5. Вах відкритого тиристора

Для розрахунку ВАХ відкритого тиристора скористаємось системою рівнянь.

Будемо вважати що струм аноду заданий і необхідно визначити падіння напруги на тиристорі. Напругу переходу 3 визначимо через струм, підставляючи у 3 рівняння системи одержуємо трансцендентне рівняння:

Прийнявши , та знайшовши , послідовно знаходимо струми переходів:

З урахуванням того, що напруга на 2 переході надзвичайно мала в порівнянні з напругами на прямозмішених 1-му та 3-му ЕД переходах то загальна напруга, прикладена до тиристора, визначається як сума напруг 1 та 3 переходів, які ми знайдемо з їх струмів:

;

.

.

5. Максимальний прямий струм відкритого тиристора

Максимальний струм тиристора знайдемо з умови, що при протіканні струму теплова потужність, яка виділяється, нагріває кристал до максимально допустимої температури Т_jm=417 K.

Умова теплового балансу в цьому разі має вигляд:

;

.

Розв’язуючи це трансцендентне рівняння одержуємо:

5. Максимальна напруга відкритого тиристора

Максимальна напруга відкритого тиристора розраховується методикою пункту 2.2.7:

5. Струм закритого тиристора

Струм закритого тиристора визначається наступною формулою:

5. Розрахунок ВАХ тиристора

Розглянемо зворотну вітку ВАХ, в цьому випадку колекторний перехід є прямо зміщеним, оскільки другий емітер ний перехід є зашунтованим, то майже вся прикладена напруга падає на перший емітерний перехід, що при напрузі близькій до пробійної входить у режим лавинного наростання носіїв заряду, в такому разі зворотна вітка ВАХ тиристора може бути представлена у вигляді:

.

Тепер розглянемо пряму гілку ВАХ, в цьому випадку емітері переходи прямо зміщені, а колекторний перехід зміщений зворотно, оскільки при цьому майже вся прикладена напруга падає на нього, до для описання ВАХ тиристора на початковій ділянці можна скористатися емпіричною формулою:

.

Однак при подальшому збільшенні напруги на колекторному переході, відбувається розширення його ОПЗ, це призводить до зменшення можливості рекомбінації інжектованих з емітерів у бази носіїв заряду, концентрація ННЗ у базових областях збільшується на стільки, що перевищує концентрацію ОНЗ, в результаті колекторний перехід спочатку стає прямо зміщеним, а потім взагалі набуває металічних властивостей, в цьому випадку відбувається перерозподіл напруги, і майже вся пряма напруга падає на перший емітерний перехід. Отже після прикладення прямої напруги більшої за напругу включення ВАХ тиристора «переходить» у ВАХ прямо зміщеного першого емітерного переходу.

Рис. 2.3 – ВАХ тиристора.

ВИСНОВКИ

Завдяки наявності двох стійких станів і низької потужності розсіяння в цих станах, тиристори широко використовуються для перемикання і перетворення енергії в електронних схемах різного призначення, в електротехнічних пристроях і у високовольтних лініях електропередачі. В даний час створені тиристори, які можуть працювати при струмах від декількох міліампер до 5000 А і при напрузі, що перевищує 10000 В. Найбільш широко ці прилади використовуються для регулювання потужності змінного струму технічної частоти (50 Гц), оскільки при малій швидкості перемикання тиристор є ефективнішим ключем, ніж біполярний транзистор. В останній час розширюється область використання тиристора в області більш високих частот. Розроблені модифікації здатні працювати на частотах аж до 10⁵ Гц.

Тиристор є чотирьохшаровою структурою p⁺-n-p-n⁺ типу, базові області леговані слабше, для збільшення робочої напруги тиристора (для збільшення робочої частоти бази легують сильніше, оскільки це зменшує час життя ННЗ, і як наслідок зменшує час розсмоктування надлишкового заряду, прискорюючи перемикання у стан з високим опором). Для заданої тиристорної структури розраховані наступні основні параметри: вольт-амперна характеристика анод-катод, при напрузі на керуючому електроді рівній нулю, робочу напругу тиристора( ), струм ввімкнення( ), струм закритого тиристора( ), опір шунтуючої області(1,314·10³ Ом), максимальну потужність, що здатен розсіювати тиристор(Р=32,5Вт), максимально допустимі струм і напругу( , ).

Значний інтерес представляють роботи зі створення потужних тиристорів, керованих світлом (фототиристорів). Ця модифікація приладів може переключатись у стан з високою провідністю під дією світлового випромінювання, потужність якого більша деякого порогового значення. При дії оптичного випромінювання з hv > E_g на ОПЗ колектора прямозміщеного фото тиристора в ньому генерується електронно-діркові пари, що розділяються сильним електричним полем за час порядку 10^-9 с.

Дірки виносяться в р-область, а електрони в n- область, що викликає відповідну інжекцію неосновних носіїв заряду в ці області. Виникає лавиноподібне наростання току. Якщо посилений таким чином фотострум буде достатнім для виконання умови переключення, то фототиристор перейде у стан з високою провідністю. Якщо ж рівень фото збудження малий, то струм досягне деякого стаціонарного значення, що відповідає стану приладу з високим опором.

Фототиристори можуть вмикатися під дією слабких світлових сигналів (порядку 0,2 Вт) але за великої густини потужності на освітлюваній ділянці. Час їх ввімкнення суттєво зменшується зі збільшенням інтенсивності світла. Такі прилади забезпечують повну електричну розв’язку між схемою керування та потужною схемою, що керується, за рахунок передачі енергії запускаю чого імпульсу по волоконно-оптичній лінії. Вони застосовуються в схемах оптичного зв’язку, контролю та керування, в оптоелектронних перемикаючих схемах.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1. Баранский П.И. Полупроводниковая электроника [Текст]: в 1 т. / Колчков В.П., Потикеєвич И.В. Справочник. − К.: Наук. Думка, 1975. − 704 с.

2. Зи, С. Физика полупроводниковых приборов [Текст]: в 2 т. / С. Зи; т. 1. – М.: Мир, 1984. – 456 с.

3. Вишневский, Л. И. Силовые ионные и полупроводниковые приборы [Текст] / Л. И. Вишневский, Руденко В.С., Платонов А.П.. − М.: В. шк., 1975. − 343 с.

4. Чебовский О.Г. Полупроводниковые приборы [Текст] /Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В. Силовые − М.: Энергия, 1975. − 512 с.

5. Преображенский В.И. Силовые кремнивые вентили [Текст] / Зимин Е.Н.. − М.: Энергия, 1971.

6. Юдицкого С.Б. Кремнивые вентили [Текст] / М.: Энергия, 1968. − 304 с.

7. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. [Текст] /М.: Сов. радио, 1969. − 592 с.

8. Викулин В.М. Физика полупроводниковых приборов [Текст] /Стафеев В.И. . − М.: Сов. радио, 1980. − 296 с.

9. Пасынков В.В. Полупроводниковые приборы [Текст] / Чиркин Л.К., Шинков А.Д.. − М.: В. шк., 1981. − 430 с.

10. Трутко А.Ф. Методы расчетов транзисторов. [Текст] / М.: Энергия, 1971. − 272 с.

11. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники [Текст] /М.: Сов. радио, 1980. − 424 с.

12. Терехов В.А. Задачник по электронным приборам. Учебное пособие для вузов [Текст] / М.: Энергоатомиздат, 1963. − 350 с.

13. Шалимова К.В. Физика полупроводников. [Текст] / М.: Энергоатомиздат, 1985. − 391 с.