2. Триодные тиристоры.

Триодный тиристор (тринистор) – это тиристор, имеющий два основных и один управляющий выводы. Для переключения тринистора из закрытого в открытое состояние тоже необходимо накопление избыточных носителей заряда в базовых областях. В динисторе при повышении анодного напряжения до U_вкл это накопление неравновесных носителей заряда происходит либо из-за увеличения уровня инжекции через эмиттерные переходы, либо из-за ударной ионизации в ОПЗ коллекторного перехода. В трнисторе, имеющем дополнительный управляющий вывод от одной из базовых областей, можно повысить уровень инжекции через прилегающий к ней эмиттерный переход путем подачи на него дополнительного прямого напряжения. Таким образом, можно добиться переключения тринистора в открытое состояние даже при небольшом анодном напряжении, меньшем U_вкл.

Часто бывает удобным представление тиристора в виде эквивалентной модели, составленной из двух транзисторов. Если на рис. 4,а провести мысленно разрез по штриховой линии, то получится схема, представленная на рис. 4,б. Она состоит из двух транзисторов: VT1 p-n-p типа и VT2 n-p-n типа. Эмиттерные переходы тиристора являются эмиттерными переходами транзисторов, а коллекторный переход тиристора является общим коллекторным переходом обоих транзисторов. Слой n₁ – это база VT1 и коллектор VT2, а слой p₂ – база VT2 и коллектор VT1. Поскольку разрез только мысленный, то в тиристоре базы каждого транзистора напрямую соединены с коллекторами другого транзистора, то есть коллекторный ток первого транзистора является базовым током второго, и наоборот.

Используем эту модель для анализа механизма переключения тринистора с помощью управляющего тока. Усилительные свойства транзисторов VT1 и VT2 будем характеризовать коэффициентами передачи тока эмиттера  _p и _n или коэффициентами передачи тока базы _p и _n. Из схемы рис. 4,б следует, что управляющий ток I_у – это базовый ток I_Б2 транзистора VT2. Он вызывает инжекцию электронов через эмиттерный переход П3 и коллекторный ток VT2, будет

I_K2 = _nI_Э2 = _nI_у.

Ток I_K2 - базовый ток транзистора VT1 I_Б1, он вызывает инжекцию дырок через эмиттерный переход П1, в результате чего коллекторный ток VT1

I_K1= _pI_Э1 = _pI_Б1 = _pI_K2 .

Ток I_K1 в сумме с током I_у создают ток I_Б2, то есть ток I_K1 увеличивает ток управления и потому является током внутренней ПОС. При наличии ПОС управляющий сигнал становится:

I_Б2 = I_у + I_K1 = I_у + _pI_K2 = I_у + _P_nI_у. = I_у (1 + _P_n) (2.1)

Из (2.1) следует, что, сели _p  1 и _n  1, так, что _P_n  1, то в скобках (2.1) можно пренебречь единицей. Это означает, что при этом условии (_P_n  1) базовые токи будут быстро нарастать и оба транзистора окажутся в насыщении даже после отключения управляющего тока. При этом коллекторный переход П2 будет смещен в прямом направлении, как и в обычном транзисторе в режиме насыщения.

3. Уравнение вах тиристора.

Эквивалентная модель тиристора позволяет получить уравнение ВАХ в закрытом состоянии. Для динистора ток перехода П2 можно записать:

I_П2 = I = _pI_П1 + _nI_П3 + I_KO , (2.2)

где I_П1, I_П2,, I_П3 – токи переходов П1, П2, П3; _p , _n – статические коэффициенты передачи токов эмиттера транзисторов VT1 и VT2; I_KO – обратный ток коллектора, он является общим для обоих транзисторов.

Условие баланса токов для динистора соответствует равенстау всех токов между собой:

I_П1 = I_П2 = I_П3 = I (2.3)

Тогда полный ток динистора

I = I_KO / (1 - ), (2.4)

где  = _p + _n – суммарный статический коэффициент передачи тока тиристорной структуры.

Выражение (2.4) представляет уравнение ВАХ динистора в закрытом состоянии. Напомним, что коэффициент передачи тока эмиттера  транзистора изменяется в зависимости от ряда факторов. В частности он растет при:

- увеличении тока эмиттера из-за уменьшения влияния рекомбинации в эмит-

терном переходе и появления электрического поля в базе из-за увеличения

гради ента концентрации носителей заряда;

- увеличении напряжения на коллекторном переходе из-за уменьшения толщи-

ны базы и увеличения коэффициента лавинного размножения в коллекторном

переходе.

По этим причинам статические коэффициенты передачи тока эмиттера _p и _n, а также суммарный коэффициент  = _p + _n , являются функциями тока I и напряжения U, приложенного к тиристору.

В точке переключения дифференциальное сопротивление тиристора равно нулю. До переключения почти все напряжение, приложенное к тиристору, падает на переходе П2. Дифференцируя (2.2) по напряжению с учетом (2.3) и принимая во внимание что

получим для дифференциального сопротивления:

(2.5)

На участке ОА ВАХ r 0, на участке АВ - r 0. Точка А – точка перехода из закрытого состояния в открытое, в ней r = 0. Это условие из (2.5) выполняется, если

(2.6)

Величина - дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера транзистора, поэтому (2.6) запишем в виде:

_pдиф + _nдиф = 1. (2.7)

Обычно это условие удовлетворяется раньше, чем условие равенства единице суммы статических коэффициентов передачи токов VT1 и VT2, так как дифференциальные коэффициенты передачи несколько больше статических.

Превышение _диф  1 означает, что приращение тока коллектора больше приращения тока эмиттера. Это возможно при условии накопления зарядов в базовых областях, о чем уже говорилось выше. Избыточные заряды в базах уменьшают напряжение на коллекторном переходе (участок АВ ВАХ).

После переключения тиристора из закрытого состояния в открытое рост тока через тиристор увеличивает суммарный коэффициент _диф = _pдиф + _nдиф,

но резкое уменьшение напряжения на всей тиристорной структуре уменьшает его. Поэтому соотношение (2.7) можно считать не только условием переключения тирстора, но и уравнением ВАХ на участке переключения АВ.

Если в p-базу тиристора подается положительный ток управления I_у, то во втором слагаемом (2.2) к току инжекции I_П3 через эмиттерный переход П3 надо добавить ток управления. После соответствующих преобразований вместо (2.4) получим:

(2.8)

Соотношение (2.8) показывает, что подача тока I_у 0 усиливает действие внутренней ПОС из-за увеличения инжекции катодным (управляющим) переходом тиристора. При этом за счет добавки _nI_у собственный ток коллекторного перехода П2 в точке переключения будет меньше, чем при I_у =0, то есть будет достигаться при меньших напряжениях Uна тиристоре (рис.5).

Обратная ветвь ВАХ тиристора подобна обратной ветви ВАХ полупроводникового диода, так как при подаче на тиристор обратного напряжения все три перехода будут заперты.