Тиристоры и некоторые другие ключевые приборы

| Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
| Теги реферата: реферат война, доклад по биологии
| Добавил(а) на сайт: Рябцев.

где ? увеличивается с ростом тока. Дифференцируя (4) по току, получаем сопротивление на этом участке:

r= - UM (d?/dI) / n(1-?)[n-1]/n (5)

Отсюда видно, что величина сопротивления должна существенно меняться с изменением тока. Характер этого изменения определяется функцией ?(I) и в общем случае может быть немонотонным. Однако чаще всего сопротивление r возрастает (по модулю) с ростом тока. Средняя величина ?r? между точками ПП и ОП лежит обычно в пределах от 5—10 до 50—100 ком.

Коллекторное напряжение, уменьшаясь на участке 3, делается равным нулю в точке Н (Точка Н обозначает границу режима насыщения—режима, в котором и эмит-терные, и коллекторный переходы работают в прямом направлении.). Из формулы (3) при U = 0 получаем соотношение

I=Ik0/[1- ?] (6)

из которого определяется ток Iн. Поскольку этот ток несравненно больше, чем
Iк0, его можно определять из условия

? = ?1 + ?3 ” 1 (7) пользуясь графиками ? (I).

Напряжение Uн является суммой напряжений на эмиттерных переходах, так как

Uп2 = 0. Используя формулу UЭ=?T ln(Iэ/I`э0+1+?n(euk/yt-1)) при Uk=0, Iэ
= Iн и считая оба эмиттерных перехода одинаковыми, получаем:

Uн=2 ?T ln (Iэ/I`э0) (8)

Это напряжение составляет несколько десятых долей вольта у германиевых динисторов и 0,5—1 в — у кремниевых.
При токеI > Iн переход П2, будучи смещен в прямом направлении, инжектирует носители навстречу тем потокам, которые поступают от эмиттеров.
Инжектируемый компонент тока Iп2 равен разности между собираемым компонентом (?1 Iп1+ ?3 Iп3) и полным током Iп2. Поэтому если для простоты положить ?1 = 0 (т. е. считать, что носители, инжектируемые переходом П2. не доходят до эмиттеров) и принять условие U >>?T для всех трех переходов, то напряжение на открытом динисторе можно выразить с помощью формулы UЭ=?T ln(Iэ/I`э0+1+?n(euk/yt-1)) в виде суммы напряжений на переходах:

U=?T[ln(Iп1/ Iэ01)-ln[(?1?п1+?3?п3)- ?п2]/ Iэ02+ln (?п3/Iэ03)] (9 a)
(токи I`э0 заменены на Iэ0, так как принято ?1= 0).

Учитывая, что Iп1 = Iп2 = Iп3 = I и полагая токи Iэ0 одинаковыми у всех переходов, получаем простое приближенное выражение:

U=?T ln([I/Iэ0]/[?-1]) (9 б)

Вблизи точки Н, где ? ”1, увеличение тока, а вместе с ним коэффициента а приводит к сильному увеличению разности ? - 1 и напряжение несколько уменьшается (участок 4). В точке ОП напряжение достигает минимума и в дальнейшем растет с ростом тока (участок 5) за счет падения напряжения в толстой базе (Наличие толстой базы в структуре динистора характерно для большинства реальных приборов по конструктивно-технологическим причинам.
Коэффициент переноса ? в такой базе существенно меньше единицы, поскольку обычно w >> L. Это обстоятельство не препятствует работе динистора, если выполняется условие ?1+ ?3> 1. Более того, малый коэффициент переноса в толстой базе желателен, потому что при этом суммарный коэффициент ? в области малых токов нарастает медленнее, а это обеспечивает большие напряжения переключения.).
Обычно параметры точек Н и ОП близки друг к другу, поэтому можно вычислять координаты точки ОП по формулам (8) и (9).
При отрицательном напряжении U переход П2 оказывается смещенным в прямом направлении и дырки инжектируются в слой n1, а электроны — в слой p2.
Переходы П1 и П3 смещены в обратном направлении и являются в данном случае коллекторными. Таким образом, динистор в этом режиме эквивалентен двум последовательно включенным транзисторам (р-п-р и п-р-п) с оборванными базами. Напряжение пробоя в такой комбинации зависит от типа переходов П1 и
П3 (плавные или ступенчатые), а также от материала баз.
Важной проблемой при разработке динисторов и других аналогичных приборов является обеспечение плавного изменения коэффициента а в области малых токов. Действительно, как уже отмечалось, 2-й (переходный) участок вольт- амперной кривой (рис. 4) характерен заметной и растущей ролью слагаемого
?? по сравнению с током ?k0 в формуле (3). Значит, чем медленнее увеличивается ? c ростом тока, тем позднее (при больших токах) начнется 2-й участок и тем больше будет напряжение переключения, что обычно желательно в таких приборах. С этой точки зрения предпочтительным материалом для динисторов является кремний, так как у кремниевых переходов благодаря большей роли процессов генерации - рекомбинации коэффициент инжекции при малых токах близок к нулю и с ростом тока увеличивается весьма медленно.
Еще одним преимуществом кремния является малая величина тока в запертом состоянии прибора. Однако, с другой стороны, кремниевые переходы характерны большей величиной прямого напряжения и большим сопротивлением слоев. Это ухудшает параметры динистора в открытом состоянии.
[pic]
Рис. 5. Структура тринистора.

