Лекция Многослойные силовые приборы

Лекция 4. Многослойные силовые приборы.
План:

1. 
   Силовые тиристоры, динисторы и симисторы.
   
2. 
   Принцип их работы.
   
3. 
   Статические и динамические характеристики.
   

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более p-n-переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Традиционным типом тиристора является кремниевый управляемый вентиль (англ. SCR - Silicon Controlled Rectifier). Характерной чертой такого тиристора является неполная управляемость, так как его можно включить, т.е. перевести в проводящее состояние управляющим сигналом, а для выключения необходимо обеспечить спад его прямого тока до нуля. Поэтому в отечественной литературе он иногда назывался однооперационным тиристором. Структура традиционного тиристора стала базовой для его дальнейшего развития. В результате в настоящее время существует много видов тиристоров, значительно отличающихся по управляемости и другим характеристикам от традиционного, который продолжает успешно использоваться во многих областях техники. В дальнейшем мы будем называть этот вид приборов просто тиристором, а новые их разновидности — с использованием дополнительных общепринятых терминов или аббревиатур при отсутствии соответствующих русскоязычных аналогов. Тиристор имеет четырехслойную р-п-р-п-структуру с тремя выводами: анод (Л), катод (С) и управляющий электрод (G) (рис. 4.1). Структуру тиристора можно представить в виде двух соединенных трехслойных структур р-п-р и п-р-п, эквивалентных биполярным транзисторам. В этом случае анодный ток тиристора i_A может быть выражен через обратные токи (тепловые токи коллекторных переходов) эквивалентных транзисторов VT1 и VT2. Ток i_A резко возрастает благодаря положительной обратной связи между током коллектора i_Ci транзистора VT и током базы i_B2 транзистора VT2. Увеличение тока управления тиристора i_c приводит к включению транзистора VT2 и, соответственно, к увеличению тока базы транзистора VT1, и также к его включению.
Статические и динамические характеристики тиристора. Тиристор способен выдерживать как прямое, так и обратное напряжение, не переходя в проводящее состояние. Он проводит прямой ток при подаче на него эквивалентная схема замещения прямого напряжения и импульса тока управления. Выключение тиристора происходит после спадания прямого тока тиристора до нуля и восстановления его запирающей способности.
На рис.4.2, б представлено семейство выходных статических ВАХ тиристора при разных значениях тока управления I_G. При нулевом токе управления тиристор выдерживает максимальное значение прямого напряжения, при увеличении I_G прямое напряжение снижается. На рис. 4.2, 6 участок I соответствует выключенному состоянию тиристора при приложении прямого напряжения, ветвь II — включенному состоянию, участок III процессу включения, а ветвь IV определяет ток утечки под действием обратного напряжения. При u_ACR> U_B возникает пробой тиристора.
Входные статические ВАХ представляют зависимости тока управления от напряжения на управляющем электроде (рис. 4.2, в). Зависимость 1 соответствует максимальной допустимой рабочей температуре тиристора, а характеристика 2 — минимальной температуре. Включение тиристора происходит при превышении минимальных значений I_Gmin, U_GCmin. Существуют ограничения по току управления, напряжению и мощности — максимальные допустимые значения I_Gmax, f/_GCmax, P_Gmax, допустимая мощность зависит от длительности сигналов управления. Нагрузочная характеристика (прямая 3 на рис. 4.2, в) должна находиться в пределах указанных ограничений. На длительность переходного процесса при включении тиристора значительно влияют характер нагрузки и ее мощность, а также амплитуда.