РЕФЕРАТ

КП: сторінок, 9 рисунків, 2 таблиці, 13 джерел.

Об’єкт дослідження – кремнієвий тиристор.

Мета роботи – дослідити особливості структури і функціонування тиристора, розрахувати його основні параметри і характеристики, а також визначити і побудувати основні залежності, які характеризують структуру і режими роботи тиристора.

Методи дослідження – чисельні розрахунки за відомими, отриманими і спрощеними математичними формулами, що описують особливості структури і роботи тиристора; використання теоретичних відомостей, що стосуються тиристорів; використання можливостей ЕОМ для визначення необхідних параметрів і залежностей.

Курсовий проект направлений на закріплення теоретичних знань з твердотільної електроніки і практичне засвоєння методик розрахунку електричних параметрів і характеристик напівпровідникових приладів. Всі розрахунки виконуються на прикладі ступінчастих p-n-переходів.

В результаті виконання роботи отримано ряд параметрів, а також побудовані залежності, що достатньо повно характеризують даний тиристор.

Тиристор, вольт-амперна характеристика, емітерний перехід, колекторний перехід, база, емітер, анод, катод, керуючий електрод

ЗМІСТ

1. Теоретична частина………………………………………………………........

   1. Загальні відомості про тиристор…………………………………………

   2. ВАХ тиристора………………………………………………………….

   3. Структура і принцип дії двохелектродного тиристора………………

   4. Структура і принцип дії трьохелектродного тиристора……………..

   5. Симістор. Симістор типу КУ208………………………………………

   6. Характеристики і використання сучасних тиристорів ……………….

   7. Параметри тиристорів…………………………………………………..

2. Практична частина…………………………………………………………...

   1. Вихідні дані………………………………………………………………

   2. Розрахунок параметрів та характеристик тиристора……………….…

      1. Струм насичення переходів…………………………………….…

      2. Коефіцієнт передачі…………………………………………….…

      3. Опір шунтування…………………………………………………..

      4. Робоча напруга тиристора…………………………………………

      5. Струм ввімкнення…………………………………………………

      6. Струм закритого тиристора………………………………………

      7. ВАХ відкритого тиристора……………………………………….

      8. Максимальний прямий струм відкритого тиристора……………

      9. Максимальна напруга відкритого тиристора……………………

      10. Струм закритого тиристора………………………………………

      11. Розрахунок ВАХ тиристора………………………………………

Висновки…………………………………………………………………………

Перелік літератури………………………………………………………………

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ВАХ – вольт-амперна характеристика;

ЕП1 – перший емітерний перехід;

ЕП2 – другий емітерний перехід;

КП – колекторний перехід;

А – анод;

К – катод;

Е1 і Е2 – перший і другий емітери відповідно;

Б1 і Б2 – перша і друга бази відповідно;

КЕ – керуючий електрод.

ВСТУП

Сучасна електроніка вимагає все більш і більш продуктивних електронних приладів біля яких більше потужність, продуктивність, надійність і тому подібне.

Цим вимогам найбільш відповідають сучасні напівпровідникові прилади тиристорів які розглянуті в даному курсовому проекті.

Тиристори стійкі до дії багатократної зміни температури довкілля від -50°С до максимально допустимого значення для структури, а також до дії вологого тепла при температурі 35 °С і вологості до 98 %.

Створення напівпровідникових приладів для силової електроніки почалося в 1953 р. коли стало можливим отримання кремнію високої чистоти і формування кремнієвих дисків великих розмірів. У 1955 р. був вперше створений напівпровідниковий керований прилад, що має чотиришарову структуру і що отримав назву "тиристор". Він включався подачею імпульсу на електрод управління при позитивній напрузі між анодом і катодом.

А вимкнення тиристора забезпечується зниженням прямого струму, що протікає через нього, до нуля, для чого розроблено безліч схем індуктивно-ємнісних контурів комутації. Вони не тільки збільшують вартість перетворювача, але і погіршують його масо-габаритні показники, знижують надійність.

Тому одночасно зі створенням тиристора почалися дослідження, направлені на забезпечення його вимкнення керуючим електродом. Головна проблема полягала в забезпеченні швидкого розсмоктування носіїв зарядів в базових областях.

Перші подібні тиристори з'явилися в 1960 р. в США. Вони отримали назву Gate Turn Off (GTO). У нашій країні вони більше відомі як тиристори, що замикаються або вимикаються.

Таким чином, стає зрозумілим той факт, що вивчення основ будови і характеристик тиристора є базисом для розуміння того, яким чином працює значна частина електронних приладів, сучасні і можливі напрями розвитку цієї галузі. Але, нам як майбутнім фахівцям необхідно зрозуміти не лише, як працює той або інший тиристор, але й які фізичні показники впливають на його роботу, які технології і матеріали використовуються для виготовлення тиристора, які фізичні процеси лежать в основі його роботи.

Сучасний етап розвитку електроніки, що використовує всі попередні досягнення, характеризується великим обсягом науково-дослідних і технологічних робіт, направлених на подальше удосконалення вже існуючих і створення нових приладів, і на даний момент тиристор є одним з основних приладів електроніки.

1 Теоретична частина

1. Загальні відомості про тиристор

Тиристор – це напівпровідниковий прилад з трьома і більш p-n-переходами, ВАХ якого має ділянку з негативним диференціальним опором. Тиристор є електронним ключем, який може знаходитися в двох станах: відкритому (стан високої провідності) і закритому (стан малої провідності). За кількістю виводів розрізняють:

1) діодні тиристори (диністори) мають два електроди (анод і катод), і керуються за допомогою подачі на електроди напруги з високою швидкістю її наростання або підвищення позитивної напруги до величини, більшої за деяку критичну;

2) тріодні тиристори (їх часто називають просто тиристорами) мають три електроди, причому третій електрод (керуючий) служить для переходу тиристора із закритого стану у відкритий;

3) тетродні тиристори мають два керуючих електроди, в залежності від здатності пропускати струм в одному або двох напрямах розрізняють одно- та двопровідні тиристори.

