1.8.4. Ппд с z-и n-образными вах

Динисторы и тиристоры. Динистор — неуправляемый переключающий двухполюсник на основе четырехслойной п—р—п—р-структуры. При достижении входным напряжением порогового значения и в результате действия положительной внутренней обратной связи по току, его структура переходит из непроводящего в проводящее состояние с малым дифференциальным сопротивлением, т. е. по сути динистор является бесконтактным устройством коммутации.

Принцип действия динистора состоит в следующем (рис. 1.33). При полярности напряжения U_K-_A (между катодом К и анодом А динистора), указанной на рис. 1.33, а, большая часть этого напряжения падает на центральном (коллекторном) обратносмещенном переходе. Поэтому участок 1ВАХ, показанной на рис. 1.33, б, напоминает обратную ветвь ВАХ ППД. На прямосмещенных эмиттерных переходах эквивалентных п—р—п- и р—п—p-транзисторов, которые при U_K-_A = 0 находились в равновесном состоянии, с увеличением U_K-_A прямое падение напряжения будет возрастать. При этом электроны, инжектируемые из n-эмиттера в p-базу, диффундируют к коллекторному переходу под действием его поля и попадают в n-базу.

Дальнейшему продвижению электронов по структуре динистора препятствует небольшой потенциальный барьер правого эмиттерного перехода, поэтому часть электронов, оказавшихся в потенциальной яме n-базы, образует избыточный отрицательный заряд. Этот заряд, понижая высоту потенциального барьера от равновесного состояния правого эмиттерного перехода, способствует увеличению инжекции дырок из р-эмиттера в n-базу. Инжектированные дырки диффундируют к коллекторному переходу под действием его поля и попадают p-базу. Дальнейшему их продвижению препятствует небольшой потенциальный барьер левого эмиттерного перехода, в p-базе которого происходит накопление избыточного положительного заряда, способствующего увеличению инжекции электронов из n-эмиттера в p-базу. Таким образом, в структуре динистора существует положительная обратная связь по току, благодаря которой происходит накопление неравновесных носителей в базовых областях, способствующих смещению коллекторного перехода в-прямом направлении. При U_K-_A = U_пop, когда суммарный коэффициент передачи по току ее эквивалентных транзисторов п—р-п (α₁) и p—n—р (α₂) станет равным 1, происходит переключение динистора в низковольтное (U_0CT = 0,5... 1,5 В) состояние с малым дифференциальным сопротивлением (участок 3 В АХ). Если U_K-_A < U_откл произойдет выключение динистора. Наличие участка 2 ВАХ с отрицательным сопротивлением свидетельствует о возможности компенсации потерь в электрических цепях, содержащих динистор, и реализации усилительных и генераторных устройств на их основе (см.. далее). Известны также симметричные динисторы — диаки. На рис. 1.33, в представлены схема включения динистора и временные диаграммы напряжений на его входе и выходе.

В тиристорах (рис. 1.34, а) возможно управление моментом включения посредством тока I_у дополнительного электрода в любой (или обеих) базовой области. Условие срабатывания тиристора α₁+ α₂ + I_у (да₁∕дI) = 1. На рис. 1.34, б показано семейство ВАХ тиристора, построенных для разных значений тока I_у, а на рис. 1.34, в представлены схема его включения и временная диаграмма напряжения на выходе. Известны также симметричные тиристоры — симисторы (триаки).

Рис. 1.34. Тиристор:

а — структура;

б — ВАХ;

в — схема включения и временная диаграмма работы

Основными электрическими параметрами динисторов и тиристоров являются токи I_у, I_пр (до 10³ А), остаточное напряжение на открытом динисторе U_ост, обратное напряжение U_обр, коммутируемая мощность P_ком, рассеиваемая мощность P₀. Уровень электрической нагрузки оценивают коэффициентом нагрузки по мощности К_н.мощ = P_ком ∕P₀

Туннельные диоды. Это ППД на основе вырожденного полупроводника Ge или GaAs, в котором концентрация примесей достигает 10²⁰ 1/см³, с малой (10^-2 мкм) толщиной перехода, что создает условия для туннелирования носителей заряда, т.е. квантово-механического перехода (при малых прямых напряжениях) сквозь запрещенную зону без изменения их энергии с образованием туннельной ветви 1 роста тока (рис. 1.35, а).

Рис. 1.35. Туннельный диод:

а — ВАХ: 1 — туннельная ветвь; 2 — ветвь с отрицательным сопротивлением; 3 — прямая ветвь перехода;

б — варианты положения рабочих точек 1... 5 в зависимости от схемы включения

При дальнейшем росте прямого напряжения наблюдается появление инжекционной ветви 3 роста прямого тока и ветви 2 с отрицательным сопротивлением, наличие которого позволяет использовать туннельные диоды для усиления и генерации высокочастотных колебаний. Так как туннельная составляющая тока слабо зависит от температуры, возможно использование туннельных диодов для создания термостабильных пороговых устройств.

На рис. 1.36 представлены варианты схем на динисторе и туннельном диоде. Вследствие наличия инерционности на участке с отрицательным сопротивлением приборы с Z- и N-образными ВАХ обладают реактивностью — емкостной (с N-образными ВАХ) или индуктивной (с Z-образными ВАХ), что позволяет использовать их в качестве управляемых реактивных элементов, значение реактивности которых зависит от значения смещения.

Рис. 1.36. Примеры схем на динисторе и

туннельном диоде:

а — усилитель сигнала;

б — релаксационный генеатор;

в — кварцевый генератор;

г — бистабильная ячейка