книги из ГПНТБ / Багинский, Б. А. Импульсная техника на четырехслойных приборах учеб. пособие

чений (

усилительный резвы; } на линии нагрузки М Н

( тонн 1иг,Іи }іІчп

и т .д .),

которым соответствуют значительные падения

напряжения в прибо­

Кроме того,

связь

нарастающего к убывающего коллекторного токов с соот­

ветствующими

базовыми токами

( le, , l s ti 15j

и т.д») приводит к замет­

ной инерционности

в действии

прибора, что связано

с накоплением п рас­

сасыванием' зарядов

в базе. Если из характеристики

прибора исключить

кой характеристики является то, что

при увеличении

напряжения до неко­

торого значения (У,;*,,(напряжении переключения)

ток в

приборе

очень мал,

а затеи скачком возрастает. При этом рабочая

точка

перемещается по гео­

метрическому месту, близкому к линии нагрузки MN , от точки

А до полного

значения тока, соответствующего точке С на участке

крутого

подъема

вольтаішериоіі характеристики.Наклон

/Ѵ/У определяется сопротивлением

во внешней цепи. Если использовать

регулируемый источник тока,то ыонно

ветви характеристики AB, которой отвечает отрицательное дифференциаль­

ное сопротивление прибора.

Первые промышленные образцы тиристоров были выпущены в конце 195?

года фирмой Дненерал

Электрик, .Cll'u В СССР первые тиристоры были разра­

ботаны в 1959-1960 г»

За прошедшие годы ат е приборы бьшн значительно

j

усовершенствованы, появились новые кодификации, расширился диапазон pa-

j

бочих ларакетровс Это обгоняется

целым рядом важных преимуществ, при-

|

о д ах полупроводниковым приборам?

малые удельные габариты и вес,

высо­

кий к«п*д., высокая механическая прочность, большой срок слунбы, срав­

нительно большой интервал рабочих температур ( от (-50-60)° до* (

І00гі50)°£

в зависимости от типа), мгновенная готовность к работе, высокие динами-

j

ческие параметры, характеризующие быстродействие и др, Кроме этого,ти-

ристоры.явлшощиеся по своему принципу приборами ключекого действия, вы­

годно отличаются, например, от транзисторов, значительно большими до­

пустимыми напряжением и током и моиьшей мощностью,

необходимой для уп­

равления. Вое это предопределило большой интерес к ним со стороны силь-

!

но—точной электротехники (основіше элементы выпрямителей, инверторов,

|

преобразователей частоты, генераторов мощных импульсов). Вместе о тем,

j

тиристоры небольшой мощности с успехом используются в различных генера-

j

торах и преобразователях сигналов,

логических схемах и импульсных year—

ройствах, где все больше конкурируют с другими приборами,

. К настоящему времени разработаны различные типы многоолойных

управ­

ляемых приборов, обладающих вольтамперной характеристикой с участком

і

отрицательного дифференциального сопротивления.

j

‘ По "аналогии с электровакуумными такие приборы

имеют анод,

катод,

j

управляющие электроды и подразделяются;

ным напряденном определенного порогового значепия -

диодные одно-

направленные тиристоры или динисторы;

б)

приборы с

тремя электродами -

триодные

тиристоры -

хршшсторы,

открывающиеся в прямом направлении' при подаче

запускающего им­

пульса на управляющий электрод;

в)

приборы ,

управляемые

светом

( диодные и триодные фототиркоторн),

отпирающиеся в прямом направлении при облучении прибора световым

.

потоком определенной величины. Напряженно переключения этих при­

боров находится в обратной зависимости от величины светового по­

тока«.

Триодные пютотиристоры в

отличие

0т-,-диодіш.х имеют три вы­

вода и

могут использоваться как

обычные '"'тиристоры ,

т .о ,

отпи­

раться в прямом направлении при импульсе па управляющий электрод;

г)

двухоперационные

или полностью управляемые тиристоры.

Они имеют

три вывода: анод, катод и управляющий электрод. Прибор отпирает­

ся в прямом направлении подачей

положительного импульса и

зади­

рается

подачей отрицательного

импульса

.в цепь управляющего

электрода;

. . . . . .