Основні властивості тиристора:

• Тиристор, як і діод, проводить в одному напрямку, проявляючи себе як випрямляч;

• Тиристор переводиться з вимкненого стану у ввімкнений при подачі сигналу на керуючий електрод і, як вимикач, має два стійкі стани. Проте для повернення тиристора у вимкнений стан необхідно виконати спеціальні умови;

• керуючий струм, необхідний для переводу тиристора із вимкненого стану у ввімкнений, значно менший (декілька міліампер) при робочому струмі в декілька ампер і навіть в декілька десятків ампер. Тому тиристор володіє властивостями підсилювача струму;

• середній струм через навантаження, включене послідовно з тиристором, можна точно регулювати залежно від тривалості сигналу на керуючому електроді. Тиристор при цьому є регулятором потужності.

2. Вах тиристора

Типова вольт-амперна характеристика тиристора має наступний вигляд:

Рис 1.1 – ВАХ тиристора

ВАХ тиристора має декілька ділянок:

• Між точками 0 і 1 знаходиться ділянка, відповідний високому опору приладу - пряме замикання.

• У точці 1 відбувається включення тиристора.

• Між точками 1 і 2 знаходиться ділянка з негативним диференціальним опором.

• Ділянка між точками 2 і 3 відповідає відкритого стану (прямий провідності).

• У точці 2 через прилад протікає мінімальний стримувальний струм I_h.

• Ділянка між 0 і 4 описує режим зворотного замикання приладу.

• Ділянка між 4 і 5 - режим зворотного пробою.

Вольт-амперна характеристика симетричних тиристорів відрізняється від наведеної на рис. 1.1 тим, що крива в третій чверті графіка повторює ділянки 0-3 симетрично відносно початку координат.

3. Структура і принцип дії двохелектродного тиристора.

Двоелектродний тиристор (диністор) – це тиристор, що має два зовнішні виводи.

Розглянемо структуру та розподіл потенціалу діодного тиристора, зображеного на рис. 1.2.

Об’єми напівпровідників, що прилягають до виводів катода (К) і анода (А) називаються відповідно першим (Е1) і другим (Е2) емітерами, до першого емітера прилягає перша база (Б1), до другого – друга база (Б2). У тиристорі розрізняють перший (ЕП1) і другий (ЕП2) емітерні переходи, середній перехід називається колекторним (КП). На рис. 1.2 також показаний розподіл потенціалу при подачі на анод позитивної напруги Uа_. За такої полярності зовнішньої напруги колекторний перехід виявляється під зворотною напругою, а емітерні переходи ЕП1 і ЕП2 – під прямою.

Значна частина зовнішньої напруги падає на колекторному переході, тому перша ділянка вольт-амперної характеристики тиристора аналогічна зворотній гілці вольт-амперної характеристики діода (рис. 1.2). Зі збільшенням анодної напруги, прикладеної до тиристора між анодом і катодом, збільшується пряма напруга і на емітерних переходах. Електрони, інжектовані з n-емітера в p-базу, дифундують до p-n-переходу колектора, проходять колекторний перехід і потрапляють в n-базу.

Подальшому проходженню електронів по структурі тиристора перешкоджає невеликий потенціальний бар'єр правого емітерного переходу. Тому частина електронів, виявившись в потенційній ямі n-бази, утворює надлишковий негативний заряд, який знижуючи висоту потенційного бар'єру правого емітерного переходу, викликає збільшення інжекції дірок з p-емітера в n-базу. Інжектовані дірки дифундують до p-n-переходу колектора, проходять через цей перехід і потрапляють в p-базу. Подальшому їх проходженню по тиристорній структурі перешкоджає невеликий потенційний бар'єр лівого емітерного переходу. Отже, в p-базі відбувається накопичення надлишкового позитивного заряду, що обумовлює збільшення інжекції електронів з n-емітера. В результаті накопичення надлишкового позитивного заряду в p-базі і негативного в n-базі при напрузі на тиристорі відбувається різке збільшення струму, що проходить через тиристор, і одночасне зменшення падіння напруги на тиристорі. Друга ділянка вольт-амперної характеристики тиристора аналогічна прямій гілці вольт-амперної характеристики p-n-перехода. У режимі, що відповідає другій ділянці, напруга на колекторному переході виявляється прямою через значний заряд, накопичений у базах.

Отже, тиристор може знаходитися в двох станах: вимкненому, або закритому, який характеризується великим падінням напруги на тиристорі і проходженням малих струмів через нього, тобто великим опором, і включеному, або відкритому, який характеризується малим падіння напруги на тиристорі і проходженням великих струмів через нього, тобто малим опором.

У відкритому стані тиристор знаходиться до тих пір, поки за рахунок струму, який проходить, підтримується кількість надлишкових зарядів в базах, необхідна для пониження висоти потенційного бар'єру колекторного переходу до величини, що відповідає його прямому включенню. Якщо ж струм через тиристор зменшити до деякої величини, то в результаті рекомбінації і розсмоктування кількість надлишкових зарядів в базах зменшиться, p-n-перехід колектора виявиться включеним у зворотному напрямі, відбувається перерозподіл падінь напруги на p-n-переходах структури тиристора, зменшиться інжекція з емітера і тиристор перейде в закритий стан.