Лабораторная работа 3

Тема: Исследование полупроводникового тиристора.

Цель: Экспериментальное получение характеристик тиристора.))))))))

Приборы и элементы:

• управляемый тиристор KY1018;

• источники постоянной ЭДС;

• амперметр;

• вольтметр;

• мультиметр;

• потенциометр;

• резисторы.

Теоретические сведения:

Тиристоры – это полупроводниковые приборы, имеющие три и более последовательно образованных p-n-переходов.

Тиристоры подразделяются на диодные и триодные. Диодные имеют два вывода и называются динисторами (или переключающими четырехслойными неуправляемыми диодами), триодные имеют три вывода и называются тринисторами (или переключающими четырехслойными управляемыми диодами).

Д инисторы.

Динистор имеет три p-n-перехода, причем два из них (П1 и П3) работают в прямом направлении, а средний переход П2 – в обратном. Крайнюю область p называют анодом, а крайнюю n-область – катодом.

Тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из двух транзисторов Т1 типа n-p-n и Т2 типа p-n-p. Получается, что переходы П1 и П3 являются эмитерными переходами этих транзисторов, а переход П2 – коллекторным для обоих транзисторов. Область базы Б1 транзистора Т1 является одновременно коллекторной областью К2 транзистора Т2, а область Б2 транзистора Т2 является коллекторной областью К1 транзистора Т1. Следовательно, является , а является .

Если рассматривать только один переход П2, который работает в обратном направлении, то здесь имеет место только небольшой обратный ток, вызванный перемещением через переход неосновных носителей заряда, которых мало. При наличии переходов П1 и п3 через П2 проходят два дополнительных тока: и . Они являются обратными токами коллекторных переходов транзисторов Т1 и Т2. Эти токи будут тем больше, чем больше количество неосновных носителей инжектируют из эмиттерной области в базу. Чем больше прямое напряжение на эмиттерном переходе, тем больше неосновных носителей приходит к коллекторному переходу, тем больше будут и . Напряжение на коллекторном переходе становится меньше, так как при увеличении уменьшается сопротивление коллекторного перехода.

Таким образом в тиристоре через переходы П1 и П3, которые работают в прямом направлении, инжектируются неосновные носители заряда в области, примыкающие к переходу П2 и уменьшают его сопротивление.

ВАХ показывает, что происходит в тиристоре при повышении приложенного к нему напряжения.

Сначала ток невелик и растет медленно, что соответствует участку ОА характеристики. В этом режиме тиристор можно считать закрытым.

На сопротивление коллекторного перехода П2 влияют два взаимно противоположных процесса.

С одной стороны, под влиянием обратного напряжения на этом переходе увеличивается сопротивление, так как переход П2 обедняется основными носителями.

С другой стороны, увеличение прямых напряжений на П1 и П3 усиливает инжекцию неосновных носителей, которые подходят к переходу П2, обогащая его и уменьшая его сопротивление.

До точки А перевес имеет первый процесс и сопротивление растет.

Около точки А, при некотором напряжении Uвкл., влияние обоих процессов уравновешивается, а затем даже ничтожное повышение подводимого напряжения создает перевес второго процесса и сопротивление перехода П2 начинает уменьшаться. Тогда возникает лавинообразный процесс быстрого отмирания тиристора.

Участок АБ характеристики резкому возрастанию тока даже при уменьшении напряжения.

Участок БВ характеристики соответствует режиму, когда прибор открыт: большой ток при малом напряжении. Общее напряжение на открытом тиристоре обычно не превышает несколько вольт и, следовательно, тиристор в этом состоянии имеет малое сопротивление.

Диодный тиристор характеризуется максимально допустимым значением прямого тока Imax (точка В), при котором на приборе будет небольшое напряжение Uоткр. Если ток через прибор уменьшать, то при некотором значении тока, называемом удерживающим током Iуд., ток резко уменьшается, а напряжение резко повышается, то есть прибор переходит скачком обратно в закрытое состояние.

Характерными параметрами диодного тиристора являются:

• Ток включения Iвкл.

• Удерживающий ток Iуд.

• Напряжение в обратном состоянии Uоткр.

• Максимальное допустимое значение прямого тока Imax

• Время включения tвкл.

• Время выключения tвыкл.

• Общая емкость Собщ. Между основными электродами.

Условное обозначение динистора:

Тринисторы.

Если от одной из базовых областей сделать вывод, то получается управляемый переключающий прибор, который называется тринистором. Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать значение Uвкл. Чем больше ток через такой управляющий переход Iу, тем ниже Uвкл.

О сновные свойства триодного тиристора отражаются его ВАХ для различных токов управляющего электрода Iу. Чем больше Iу, тем сильнее инжекция носителей от соответствующего эмиттера к среднему коллекторному переходу и тем меньше требуется напряжение на тиристоре для отпирания тиристора.

Тиристор с выводом от р-области называется тиристором с управлением по катоду, так как управляющим электродом является базовая область р, ближайшая к катодной области n.

П ри подаче прямого напряжения управляющий электрод на эмиттерный переход тринистор отпирается, если напряжения источника Е достаточно.

На рис. показана схема включения триодного тиристора с выводом от р-области.

Обычные триодные тиристоры не запираются с помощью управляющей цепи, и для запирания необходимо уменьшить ток в тиристоре до значения ниже Iуд.

Однако существуют запираемые триодные тиристоры, которые запираются при подаче через управляющий электрод короткого импульса обратного напряжения на эмиттерный переход.

Существуют также симметричные тиристоры или симисторы, имеющие структуру n-p-n-p-n или p-n-p-n-p.

Структура симистора показана на рис. Симисторы отпираются при полярности напряжения и проводят ток в оба направления. При полярности напряжения «-» и «+» работает левая половина прибора, при обратной полярности ток течет по правой половине.

Ход работы: