Диодный тиристор

Диодный тиристор, или динистор, (рис.2), имеет три электронно-дырочных перехода и два вывода. Крайние области структуры называют эмиттерами (Э), а примыкающие к ним р-n-переходы называют эмиттерными переходами (ЭП). Средние области называют базами (Б), а р-п-переход, между ними называют коллекторным переходом (КП). Контакт к внешнему n-слою называют катодом (К), а контакт к внешнему p-слою называют анодом (А).

Четырехслойную структуру можно рассматривать как совокупность двух транзисторов типа п-р-п и р-п-р.

Рис. 2

Если на анод динистора подать положительное напряжение, то оно перераспределится между тремя р-п-переходами (рис. 2,). При этом на эмиттерные переходы будет подано прямое напряжение, а на коллекторный переход — обратное. Вследствие этого в структуре возникает поток электронов 1, перемещающийся из электронного эмиттера (Э_t) через дырочную базу (Б₁) и коллекторный переход в электронную базу (Б₂), и поток дырок 2, перемещающийся из дырочного эмиттера (Э₂) через электронную базу (Б₂) и коллекторный переход в дырочную базу (Б₁). При этом некоторая часть носителей заряда рекомбинирует в соответствующих базах, поэтому через коллекторный переход протекают потоки

α₁ i₁ и α₂ i_2,

где α₁ и α₂ — интегральные коэффициенты передачи токов. К коллекторному переходу приложено обратное напряжение, поэтому через него протекает ток, обусловленный экстракцией неосновных носителей заряда из прилегающих областей и генерацией носителей заряда в самом переходе (потоки 3 и 4). Ток, создаваемый этими потоками, обозначим I_ген. Тогда полный ток через коллекторный переход будет равен

В последовательной структуре протекает одинаковый ток, поэтому i = i₂ = i₁. Следовательно

Если напряжение на коллекторном переходе таково, что в нем происходит лавинное размножение носителей заряда, то все слагаемые тока через коллекторный переход необходимо умножить на коэффициент лавинного размножения М, тогда

M – Коэффициент лавинного размножения.

Рисунок 3 - Вольтамперная характеристика динистора

Участок ОА - соответствует закрытому состоянию динистора. С ростом напряжения и коллекторный переход расширяется, его объем увеличивается и возрастает ток I_ген.. По мере приближения к напряжению и_вклувеличиваются интегральные коэффициенты передачи тока а₁ и α₂, возникает лавинное размножение носителей заряда и появляется положительная обратная связь.

Напряжением включения и_вклназывают такое напряжение, при котором дифференциальное сопротивление динистора du/di становится равным нулю. Для нахождения этого напряжения продифференцируем уравнение с учетом того, что М зависит от напряжения и, а коэффициенты а₁ и а₂ — от тока. После дифференцирования получаем

Выражения в круглых скобках в числителе являются дифференциальными коэффициентами передачи токов эмиттеров:

Пренебрежем первым слагаемым в знаменателе, так как ток I_ген слабо зависит от напряжения. Тогда можно записать

Следовательно, включение наступит при условии

Участок АВ. На этом участке рост тока сопровождается уменьшением напряжения, то есть участок АВ обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. При достижении точки В все три перехода оказываются смещенными в прямом направлении. Точке В соответствует ток удержания I_уд.

Участок ВС. Этот участок соответствует открытому состоянию динистора, при котором все три p-n-перехода имеют прямое включение и динистор можно рассматривать как три диода, включенных последовательно. Величина тока при этом определяется объемным сопротивлением структуры. Максимальная величина тока, который может пропустить динистор в этом режиме, определяется площадью переходов и условиями их охлаждения.

Участок OD. При подаче на анод отрицательного напряжения коллекторный переход оказывается смещенным в прямом направлении, а эмиттерные переходы — в обратном. Через динистор протекает небольшой обратный ток.

Участок DE. На этом участке обратный ток динистора резко увеличивается, что обусловлено лавинным пробоем одного из эмиттерных переходов.