д)

тетродные

тиристоры -

тетристоры

или бшшеторы, Имеют

четыре

вывода: анод , катод и два управляющих электрода. Прпобр отпи­

рается в прямом направлении при-подаче полоыительцого импульса

ка одип управляющий электрод или отрицательного на другой ,

что

делает управление прибора более гибким; .

в)

тетродные фототирнсторы

или фототетристоры,

Этим приборам при­

сущи

все

черты тетродішх тиристоров

( Л электрода я т .д .) ,

но кроне этого,

тетродные фототирнсторы могут отдираться в

пря­

ном направлении

при

облучении

прибора

. световым

потоком

,

соответствующей велачшш;

к)

приборы о

пятислойной

структурой р-п-р-п-п

- .двунаправленные

( симметричные } ключи -

симыисторн ,

которые могут запираться ■

или отпирать ток

в обоих направлешшх , причем отпирание ш ает

происходить„по аноду-" (диодішѳ ключа },

Или "по управляющему

электрода"( триодные ключи).

Общей чертой всех названных приборов является регенератив­

ный йроцоес отпирания, который обусловлен внутренней полояительпой

бор является

однозначной функцией напряжения па приборе 1 - j

(U),

поэтому в эквивалентную схему такого

прибора вводят

отрицатель-

ную нроводимость& =

: - j l L

Сюда относятся

туннельные

и

â U

обращаішые диоды, н др.

У приборов 2 класса напряжение является однозначной функ­

цией тока U ~

( I ) ,

поэтому определяющим является отрицательное

сопротивление -■? =

шш относятся тпристорм,

/V

-

транзисторы, диоды с двойной базой и др.

h

+ 1" + j-

©—

U , { r j r |

p } l p

-Л-—Qf«

j?'©—H -

fcio17 n,-!0's

^ t é ? hj-io’

W,

, Vh

■ Рис. 2.

(

рех его слоях р{ , nJ4

рг , п4.

Они создаются

путем диффузии в ис­

ходный монокристалл п-ироводішости вначале акцепторной примеси

(алюминий, бор и й і .) ,

образующей слои р, и р

,а затем донорной при­

меси (папрпиер, фосфор), образующей парушшй слой П2„

Технология производства тиристоров предусматривает получение

различной мирніш отдельных слоев, причем, ширина

базы я 4 у некото­

рых приборов намного больше ширины других слоев,

что определяет не­

которые ванные особенности работы.

При сообщении динистору положительного (прямого) напряжения,

когда анод А (слой р ,)

нолонитслон, а катод К

(слой лг) отрицателен,

напряжение питания распределяется между тремя

его

р-н переходами П,,

Пд и IIj с полярность»,

указанной

на рис.2 ,а.

Переходы П. и П3 прибо­

на

зольташіерноіі характеристике (ри с.I,а) (малый

ток при относитель­

но

большом падении нанрпнення па приборе).

При увеличении напряжения,на структуре ток

через прибор воз­

световой), ударной ионизации iura лавинного умножения превышав? спо­

рость удаления носителей, Б результате потенциальный барьер коллек­

торного перехода Ilg частично или полностью ликвидируется; напряжение

на переходе, которое до "заиливания" было приблизительно равно нап­

ряжению на структуре,

падает до сравнительно малой величины и на

вольтампѳрной характеристике появляется участок отрицательного соп­

ротивления (р и с .І,а

AB),

Первоначальное увеличение тока в р-п-р-П структуре может Сыть

вызвано рядом причин,

например, умножением числа носителей заряда

в результате ударной ионизации в коллекторном переходе,'когда нап­

ряжение на нем достигает необходимой величины, Это умножение увели­

чивает ток основных носителей,’ поступающих в базы (электронов-в ба­

зу п, и дырок - в базу

рг) .

Заряжая базу П,отрицательно,а

базу р£

полонительне, основные носители попинают потенциальные барьеры пере­

ходов П( и П3,что приводит к увеличению токов Іри

І„ . Часть

этих тел­

ков, достигая перехода П3, участвует в образовании электронно - ды­

рочных' пар и увеличешгай тока, протекающего через прибор. Напряжение

на приборе U

равно сумме падений напряжений на р-п -

переходах

j

На, + Цп&+

Ып3 »При "заллывании" происходит перераспределение

;

этих напряжений.Напряжение на переходе Пе уменьшается, а на эмиттер-

ных переходах несколько увеличивается.

