7.1. Устройство и принцип действия тиристоров
Упрощенная структура триод-тиристора и схема ее включения показаны на рис.7.1,а. Крайние слои p1 и n2 называют эмиттерами, а средние слои п1, p2 - базами (п1 - толстая база, p2 - тонкая база). Верхний Э1 и нижний Э2 р-п переходы называют эмиттерными, средний К - коллекторным.
Внешние выводы от эмиттерных областей являются главными электрода». Вывод от эмиттера Р1 называют анодом А, вывод от эмиттера n1 - катодом К. От тонкой базы p2 имеется вывод - управляющий электрод (УЭ). Все внешние выводы образуют с областями тиристора невыпрямляющие контакты.
Динистор отличается от триод-тинистора только тем, что у него нет управляющего электрода. Следовательно, тринистор при разомкнутой цепа УЭ (IУ =0) является динистором. В связи с этим динисторы отдельно не рассматриваются.
На рис.7.1,б приведены условные обозначения тиристора.
При подключении внешнего напряжения ЕП , с полярностью, указанной на рис.7.1,а (такое направление называется прямым), эмиттерные переходы Э1 и Э2 смещены в прямом направлении. Коллекторный переход К смещен в обратном направлении и к нему приложено практически все внешнее напряжение Ua (Ua ЕП). Эмиттер Р1 инжектирует в базу n1 дырки, поток которых образует ток IЭ1. Инжектированные дырки в базе п1 диффундируют в сторону коллекторного перехода точно так же, как в базе транзистора. Часть их рекомбинирует с электронами, а остальная часть -1IЭ1 , достигает коллекторного перехода и увеличивает коллекторный ток IK. Точно так же эмиттер n2 инжектирует электроны в базу Р2 , поток которых образует ток IЭ2. Часть электронов рекомбинирует в базе Р2 , а остальная часть - 2IЭ2, достигает коллекторного перехода и тоже увеличивает ток IК.
а б
Рис. 7.1
Таким образом, ток коллекторного перехода IК управляется двумя эмиттерными токами – IЭ1 , IЭ2. Кроме того, через обрат-носмещенный коллекторный переход течет обратный ток IОБ. Общий ток IК будет определяться всеми тремя составляющими:
(7.1)
Через эмиттерный переход Э2 протекает сумма токов Ia и Iу:
(7.2)
Через остальные два перехода (K и Э1) протекает один общий ток, равный току внешней цепи Ia:
(7.3)
Подставив в (7.1) значения токов из (7.2) и (7.3), легко найти величину тока Ia во внешней цепи, выраженную через параметры транзистора:
(7.4)
Выражение (7.4) в неявном виде является вольт-амперной характеристикой тиристора.
При разомкнутой цепи УЭ (Iу=0) характеристика (7.4) переходит в динисторную характеристику:
(7.5)
При напряжениях на коллекторном переходе, далеких от пробивного, ток Iоб почти равен тепловому току IK0:
Однако вблизи пробоя ток Iоб больше IK0 за счет лавинного размножения M:
В формулах (7.4) и (7.5) иногда вместо Iоб используется его значение из (7.6), вдали от пробоя величина М считается равной единице.
В зависимости от величины знаменателя в (7.5) ток может иметь два резко различных значения, а тиристор может находиться в двух резко различных состояниях: закрытом и открытом.