1. Максимальное прямое напряжение на диоде, вызываемое напряжением включения UВКЛ (рис. 5.3) и определяемое как напряжение, при котором .
2. Ток включения IВКЛ, определяемый как максимальный прямой ток через диод в закрытом состоянии, выше которого тиристор переключается в открытое состояние.
3. Напряжение выключения UВЫКЛ – минимальное напряжение на диоде в открытом состоянии.
4. Ток выключения IВЫКЛ – минимальный ток через диод, находящийся в открытом состоянии.
5. Остаточное напряжение UОСТ, т.е. падение напряжения на диоде в открытом состоянии при максимально допустимом токе через диод.
6. Максимально допустимый ток Iмакс – максимальное значение тока в открытом состоянии, при котором обеспечивается заданная надежность прибора.
К диодным тиристорам относятся, например, приборы КН1О2А, Б, В.
5.1.2. Триодные тиристоры
Из вольт-амперной характеристики четырехслойного диода можно сделать ряд выводов о способах изменения характеристики и параметров диода. В частности, изменение зависимости α = f(I) при прочих неизменных условиях привело бы к изменению напряжения включения и других параметров диода.
Если осуществить невыпрямляющий контакт с одной из базовых областей четырехслойного диода, то, подавая небольшое положительное смещение на соответствующий эмиттерный переход, можно изменить ток, протекающий в одном из условных транзисторов, т.е. ток через диод и зависимость α от общего тока. Это приведет к изменению напряжения включения и даст возможность управлять параметрами диода, меняя смещение на управляющем электроде. Для уменьшения величины управляющего тока, являющегося рекомбинационным током, необходимо повысить коэффициент переноса для соответствующей базы, т.е. сделать ее такой, чтобы ширина базы Wб была много меньше диффузионной длины электронов Ln. На рис. 5.4, а схематически показана такая четырехслойная структура с управляющим электродом.
а б
Рис. 5.4
На рис. 5.4, б представлено семейство вольт-амперных характеристик управляемого четырехслойного диода, полученное для различных токов Iб через управляющий электрод. С ростом прямого управляющего тока величина напряжения переключения падает. При некотором критическом значении тока базы, называемом током спрямления Iб спр, исчезает участок с отрицательным сопротивлением, прибор включается, минуя запертое состояние. В этом случае уже при малом общем токе через четырехслойный диод суммарное значение α достаточно велико.
Триодные тиристоры характеризуются следующими основными параметрами:
1. Напряжение переключения (постоянное или импульсное) – десятки – сотни вольт.
2. Напряжение в открытом состоянии UОСТ – 1…3 В.
3. Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности – единицы – тысячи вольт.
4. Неотпирающее напряжение на управляющем электроде – наибольшее напряжение на управляющем электроде, не вызывающее отпирания тиристора – доли вольта.
5. Отпирающий ток управления – наименьший ток управляющего электрода, необходимый для включения тиристора – десятки миллиампер.
6. Максимальная скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии – десятки-сотни вольт за микросекунду.
7. Время включения tВКЛ – время от значения 0,1 амплитуды нарастания отпирающего импульса до момента 0,9 амплитуды импульса тока в открытом состоянии – единицы – десятки микросекунд.
8. Время выключения tВЫКЛ – минимальное время, в течение которого к тиристору прикладывается запирающее напряжение – десятки – сотни микросекунд.
В настоящее время разработаны тиристоры на токи в сотни ампер и напряжения свыше 1000 В. Они используются в качестве коммутаторов тока, в инверторах, в выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением. Маломощные быстродействующие тиристоры используются в различных релаксационных схемах.
Примеры триодных тиристоров: 2У101А, Б; КУ202Д; 2У207А, Б.
5.1.3.Симметричные тиристоры (симисторы)
Симметричный тиристор – это тиристор, который при подаче определенной величины питающего напряжения на анод и катод переключается, независимо от того, какова полярность приложенного напряжения.
Один из вариантов симисторной структуры изображен на рис. 5.5. Ее можно представить состоящей из отдельных элементарных структур.
Рис. 5.5 Рис. 5.6
На рис. 5.6 изображена p-n-p-n-структура, отличительной особенностью которой является выведение базового p2-слоя к металлическому контакту. В результате эмиттерный переход П3 шунтируется.
Для прямого анодного напряжения переходы П1 и П3 оказываются под прямым, переход П2 – под обратным напряжением; при этом переход П3 при малых токах через структуру практически не инжектирует электроны в базовую p2-область. Прямое напряжение на переходе П3 определяется падением напряжения на радиальном сопротивлении p2-базы. Если это падение напряжения Uб > U0 – напряжение отсечки ВАХ p-n-переход П3, то работает трехслойная p1-n1-p2 структура; при Uб < U0 имеем обычную тиристорную p1-n1-p2-n2-структуру. Изменяя параметры структуры, протяженность эмиттерной области Ln и базовой области Lp, выходящей к контакту, а также ширину и удельное сопротивление p-базы, иначе говоря, меняя радиальное сопротивление этой области, можно регулировать ток включения структуры с зашунтированным эмиттером. На основе рассмотренной элементарной структуры разработаны симметричные ограничители напряжения, которые представляют собой пятислойную n-p-n-p-n-структуру с зашунтированными крайними p-n-переходами (рис. 5.7).
Рис. 5.7
Если к электродам прибора приложено напряжение с полярностью, указанной на рис. 5.7 в скобках, то переход П4 заперт и не оказывает влияния на работу прибора. При подаче напряжения, которое больше напряжения переключения p2-n2-p1-n1-структуры, ток протекает через правую часть прибора. При обратной полярности приложенного напряжения (без скобок на рис. 5.7) работает левая p1-n2-p2-n3-структура, а переход П1 заперт.
Таким образом, такая пятислойная структура с зашунтированными эмиттерными переходами имеет ВАХ с участком отрицательного сопротивления как на прямой, так и на обратной ветви (рис. 5.8) и позволяет переключать ток любого направления.
Рис. 5.8
Современная технология позволяет получить структуры n1-p1-n2-p2 и p1-n2-p2-n3 с минимальным разбросом электрических параметров. Это, в свою очередь, определяет симметрию ВАХ относительно начала координат, т.е. обеспечивает равенство напряжений переключений обеих структур, их токов удержания и включения. При этом в проводящем направлении прибор имеет такое же сопротивление, как и обычная p-n-p-n-структура. Симметричный ограничитель напряжения, основу которого составляет рассмотренная структура, может быть открыт либо за счет подачи на электроды напряжения, превышающего напряжение включения, либо за счет эффекта dU/dt.
Основное назначение ограничителей напряжения – защита управляемых p-n-p-n-структур от коммутационных перенапряжений. Используются эти приборы также в качестве разрядников в электронных устройствах.
Вообще говоря, на основе n-p-n-p-n-структуры с зашунтированными эмиттерами можно получить и управляемые приборы. Так, если УЭ присоединить к широкой n2-базе, то прямой ветвью ВАХ можно управлять, подавая отрицательный по напряжению относительно нижнего электрода сигнал. Включение прибора в обратном направлении осуществляется за счет подачи отрицательного относительно верхнего электрода напряжения на УЭ. Однако приборы с таким управлением пока не нашли распространения по следующим причинам:
1). Присоединение УЭ к широкой базе диффузионной структуры в условиях серийного производства – трудновыполнимая операция;
2). Прибор должен иметь две операции управления – одну для прямого, другую для обратного направления;
3). В нерабочий период к каждой из цепей управления прикладывается напряжение структуры.
К симметричным тиристорам можно отнести, например, приборы 2У208А...Г.
.
