9. Скорость нарастания прямого напряжения

Если прямое напряжение на закрытом полупроводниковом приборе с четырехслойной структурой нарастает со слишком большой скоростью du_3C/dt, то прибор может переключиться в проводящее состояние без управляющего сигнала, т. е произойдет неконтролируемое открывание. Переключение в этом случае происходит при прямом напряжении, меньшем чем U_Пр_К. Такое явление называется переключением за счет «эффекта du_3C/dt».

Самопроизвольное переключение за счет «эффекта du₃cfdt» может произой­ти, если в устройствах (особенно импульсных), где используются тиристоры, в Чепях анодного питания возникают ревкие скачки (всплески) напряжения, импульсные помехи, а также различного рода колебания в цепях переменного то­ка. Кроме того, такое переключение может наблюдаться и при переходных ре­жимах, например в момент включения источника питания при резкам возра­стании напряжения на аноде закрытого прибора. Чувствительность приборов к «эффекту du_3C/dt» возрастает с увеличением температуры.

Неконтролируемое переключение за счет «эффекта du₃c/dt» является неже­лательным явлением, нарушающим нормальную работу устройств. Отметим, что «эффект du_3c/dt», как полезный, используется при импульсном открывании ди-нисторов, в то же время для тринисторов такое переключение, неоднократно повторяющееся, может послужить причиной выхода приборов из строя.

Рассмотрим механизм этого явления. На рис. 13,а изображен полупровод­никовый прибор с четырехслойной структурой с учетом емкости Сг среднего пе­рехода, которую, как это видно из рис. 13,6, можно представить суммой емко­стей коллекторных переходов составляющих транзисторов. Как отмечалось ра­нее, при закрытом приборе прямое напряжение практически оказывается при­ложенным к среднему переходу J₂, включенному в обратном направлении. При возрастании анодного напряжения емкость С₂ заряжается током icz, протека­ющим через два крайних перехода J₁ и J₃, включенных в прямом направлении. Емкости переходов J₁ и J₃ шунтируются соответственно малыми сопротивлени­ями этих переходов и по этой причине на рис. 13,с, б не показаны. Ток заря­да емкости С₂ одновременно является током базы обоих составляющих тран­зисторов (рис. 13,е) и играет ту же роль в открывании, что и ток управления. При некотором значении зарядного тока может произойти возрастание коэффи­циентов передачи а, которое будет достаточным для перехода транзисторов VT₁ и VT₂ в режим насыщения, т. е. для переключения четырехслойной полу­проводниковой структуры в открытое состояние.

Зарядный ток емкости С₂ :

зависит от емкости С₂ и от скорости нарастания напряжения du₃c/dt на этой емкости, т. е. на аноде прибора. Следовательно, достаточно быстрое нарастание анодного напряжения даже при относитель­но небольшом прямом напряжении может довести ток i_c2 до критического значения и включить прибор.

Рис. 13. Схематическое устройство полупроводникового прибора с четырехслой-пой структурой с учетом емкости среднего перехода (а) и представление при­бора в виде двухтранзисторной схемы (б, в)

Рис. 14. Схема подсоединение конденсатора для уменьшений значения du_3C/dt на аноде три -нистора

В некоторых типах тринисторов влия­ние «эффекта du_3C/dt» снижают путем шун­тирования эмиттерного перехода в самой полупроводниковой структуре, что приводит к возрастанию значения тока управления I_у.от.

В ряде случаев действие «эффекта duac/dt» удается уменьшить схемными спо­собами. Для снижения скорости нарастания анодного напряжения между анодом и ка­тодом тринистора, если это возможно, под­ключается небольшой конденсатор. Способ подсоединения такого конденсатора Ci по­казан на рис. 14. При возрастании напряжения на аноде тринистора конденсатор C₁ заряжается через сопротивление нагрузки R_a и диод VD_it и тем самым сни­жается скорость нарастания прямого напряжения, которая в этом случае опре­деляется постоянной времени R_нC₁.

При известном значении сопротивления нагрузки R_s емкость конденсатора C₁ можно определить из формулы

После открывания тринистора VS₁ конденсатор С₁ разряжается через не­го и резистор R₁, который ограничивает разрядный ток до допустимого для тринистора значения. Сопротивление резистора R₁ выбирается из условия

R₁>U_ПИТ(I_oc.n—I_H) (17)

где I_н — ток нагрузки.

Провода, соединяющие конденсатор С₁, диод VD₁ и тринистор VS₁, долж­ны быть по возможности короче, чтобы свести к минимуму влияния паразит­ных индуктивностей.

Для некоторых типов тринисторов влияние емкостного тока удается сни­зить включением конденсатора емкостью примерно 1000... 2000 пФ между уп­равляющим электродом и катодом прибора (на рис. 14 конденсатор С' пока­зан штриховой линией).

Устойчивость работы тринистора к «эффекту du_3C/dt» (особенно при повы­шенных температурах) улучшается, если сопротивление по постоянному току внешней цепи между управляющим электродом и катодом не превышает нес­кольких десятков ом. Наконец, для повышения устойчивости на управляющий электрод можно подать небольшое обратное смещение (обычно до 1 В), если это допустимо для используемого типа прибора.

В справочных данных тринисторов, предназначенных для импульсного ре­жима работы, указывается критическая скорость нарастания напряжения в за­крытом состоянии (например, для приборов типа КУ203 она составляем 20 В/мкс, для приборов типа КУ216 50 В/мкс), которая не должна превш-шаться при использовании приборов.