Чтобы ослабить зависимость ? (I) при малых токах (особенно у германиевых структур), часто шунтируют эмиттерный переход небольшим сопротивлением R.
Тогда значительная часть общего тока ответвляется в это сопротивление, минуя эмиттер. Тем самым эмиттерный ток, а вместе с ним и коэффициент а при прочих равных условиях уменьшаются.
В последнее время одну из баз динисторов обычно легируют золотом. Цель такого легирования - уменьшить время жизни и тем самым время переключения.
При этом одновременно возрастает отношение w/L (поскольку L =(d?) 1/2), а значит, и коэффициент ?, что опять-таки способствует повышению напряжения переключения.

Тринистор. Снабдим одну из баз динистора, например п1, внешним выводом и используем этот третий электрод для задания дополнительного тока через переход p1-n1 (рис. 5) (Реальные четырехслойные структуры характерны различной толщиной баз. В качестве управляющей используется тонкая база, у которой коэффициент передачи ?1 близок к единице.). Тогда получится прибор, обладающий свойствами тиратрона. Для такого прибора (тринистора) принята та же терминология, что и для обычного транзистора: выходной ток называется коллекторным, а управляющий — базовым. Эмиттером считается слой, примыкающий к базе, хотя с физической точки зрения эмиттером является и второй внешний слой (в нашем случае п2). Условное обозначение тринистора вместе с семейством характеристик показано на рис. 6. Как видим, увеличение управляющего тока Iб приводит прежде всего к уменьшению напряжения прямого переключения. Кроме того, несколько возрастает ток прямого переключения, а ток обратного переключения уменьшается.В результате отдельные кривые с ростом тока Iб как бы «вписываются» друг в друга вплоть до полного исчезновения отрицательного участка (такую кривую называют спрямленной характеристикой).
Элементарный анализ тринистора можко провести, исходя из формулы (1), в которой нужно положить Iп3 = Iп2 = Ik и Iп1 = Ik + Iб. Тогда вместо формулы (2) получим для тока Ik более общее выражение

Ik = (MIk0+(M?1)Iб)/(1-M?) (10)

Здесь по-прежнему ? = ?1 + ?3 — суммарный коэффициент передачи, в котором составляющая ?3 является функцией тока Ik, а составляющая ?1 - функцией суммы токов Ik + Iб. Задавая положительный ток Iб, мы тем самым задаем начальное значение коэффициента ?1 (при Ik ==0). Поэтому любому току
Ik будет соответствовать большее значение ?, а значит, и большее значение а, чем при Iб = 0.

[pic]
Рис. 6. Вольт-амперные характеристики тринистора при положительном токе базы.

Решая (10) относительно M и используя выражение для характеристики в области ионизации, не-. трудно представить вольт-амперные характеристики тринистора в форме Uк (Iк):

Uк =Um[(1- ? Iк + Iк0 +?1Iб)/ Iк]1/n (11)

В частном случае, при Iб = 0, получается характеристика динистора (3).
Выражение (11) ясно показывает, что данному току Iк соответствует тем меньшее напряжение Uk, чем больше ток Iб (рис.6). Рассмотрим отдельные участки этого семейства.

На начальном участке мы имеем по существу семейство характеристик обычного транзистора в схеме ОЭ.

Координаты точек прямого переключения определяются, как и в динисторе, условием dUk/dIk, == 0. Анализ показывает, что ток Iп.п возрастает с увеличением тока базы.