3 Переключающие приборы

Переключающими называют полупроводниковые приборы, вольт-амперная характеристика которых имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и которые используются для переключения.

К переключающим приборам относят динистор, тринистор, симистор и однопереходный транзистор. Все они имеют одно общее название – тиристор.

Тиристор – это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более р-п переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями, вольтамперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

1. Двухэлектродные тиристоры (динисторы)

Динистор – это тиристор, имеющий два внешних вывода (анод и катод) и представляет собой четырехслойный полупроводниковый прибор, состоящий из четырех последовательно чередующихся областей с проводимостями р- и п- типа (рис. 3.2, а).

Крайние области р₁ и п₂ называются эмиттерами, а средние р₂ и п₁ − базами. Как видно, динистор имеет три р-п перехода, причем два из них – П1 и П3 работают в прямом направлении, а средний переход П2 – в обратном. Крайнюю область р называют анодом, а крайнюю область п – катодом.

Переход динистора из закрытого состояния в открытое происходит при достижении прямым напряжением, приложенным между анодом и катодом некоторой граничной величины U_вкл.

Если к динистору VS приложить прямое напряжение U_пр < U_вкл (рис. 3.2, а), то переходы П1 и П3 смещаются в прямом, а П2 – в обратном на­правлении. Высота потенциальных барьеров П1 и П3 уменьшается. Дырки ин­жектируются из эмиттера р₁ в базу п₁, а электроны из эмиттера п₂ в базу р₂. По­лем обратно смещенного перехода П2 дырки из базы п₁ выводятся в базу р₂, а электроны – из базы р₂ в базу п₁ (явление экстракции). Появление в базах п₁ и р₂ дополнительных основных носителей зарядов еще больше уменьшает высоту потенциальных барьеров переходов П1 и П3. Это вызывает дополнительную инжекцию дырок и электронов через переходы П1 и П3.

Если к динистору приложить прямое напряжение U_пр ≥ U_вкл, описанный процесс принимает лавинообразный характер. Резко уменьшаются сопротивле­ния областей п₁ и р₂ и отпирается переход П2. Ток I_пр увеличивается, а напря­жение U_пр уменьшается. На вольтамперной характеристике появляется участок отрицательного дифференциального сопротивления – участок 1-2 (рис. 3.2, б), который соответствует неустойчивому состоянию. Динистор открывается и скачкообразно переходит из закрытого состояния (участок 0-1) в от­крытое (участок 2-3). При этом сопротивление динистора резко уменьшается и падение напряжения на нем составляет порядка U_пр = 0,5…1 В. Остальное на­пряжение источника Е падает на ограничительном резисторе R (рис. 3.2, а).

Таким образом, динистор может находиться в двух состояниях: закрытом, которое характеризуется большим падением напряжения на динисторе и прохождением малых токов через него, т.е. большим сопротивлением, и открытом, которое характеризуется малым падением напряжения на динисторе и прохождением больших токов через него, т.е. малым сопротивлением.

Для выключения динистора необходимо уменьшить прямой ток до значения I_пр < I_уд, (где I_уд – ток удержания – минимальный прямой ток, при котором динистор еще остается во включенном состоянии) или подать на прибор напряжение обратной полярности.

Динисторы применяются в бесконтактных переключающих устройствах, управляемых напряжением.