Двоелектродні тиристори (диністори)

Тиристор – це электроперетворювальний напівпровідниковий прилад з трьо-ма або більше р-п- переходами, що має два стійки стани, і вольт-амперна характе-ристика якого має ділянку з від’ємним диференційним опором.

Двоелектродний тиристор (диністор) – це тиристор, що має два зовнішніх ви-води (анод і катод). Диністор являє собою напівпровідниковий прилад, що скла-дається з чотирьох областей з провідностями р- і п- типу, які послідовно чергу-ються (рис. 4.1). Крайні області р₁ і п₂ називаються емітерами, а середні р₂ і п₁ − базами.

Як видно, він має три р-п- переходи, причому два з них П1 і П3 (називають емітерними) зміщені у прямому напрямку, а середній перехід П2 (колекторний) – у зворотному напрямку. Крайню область р називають анодом, а крайню область п – катодом.

Як правило, тиристори виготовляють з кремнію, причому емітерні переходи можуть бути сплавними, а колекторний перехід виготовляють методом дифузії. Концентрація домішок в базових (середніх) областях значно менше, ніж в емітер-них (крайніх) областях.

При відсутності зовнішньої напруги (Е_А = 0) в р-п- переходах диністора вини-кають потенційні бар'єри ∆_к01, ∆_к02, ∆_к03 (рис. 4.1, а). Якщо до диністора прик-ладена пряма напруга U_{А ПР} < U_{А ВМИК} (рис. 4.1, б), то переходи П1 і П3 зміщаються в прямому, а П2 – у зворотному напрямку. Висота потенційних бар'єрів П1 і П3 зменшується. Дірки інжектуються з емітера р₁ в базу п₁, а електрони з емітера п₂ в базу р₂. Електричним полем переходу П2, який зміщений у зворотному напрямку, дірки з бази п₁ виводяться в базу р₂, а електрони – з бази р₂ в базу п₁ (явище екст-ракції). Наявність в базах п₁ і р₂ додаткових основних носіїв зарядів ще більше зменшує висоту потенційних бар'єрів переходів П1 і П3. Це викликає додаткову інжекцію дірок та електронів через переходи П1 і П3. Зі збільшенням прямої на-пруги U_{А ПР} відбувається поступове насичення баз п₁ і р₂ основними носіями заря-дів і зменшення їх опору. При певному значенні U_{А ПР} ≥ U_{А ВМИК}, процес приймає лавиноподібний характер. Різко зменшуються опори областей п₁ і р₂ і перехід П2 відмикається. Струм І_{А ПР} збільшується, а напруга U_{А ПР} зменшується. На вольт-амперній характеристиці з'являється ділянка з від’ємним диференційним опором – ділянка 1−2 (рис. 4.1, в). Диністор відкривається – переходить з закритого стану (ділянка 0−1) у відкритий (ділянка 2−3). При цьому опір диністора різко зменшу-ється і падіння напруги на ньому становить U_{А ПР} = 0,5…1В. Інша напруга джере-ла Е_А падає на обмежувальному резисторі R_А (рис. 4.1, б).

Таким чином, диністор може перебувати у двох станах: вимкненому, або за-критому, яке характеризується значним падінням напруги на диністорі та проті-канням малих струмів через нього, тобто великим опором, і увімкненому, або від-критому, яке характеризується малим падінням напруги на диністорі та протікан-ням значних струмів через нього, тобто малим опором.

Для вимикання диністора необхідно зменшити прямий струм до значення І_{А ПР} < I_{А УТР}, (де I_{А УТР} – струм утримання – мінімальний прямий струм, при якому диністор ще залишається в увімкненому стані) або подати на прилад напругу зво-ротної полярності.

ВАХ динистора показана на рис. 3.3.

Рис. 3.3. ВАХ динистора

На цій характеристиці можна виділити кілька характерних ділянок:

· Між точками 0 і 1 знаходиться ділянка, відповідний високому опору приладу - пряме замикання.

· У точці 1 відбувається включення тиристора.

· Між точками 1 і 2 знаходиться ділянка з негативним диференційним опором.

· Ділянка між точками 2 і 3 відповідає відкритому стану (пряма провідність).

· У точці 2 через прилад протікає мінімальний тримаючий струм.

· Ділянка між 0 і 4 описує режим зворотного запирання приладу.

· Ділянка між 4 і 5 - режим зворотного пробою.