транзистора NРN через I_Э2, кол­лекторный ток - I_K2 = αI_Э2, эмиттерный ток транзистора РNР - I_Э1, коллекторный ток I_k1 = α₁ I_Э1 , где α₁ и α₂ соответственно коэф­фициенты передачи тока транзисторов РNР и NРN. Кроме коллекторных токов I_К1 и I_К2 через коллекторный пере­ход течет еще и обратный ток этого перехода I_кбо. Отсюда, сум­марный ток через коллекторный переход

I = I_K2 + I_K2 + I_кбо = α₁I_Э2 + αI_Э2 + I_кбо

Все переходы в тиристоре соединены последовательно, и тиристор имеет два вывода. Поэтому результирующий ток I и токи I_Э1 и I_Э2 равны между собой: I = I_Э1 + I_Э2. Отсюда I = α₁I + α₂I + I_кбо. Найдем результирующий ток

_{I = .} (1)

Рассмотрим полученный результат, исходя из анализа работы ти­ристо ра. Коэффициент передачи тока биполярного транзистора α является функцией тока, (рис. 3). Чем меньше ток I_Э, тем больше вероятность рекомбинации инжектированных в базу носи­телей, и значение α мало. С ростом I_Э вероятность рекомбинации в базе уменьшается, и α увеличивается, все большее количество электронов и дырок перебрасывается в свои коллекторные облас­ти, создавая там избыточные заряды, которые снижают потен­циальный барьер на переходе П2. Следовательно, в тиристоре при увеличении напряжения между анодом и катодом растут эмиттерные токи транзисторов РNР и NРN, значит растут и α₁ и α₂. При α₁ + α₂ =1 произойдет переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Действительно, пока коллекторный переход был закрыт, а его сопротивление было очень велико, результи­рующий ток I был очень мал и близок к значению тока I_кбо. Ког­да коллекторный переход открывается, его сопротивление очень мало и результирующий ток становится током открытых РN - переходов. Таким образом, необходимым условием перехода тиристора из закрытого состояния в открытое является увеличение α₁ и α₂ при возрастании тока через эмиттерные переходы. Эта зависимость у кремниевых полупроводниковых приборов выражена гораздо силь­нее, чем у германиевых, что объясняется большей шириной запре­щенной зоны. Кроме того, по этой же причине обратные токи в кремниевых приборах меньше, чем в германиевых, при меньшей зависимости от температуры. Этим объясняется то, что тиристоры изготовляются только из кремния.

Рис. 3. Зависимость коэффициента Рис. 4. Структура тиристора с

прямой передачи по току транзисто­- шун­тированием эмиттерного

ра α от тока I_Э перехода об­ластью базы

Для того, чтобы уменьшить значение коэффициента α при малых токах, одну из средних областей тиристора делают гораздо больше по ширине, чем диффузионная длина для неосновных но­сителей заряда этой базы. В результате увеличивается вероят­ность рекомбинации в базе, что, естественно, уменьшает коэффициент α. Еще одним конструктивным решением, позволяющим уменьшить коэф­фициент α, является шунтирование одного из эмиттерных пере­ходов областью базы этого перехода. Действительно, при малых значениях тока I_Э сопротивление РN - перехода еще велико по сравнению с объемным сопротивлением базы (рис. 4), и ток I_Э пойдет в основном через базу, минуя РN - переход. Когда же общее анодное напряжение увеличится, ток I_Э увеличится, потенциаль­ный барьер на данном переходе за счет прямого напряжения на этом переходе скомпенсируется, сопротивление открытого эмиттерного перехода станет меньше объемного сопротивления базы, и ток пойдет через РNN переход, а α увеличится. При подаче обрат­ного напряжения в точки анод - катод переходы П1 и ПЗ ока­жутся под обратным напряжением, а П2 под прямым. В этом случае в цепи тиристора будет протекать очень незначительный ток неосновных носителей и общее сопротивление тиристора будет очень большим.