Возникает

ответное

увеличешіе

'

тока эмиттеров н происходит дальнейшее

развитие

процесса

"заилива­

ния" даже после

того,

как напряжение на переходе

Пг уменьшится на­

столько, что умножение прекратиться. Такіш образом, в р-п-р-я струп?-

j

туре существует явно выраженная обратная связь по току, которая уси-

•

ливается с началоы "замывания" коллекторного перехода.

Процесс,

если

он не ограничен во внешней цепи никакими условия­

ми, развивается лавинообразно, и в результате происходит быстрое пе-

'

реключение в

состояние

высокой проводимости (ри с.І,а

БД),

характе­

ризуемое малой величиной напряжения на приборе, приблизительно рав­

ной напряжению на эшіттериых переходах»

Ветчина

этого

напряжения

при этом такова, что ток эмиттеров в состоянии поддерживать низкое

напряжение на переходе Пг ,

При уменьшении тока ниже некоторого критического значения (нап­

ример, путем увеличения ограничительного сопротивления во внешней

цепи), когда

эмиттерный

ток

не может поддержать

коллекторный пере-

j

ход в состоянии "замывания", процесс развивается в обратном порпд-

j

ва а происходит обратное переключение в состояние низкой проводимостиJ

Основный механизмом, Приводящим в появлению положительной обрат-

|

аой связи является нарушение нейтральности баз,которое

вызывается__

1

г - г .

ндрушіиё нвіітлы іосга в базах.

PaocMuTpi-ш токи, проходящие через прибор рис.2,6.

Уход..!»;'. мороз открі!Г .лер ^лод tft . в басу

nt

поток дырок,

o'"у —

.... с-i дпрочнул еоотав.'Мілцум омпттернегб тока Ір.

Небольно’-!

поток

элект­

ронов, лыходяаих и..

;зц- П/ .ч..з.\шттеу!ШЙ-слоіі р

.обрпзуэт

олектрои-

нуа. иоохавлішим »инттвриого тока 1*п

Аналоги кію,

ч0реа''откііи$ыіГнеренѳд 'й^ входит

з базу Рг здекг-

ршшая составляющая

эииттерпого тока.І й

эмиттерный слой

п2

уации носителей в зшіттсрах, то составіЬІ^івдйЬка .:!!, й

Г^,’по сравне­

нии

с

I« п Ір можно прсііеброЧі.^В си'Йу-'ішіірерьшііости

'."ока можно іани-

С-іТЪ,

ЧТО

_

■у... . г..’ _■л-

к-.:-

if -

Т.1 =1» .

■ ,

.

(I

“

I)

Где

I

- ток

источника

ішташаи- ' /V ‘

'•

:

•' V

Чисть прочного потока, зыосдыая через

зі,шттер;щі!

переход П,

и базу

й, (рис.2,6), рекомбинирует с.электронами, образуя

при атом

рскокбинавдоинуи составляющую .дырочного тока

т? (£ --4')»

а

остальная

лом перехода і;2 ,

являюишея для и р 6 к ;ускоряющий,; и уходит в слой р2 ,

образуя транзитку»

окставдяьоди. дырочного .потока Ір -dp. Аналогично

I n ( l- J a ) - рекомбинационная ‘eoc’iавлпйцян злектропого тока,

а / , т у п ­

ого транзитная иоотнв.тоцаь. іМцоэгхелп dp и dn представляет

собой

коэффициенты дсрсдйчи диаочн0і,ё-..ц 'адентрбного. токов через базы п,

к

■ •• -■

. - V- . • : - .

Кроне зарядов, вносимых ь •каздукгіізхбц-.-;цшщетора ревомбинащіон-

нымп ::.транзитными еоетаклшлзірИ'лчзкйв, з общем балансе сарядев в

ба­

зах принимаит участии ноосповтю

носители, переносимые полем в коллек­