Четырехслойные переключающие д иоды (динисторы).

Внешний источник ЭДС Е нормально включён так, что 1 и 3 p-n переходы открыты, а 2-закрыт. Во внешней цепи течёт ток, являющийся обратным током второго перехода. При U_n12 происходит перераспределение зарядов, вызывающее открытие второго перехода. Ток во внешней цепи скачком возрастает до величины, определяемой главным образом R_н. Номинальный прямой ток I_прном зависит от мощности диода и достигает у мощных переключающих вентилей 350 А и больше.

Остаточное напряжение U_ост, соответствующее I_прном, составляет 0,5÷2 В. При уменьшении тока нагрузки до значения I_выкл, соответствующего точке В характеристики, вентиль возвращается в исходное, т.е. проводящее состояние.

Параметры:

U_nn – напряжение прямого переключения;

I_ут – ток утечки, составляющий U_nn/2;

I_nn – ток прямого переключения;

I_ном – номинальный ток;

I_выкл – номинальный ток;

U_обрmax – допустимое обратное напряжение;

I_обрmax – соответствующее U_обрmax обратный ток.

Важными параметрами являются также время включения τ_вкл и время выключения τ_выкл, т.к. эти параметры определяют быстродействие динистора в схемах переключения.

Кремниевые управляемые вентили – тиристоры (тринисторы).

Если на управляемый электрод не подавать напряжения, то характеристика тиристора будет такой же, как и характеристика динистора. Подавая на управляемом электроде положительное по отношению к катоду напряжение, тем самым увеличивают число неосновных носителей заряда – электронов в области p управляемого электрода. Это приводит к снижению напряженности поля во втором p-n переходе и, следовательно, к открытию перехода при меньшем напряжении между А и К, т.е. к уменьшению напряжения прямого переключения U_nn.

П ереключение тиристора может быть осуществлено как путём повышения напряжения на вентиле U_пр>U_nn, так и путём подачи на управляемый электрод управляющего тока I_упр. Тиристоры широко применяются в качестве быстродействующих электронных выключателей, особенно в схеме управления выпрямителей и преобразователей тока для регулируемого тока для регулируемого электропривода постоянно и переменного тока.

Параметры такие же, как и у динистора, но к ним добавляются максимальный управляющий ток спрямления, при котором напряжение прямого переключения равно остаточному напряжению.

Тиристор – это четырёхслойный кремниевый прибор:

Покажем, как динистор можно представить эквивалентным соединением двух транзисторов p-n-p и n-p-n структур, которые имеют коэффициенты передачи тока α₁ и α₂ соответственно.

Этот прибор имеет три p-n перехода П1, П2, П3. Если приложить внешнее напряжение U_ак точкам А и К таким образом, чтобы точка А (анод) имела положительный потенциал относительно точки К (катод), то переходы П1 и П3 будут смещены в прямом направлении. Переход П2 оказывается смещённым в обратном направлении, а ток через него имеет 3 составляющих. Электронный ток Iα, транзистора Т1, дырочный ток Iα₂ транзистора Т2 и ток в закрытом состоянии тиристора.

I=Iα₁+Iα₂+I_зкр=> I=I_зкр/1-(α₁ + α₂).

Если сумма α₁ + α₂ мала по сравнению с единицей, ток I будет близок к основному току в закрытом состоянии динистора. Чтобы перевести прибор во включенное состояние сумму α₁ + α₂ необходимо увеличивать, пока она не станет равной единице. Ток I в этом случае будет ограничиваться только сопротивлением внешней цепи. Если динистор находится в проводящем состоянии, то падение напряжения на нём приблизительно равно падению напряжения на p-n переходах.

Из теории транзисторов известно, что α имеет малое значение при небольших токах эмиттера, а при увеличении тока эмиттера быстро возрастает.

При постепенном повышении напряжения между анодом и катодом тиристора в конце концов в переходе П2 наступает лавинное размножение носителей. Вызванное лавинным процессом увеличения тока, протекающего через тиристор, приведет к возрастанию коэффициентов передачи тока α₁ и α₂, и прибор переходит в открытое состояние. Напряжение между анодом и катодом U_АК, при котором происходят эти процессы, называется напряжением лавинного размножения U_лав. Динистор остаётся в этом состоянии, пока через него протекает ток, достаточный для сохранения равенства α₁ + α₂=1. Этот ток называется удерживающим током I_уд.

ВАХ динистора выглядит следующим образом:

Т ретий электрод, называемый управляющим, присоединён к внутренней области типа p, как показано на рисунке. Ток, подводимый к этому электроду, вызывает увеличение коэффициентов передачи α₁ и α₂, которое оказывает дополнительное влияние на эффект, вызванный напряжением U_АК.

На рисунке показано, каким образом возрастание I_уд приводит к уменьшению U_АК, при котором происходит лавинное нарастание тока. При использовании тиристора в схемах на него подаётся напряжение, много меньше напряжения U_{лав 0}, при котором происходит лавинное нарастание тока, если ток I_уд=0. Запуск тиристора осуществляется путём подачи тока на управляющий электрод (к базе транзистора Т1). Следовательно, через транзистор Т1 будет протекать коллекторный ток β₁ I_уд, где β₁=α₁/(1- α₁). Этот ток является базовым током второго транзистора Т2 равен β₁ β₂ I_уд; он снова подаётся во входную цепь. Так как процесс является регенеративным, тиристор переходит в открытое состояние. После открытия тиристора УЭ перестаёт оказывать воздействие на протекание тока.