4.2.2. Тиристоры, проводящие в обратном направлении

Тиристор, проводящий в обратном направлении – это тиристор, который при отрицательном анодном напряжении оказывается открытым в обратном направлении.

В предыдущих параграфах этой главы были рассмотрены диодные и триодные тиристоры, не проводящие в обратном направлении. Обратные токи таких тиристоров были малы вплоть до пробивного напряжения.

Тиристоры, проводящие в обратном направлении, могут быть диодными и триодными. Общей особенностью их структуры является шунтирование всех эмиттерных переходов объемными сопротивлениями прилегающих базовых областей (рисунок 4.6, а,б). Для уменьшения шунтирующего сопротивления высокоомной базы (n-базы на рисунке 4.6) ее поверхностный слой, прилегающий к эмиттерному переходу дополнительно легируют соответствующей примесью.

В результате такого шунтирования при обратном напряжении на тиристоре (отрицательный потенциал на аноде) все эмиттерные переходы оказываются закороченными относительно малыми сопротивлениями, а коллекторный переход – смещенным в прямом направлении. Поэтому обратные токи через тиристоры, проводящие в обратном направлении, велики при малых обратных напряжениях (рисунок 4.6, в).

Следствием активного шунтирования всех эмиттерных переходов является также то, что оба коэффициента передачи тока эмиттера транзисторных структур, составляющих тиристор, оказываются малыми. Поэтому, при прямом напряжении на тиристоре, основным физическим процессом, приводящим к накоплению неравновесных носителей заряда в базовых областях, и к переключению тиристора из закрытого состояния в открытое, будет ударная ионизация в коллекторном переходе. При расчете и анализе характеристик и параметров

Рисунок 4.6 - Структуры диодного (а) и триодного (б) тиристоров, проводящих в обратном направлении, с распределенным шунтированием эмиттерных переходов и ВАХ тиристоров, проводящего в обратном направлении (в)

таких тиристоров (да и многих других тиристоров, не проводящих в обратном направлении) надо учитывать в основном изменение коэффициента лавинного размножения М с напряжением на коллекторном переходе. Например, условие переключения диодного тиристора из закрытого состояния в открытое (4.5) можно раскрыть следующим образом:

(4.10)

Или , так как

где – суммарный коэффициент передачи тока тиристорной структуры при малых напряжениях, т.е. без учета лавинного размножения в коллекторном переходе.

Отсюда напряжение включения диодного тиристора

(4.11)

Преобладание лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе над другими физическими процессами, которые могут приводить к переключению тиристора из закрытого состояния в открытое, обуславливает ряд особенностей в свойствах, отмеченных в последних параграфах этой главы.

4.2.3. Симметричные тиристоры

Симметричный диодный тиристор (диак) – это диодный тиристор, способный переключаться как в прямом, так и в обратном направлениях.

Симметричный триодный тиристор (триак) – это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлениях.

Структура симметричного диодного тиристора состоит из пяти областей с чередующимся типом электропроводности, которые образуют четыре p-n-перехода (рисунок 4.7, а). Крайние переходы зашунтированы объемными сопротивлениями прилегающих областей с электропроводностью р-типа.

Если на такой тиристор подать напряжение положительным потенциалом на область n₁ и отрицательным потенциалом на область n₃, то p-n-переход 1 окажется смещенным в обратном направлении и ток, проходящий через него, будет пренебрежимо мал. Весь ток через тиристор при такой полярности приложенного напряжения будет проходить по шунтирующему сопротивлению области р₁. Четвертый p-n-переход будет смещен в прямом направлении, и

Рисунок 4.7 - Структура симметричного тиристора (а) и его ВАХ (б)

через него будет происходить инжекция электронов. При выбранной полярности внешнего напряжения рабочая часть тиристора представляет собой структуру p-n-p-n, в которой могут происходить те же процессы, что и в обычном диодном тиристоре, приводящие к переключению его из закрытого состояния в открытое и обратно.

При перемене полярности внешнего напряжения четвертый p-n-переход окажется смещенным в обратном направлении и, обладая поэтому большим сопротивлением, будет зашунтирован относительно малым сопротивлением области р_2. Следовательно, при такой полярности внешнего напряжения рабочая часть тиристора представляет собой структуру n-p-n-p, способную переключаться из закрытого состояния в открытое и обратно.

Таким образом, симметричный диодный тиристор можно представить в виде двух диодных тиристоров, включенных встречно и шунтирующих друг друга при разных полярностях приложенного напряжения. Вольтамперная характеристика такого тиристора получается одинаковой при разных полярностях приложенного напряжения (рисунок 4.7, б).

Симметричные триодные тиристоры могут иметь структуру, способную переключаться из закрытого в открытое состояние либо при токе управляющего электрода определенного направления, либо при токе управляющего электрода любого направления (рисунок 4.8). В последнем случае не только основные электроды должны обеспечить шунтирование прилегающих ним крайних p-n-переходов, но управляющий электрод должен иметь омический переход с р-областью, так и с дополнительной n-областью. При этих условиях подача различных по знаку потенциалов на управляющий электрод по отношению к расположенному вблизи основному электроду будет либо изменять потенциал р-области, либо обеспечивать инжекцию электронов из дополнительной n-области.

Рисунок 4.8 - Структура симметричного тиристора, переключаемого из закрытого

состояния в открытое током управляющего электрода любого направления