Основные понятия и определения электроники. Компонентная база электроники, страница 8

                                                                                              Схема замещения

УГО

Коллектор

Коллектор

Затвор

Эмиттер

                                                                                                                                        Эмиттер        

Рис. 2.13. Условное графическое обозначение и схема замещения IGBT

Конструктивно IGBT представляет собой многослойную структуру, имеющую достаточно сложный для понимания принцип функционирования. Упрощенно IGBT можно представить в виде схемы замещения, как показано на рис. 2.13. Основу IGBT составляют биполярный и МОП транзисторы. Ток базы биполярного транзистора не выходит за пределы кристалла и зависит от сопротивления канала МОП транзистора, которое, в свою очередь, зависит от значения напряжения на затворе.

IGBT сочетает достоинства биполярного и полевого транзисторов. К недостаткам IGBT можно отнести его достаточно высокую стоимость. IGBT является одним из основных компонентов современной силовой электроники, где используется в качестве электронного ключа. На одном кристалле могут собираться несколько IGBT. Такие структуры называются силовыми модулями (power module) и применяются в силовых управляемых выпрямителях и силовых преобразователях – инверторах (chopper).

2.4. Тиристоры

Тиристор (thyristor) – это полупроводниковый компонент электронной техники, выполненный на основе трех p-n переходов и обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Тиристор, как правило, имеет три электрода: анод, катод и управляющий электрод.

Бывают однооперационные и двухоперационные тиристоры.

Условные обозначения тиристоров приведены на рис. 2.14.

                                             Однооперационный      Двухоперационный

АнодАнод

Управл.Управл.

электродэлектрод

КатодКатод

Рис. 2.14. Условные графические обозначения тиристоров

Однооперационным (GCT – Gate Commutated Thyristor – тиристор с коммутацией по цепи управления) называют тиристор, который можно только открыть по цепи управления. Для его закрытия требуется снизить значение анодного тока I_а практически до нуля.

Двухоперационным (GTO – Gate Turn-Off thyristor – запираемый тиристор) называют тиристор, который можно как открыть, так и закрыть по цепи управления. GTO тиристоры получают все большее распространение, вытесняя GCT.

Рассмотрим принцип работы тиристора на основе однооперационного тиристора, управляемого по катоду. Его внутренняя структура приведена на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Принцип работы тиристора

Тиристор, как правило, подключают к источнику питания E_пит последовательно с сопротивлением нагрузки R_н. В цепь управления подают ток от управляющего источника напряжения E_упр (управляющей схемы) через токоограничивающий резистор R_упр.

Вначале рассмотрим случай, когда ток в цепи управления тиристора отсутствует.

В случае подачи на анод тиристора отрицательного напряжения, а на катод положительного, p-n переходы № 1 и № 3 будут смещены в обратном направлении, а переход № 2 – в прямом. При этом ток через тиристор протекать не будет. Такой способ подключения называют обратным.

В случае подачи на анод тиристора положительного напряжения, а на катод отрицательного (как показано на рис. 2.15), p-n переходы № 1 и № 3 будут смещены в прямом направлении, а  переход № 2 – в обратном. При этом структуры p₁–n₁–p₂ и n₁–p₂–n₂ можно рассматривать как биполярные транзисторы, в которых действует эффект переноса основных носителей заряда из эмиттера в коллектор. При некотором критическом значении напряжения питания, равном напряжению отпирания тиристора U_отп, в результате переноса возрастают концентрации электронов в n₁-слое и дырок в p₂ -слое (показано длинными стрелками на рис. 2.15). Это приводит к уменьшению ширины p-n перехода № 2, снижению его потенциального барьера, что, в свою очередь, способствует еще большему возрастанию концентраций электронов в n₁-слое и дырок в p₂ -слое. Говорят, что в тиристоре действует внутренняя положительная обратная связь. Этот процесс протекает лавинообразно, т. е. очень быстро. В результате p-n переход № 2 открывается, через него начинает протекать ток, направленный встречно к основному току через тиристор – анодному току I_а . Ток I_а резко возрастает сразу же после отпирания p-n перехода № 2.