Электронная техника и преобразователи: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 22

По мере увеличения внешнего напряжения U_пр прямое смещение эмиттерных переходов П1 и П3 возрастает, что приводит к увеличению тока через переходы. Поскольку все p - n - переходы включены последовательно, то увеличивается и ток коллекторного перехода. Это в свою очередь приводит к увеличению коэффициента передачи тока   a_nиa_p и, следовательно, дополнительно увеличивает ток через переход П2.

Кроме того, электроны движущиеся из р2 - базы в n1- ,базу, и «дырки», перемещающиеся в обратном направлении, под влиянием электрического поля в коллекторе приобретают энергию, достаточную для ударного разрушения валентных связей (ударная ионизация). В результате этого в области коллекторного перехода образуются новые пары подвижных носителей заряда. Вновь образовавшиеся электроны выбрасываются полем коллекторного перехода в n1 - ,базу, а «дырки» - в p2 базу. Концентрация основных носителей в обеих базах начинает увеличиваться. Вследствие компенсации неподвижных зарядов, образующих потенциальный барьер коллекторного p - n -перехода, происходит процесс его смещения в проводящее состояние и увеличение коэффициента лавинного умножения m.

Под действием внешнего электрического поля «дырки» в р2 - базе подходят к правовому эмиттерному переходу, нейтрализуют там отрицательный заряд неподвижных ионов так, что снижается потенциальный барьер. В результате поток электронов из n2 - эмиттера в р2 - базу увеличивается, что приводит к росту коэффициента передачи тока базы    a_nи плотности потока электронов через коллекторный переход, а с  ним и число вновь образуемых пар зарядов.

Подобный процесс наблюдается и в левом эмитерном переходе, потенциальный барьер которого снижается за счет увеличения электронов в n1 - базе. Регенеративный процесс в приборе возникает тогда, когда под действием внешних факторов коэффициент положительной обратной связи  m (a_n+   a_р) достигает единицы. В результате все три перехода П1, П2, П3= оказываются смещенными в прямом направлении, напряжение на вентиле резко уменьшается до значения суммарного падения напряжения во всех переходах, и далее тиристор работает как полупроводниковый диод, находящийся в открытом состоянии.

Процессу открытия вентиля соответствует участок АБ (рис.4.3.) отрицательного сопротивления на вольт - амперной характеристике. Амплитудное значение приложенного к тиристору прямого напряжения, превышение которого влечет за собой открывание тиристора, называется напряжением включения U_вкл или напряжением переключения U_пер (первый способ переключения тиристора в открытое состояние).

После открытия тиристора ( участок БВ на рис.4.3.) ток ограничивается практически только внешним сопротивлением цепи. При этом вольт-амперная характеристика имеет такой же характер, как и ВАХ полупроводникового диода.  Тиристор будет находиться во включенном состоянии до тех пор, пока проходящий через него ток I_пр достаточен для инжекции электронов и «дырок» в слои р1   и   р2. При снижении тока вентиля до некоторого значения, меньшего тока выключения  I_выкл, вентиль переходит в выключенное состояние, так как число инжектируемых носителей электричества оказывается недостаточным для поддержания перехода П2 в открытом состоянии.

Если на электрод УЭ подать положительный потенциал ( для р - тиристора со структурой p-n-p-n- типа; рис4.1.) от вспомогательного источника тока, то напряжение, приложенное к цепи управления, увеличивает прямое смещение эмиттерного перехода П3 и, следовательно увеличивает ток из n2 - эмиттера через р2 - базу и переход П2. Рост тока сопровождается соответствующим увеличением коэффициента передачи a .

Приток дополнительного числа электронов через коллекторный переход П2 в n1 - базу вызывает снижение потенциала в ней и, как следствие, увеличение диффузионного потока «дырок» через переход П1 с одновременным увеличением коэффициента передачи тока   a_р. При этом увеличивается и встречная инжекция «дырок» из слоя n1  слой р1, то есть происходит увеличение тока, созданного не основными носителями через переход П2.

Когда суммарный ток, проходящий через П2, превысит ток включения I_вкл, происходит открытие тиристора. После открытия тиристора управляющий электрод теряет свои управляющие свойства и прибор остается в открытом состоянии, пока прямой ток, проходящий через него, не станет меньше тока удержания или выключения I_выкл.

Напряжение включения снижается при увеличении тока управления I_у. При достаточно большом значении последнего, называемого током спрямления I_ус, прямая ветвь вольт-амперной характеристики вырождается  в кривую, аналогичную прямой ветви характеристики обычного диода (второй способ переключения тиристора в открытое состояние).

Зависимость напряжения включения U_вкл от тока управления I_у преставляет собой пусковую характеристику (управления). Примерный вид этой зависимости показан на рис.4.4.

При приложении к прибору напряжения, обратной полярности электронно-дырочные переходы П1 и П3 смещаются в обратном, а переход П2 - в прямом направлении. Сопротивление при этом очень велико, и через прибор протекает малый обратный ток аналогично  протеканию обратного тока в цепи не управляемого диода (участок ОВ рис.4.3.). При  значительных величинах обратного напряжения возможен пробой закрытых p-n-переходов, чему соответствует участок ВГ вольт-амперной характеристики тиристора (рис. 4.3.). Напряжение пробоя, как правило, близко по величине к напряжению включения при I_у = 0.

Параметры тиристора

Система параметров силовых тиристоров и полупроводниковых приборов вообще разделена на две группы: предельно допустимые значения и характеристики.

Предельно допустимые значения - допустимые значения любой электрической, тепловой или механической величины, которое определяет либо предельную способность, либо граничное условие, за пределами которых полупроводниковый прибор может быть поврежден.

К предельным допустимым значениям относятся:

·   максимальная величина прямого напряжения U_{пр.макс};

·   максимальная величина обратного напряжения U_{обр.макс};

·   предельный ток I_{пр.макс};