Четырехслойные полупроводниковые приборы (тиристоры)

Тиристоры относятся к классу 4х слойных полупроводниковых приборов состоящих из четырех последовательно чередующихся областей с проводимостью p и n –типа.

Диодный тиристор - имеет вывод от двух крайних областей

Рис. 11.

Триодный тиристор в отличие от динистора имеет еще и управляющий электрод.

В этих структурах крайние электронно-дырочные переходы называются эмиттерами, средний переход - коллекторным. Внутренние области n-p

называются базами. Электрод связанный с внешней р- областью называется Анодом, а с n-областью катодом. Из схемы включения динистора видно, что коллекторный переход заперт обратным напряжением источника Е.

Типовая вольт-амперная характеристика динистора приведена на рисунке.

Рис. 12.

Для области Оа характерно то, что значительный рост напряжения сопровождается малым ростом тока.

Область аб – область лавинного пробоя. Участок бв – область отрицательного сопротивления, на котором рост тока сопровождается уменьшением напряжения.

Динистор характеризуется 2 устойчивыми состояниями (Оа и вг) наличие которых позволяет использовать прибор в качестве мощного переключающего элемента в различных устройствах автоматики.

Для анализа работы тиристоров представим его в виде двух транзисторов.

Причем:

Рис. 13.

При увеличении Э.Д.С. источника инжектированные одним из эмиттеров основные носители зарядов пересекают область, где они не являются основными частично рекомбинировая в ней.

Нерекомбинировавшиеся носители проходят через коллекторный переход и, оказавшись в области, для которой они являются основными т.е. в слое базы сопряженного транзистора, понижают высоту потенциального барьера, способствуя инжектированию зарядов из второго эмиттера, что ведет к увеличению общего тока прибора.

Переход структуры p-n-p-n из непроводящего состояния в проводящее можно вызвать не только внешним напряжением, но и увеличением напряжения в одном из эквивалентных транзисторов. Для этого в тиристоре от одной из баз делают вывод (управляющий электрод). Меняя ток управляющего электрода можно регулировать напряжение переключения, а следовательно управлять работой прибора.

Рис. 14.

Основные параметры:

1). Напряжение вкл. - напряжение при котором ток через прибор начинает резко возрастать.

2). Ток включения- ток при приложении напряжения включения.

3). Удерживающий ток – минимальный ток необходимый для удержа6ния тиристора в откр. Состоянии.

4). Напр. в открытом состоянии.

5). Ток в закрытом состоянии.

6). Пост. отпир. Ток УЭ- минимальный тоу УЭ, который по рекл. тиристор.

Однопереходный транзистор (двухбвзовый диод).

Однопереходный транзистор представляет собой монокристалическую пластинку кремния n-типа с высоким значением удельного сопротивления, на кондах которой расположены омические контакты Б1 и Б2, а на боковой стороне – один эмиттерный переход (рис1).

Участки кристалла длинной и () выполняют роль базы.

Эмиттерный контакт связан с внешним выводом эмиттера Э.

Рис. 15

Схема включения однопереходноготранзистора показана на рис.2. К выводам баз Б1 и Б2 подключают напряжение питания U_{Б1 Б2}, причем Б2 имеет положительный потенциал относительно Б1. Под действием этого напряжения в кремневой пластинке возникает ток I_{Б1 Б2}.

Участок между базами Б1 и Б2 однопереходного транзистора представляет собой омическое сопротивление в несколько КОМ с линейной вольт амперной характеристикой. Поэтому напряжение U_{Б1 Б2} распределяется по базам пропорционально их сопротивлениям. Эти напряжения соответственно равны U_ЭБ1 и U_ЭБ1. Полярность напряжения U_Б1 такова, что в исходном состоянии эмиттерный переход будет смещен в обратном направлении и через него пройдет только небольшой обратный ток I_ЭБ0.

Рис. 16

Это же состояние сохранится при подаче на эмитттер отрицательного напряжения U_Э или положительного, но не превышающего величину U_ЭБ1. Если же напряжение U_Э превысит напряжение U_ЭБ1 на величину, достаточную для отпирания перехода (точка АНА рис.3.), то в кремнивую пластинку будут инжектироваться дырки. Под действием напряжения U_{Б1 Б2} дырки будут двигаться к выводу Б1, образуя эмиттерный ток, что приведет к увеличению проводимости на участке . В результате внутреннее напряжение U_Б1 уменьшится, что приведет к дальнейшему росту I_Э. Этот процесс будет протекать лавинообразно. С ростом эмиттерного тока, сопротивление эмиттерного перехода снижается, а напряжение U_Э уменьшается.

Рис. 17

Благодаря простоте конструкции, стабильному напряжению срабатывания, малому потреблению тока в цепи управления хорошей повторяемости параметров от образца к образцу, возможности передачи мощных импульсов, однопереходные транзисторы с успехом используют в разнообразных импульсных схемах.