§ 2. Математический анализ работы тиристора (не нужно).

Обозначим эмиттерный ток транзистора n–p–nчерезI_э2, коллекторный токI_k2=α₂·I_э2, эмиттерный ток транзистораp–n–p:I_э1, коллекторный

ток I_k1=α₁·I_э1, гдеα₁иα₂соответственно коэффициенты передачи тока транзисторовp–n–pиn–p–n.

Кроме коллекторных токов I_k1иI_k2через коллекторный переход течет еще и обратный ток этого переходаI_кбо. Отсюда суммарный ток через коллекторный переход:

I=I_k1+I_k2+I_кбо=α₁·I_э1+α₁·I_э1+I_кбо

Все переходы в тиристоре соединены последовательно, и тиристор имеет два вывода. Поэтому результирующий ток Iи токиI_э1иI_э2равны между собой:

I = I_э1 = I_э2. Отсюда:

I = α₁·I + α₂·I + I_кбо

Следовательно:

Рассмотрим полученный результат, исходя из анализа работы тиристора. Коэффициент передачи тока биполярного транзистора α является функцией тока I_э(рис.3). Чем меньше токI_э, тем больше вероятность рекомбинации инжектированных в базу носителей, и значение α мало. С ростомI_эвероятность рекомбинации в базе понижается, и α повышается, все большее количество электронов и дырок перебрасывается в свои коллекторные области, создавая там избыточные заряды, которые понижают потенциальный барьер на переходе П2. Следовательно, в тиристоре при повышении напряжения между анодом и катодом растут эмиттерные токи транзисторовp–n–pиn–p–n, значит растут иα₁иα₂.

При α₁+α₂= 1 произойдет переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Действительно, пока коллекторный переход был закрыт, а его сопротивление было очень велико, результирующий токIбыл очень мал и близок к значению токаI_кбо. Когда коллекторный переход открывается, его сопротивление очень мало и результирующий ток становится током открытыхp–n– переходов.

Таким образом, необходимым условием перехода тиристора из закрытого состояния в открытое является повышение α₁иα₂при возрастании тока через эмиттерные переходы. Эта зависимость у кремниевых полупроводниковых приборов выражена гораздо сильнее чем у германиевых, что объясняется большей шириной запрещенной зоны. Кроме того, по этой же причине обратные токи в кремниевых приборах меньше чем в германиевых при меньшей зависимости от температуры. Этим объясняется то, что тиристоры изготовляются только из кремния.

Для того, чтобы понизить значение коэффициента α при малых токах, одну из средних областей тиристора делают гораздо большей по ширине, чем диффузионная длина для неосновных носителей заряда этой базы. В результате повышается вероятность рекомбинации в базе, что, естественно, понижает α.

Рис. 3. - Зависимость коэффициента прямой передачи по току транзистора α от I_э

Еще одним конструктивным решением, позволяющим понизить коэффициент α, является шунтирование одного из эмиттерных переходов областью базы этого перехода. Действительно, при малых значениях тока I_эсопротивлениеp–n– перехода еще велико по сравнению с объемным сопротивлением базы (рис.4), и токI_эпойдет в основном через базу, минуяp–n– переход. Когда же общее анодное напряжение повысится, токI_эповысится, потенциальный барьер на данном переходе за счет прямого напряжения на этом переходе скомпенсируется, сопротивление открытого эмиттерного перехода станет меньше объемного сопротивления базы, и ток пойдет черезp–n– переход, а α повысится.

Рис. 4. - Структура тиристора с шунтированием электронного перехода областью базы

При подаче обратного напряжения в точки А – К переходы П1 и П3 окажутся под обратным напряжением, а П2 под прямым. В этом случае в цепи тиристора будет протекать очень незначительный ток неосновных носителей и общее сопротивление тиристора будет очень большим.