Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Каглод
jW
Катод
о
1а
It
вг
п
Управляющий- j
\ Р
электрод
Р
п
п
Кд
к
Управляющий
электрод
Ibi 'Iqz
рпр
[а?
*
Инод
1в1'1сг
Анод
рпр
Ic~*Ia+Ico
\1вя0~<*)1е~1со
о
в
Рис. 9. Двухтранзисторная модель триодного тиристора (а), соединение
траи-висторов (б) и соотношение токов в р - п - р-транзисторе (в) [2].
212
Глава 4
ведена на рис. 9, б, где /со - обратный ток насыщения перехода коллектор-
база. Аналогичные соотношения можно получить для "-р-"-транзистора при
изменении направления токов на противоположное. Из рис, 9, б следует, что
коллекторный ток п-р-"-транзистора является одновременно базовым током р-
п-р-транзистора. Аналогично коллекторный ток р-п-р-транзистора и
управляющий гок Ig втекают в базу "-р-п-
транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления
в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный
процесс.
Ток базы р-п-^-транзистора равен
ABi = (i ai) f а - Icoi' (8)
Этот ток протекает также через коллектор п-р-п-транзистора. Ток
коллектора п-р-"-транзистора с коэффициентом усиления а2 равен
1с-2 - К 4" 4'02- (9)
Приравняв 1т и 1СЪ получим
(1 - а*) IА - IC01 = a.2IK -j- IC02.
Так как IK - IA-\-Ig, то из формулы (9) следует
4~ /срг Ч~ I
1 - ("х + аг)
Ниже показано, что ах и а2 зависят от 1А и обычно растут с увеличением
тока. Уравнение (10) описывает статическую характеристику прибора в
диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как
р-i-"-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения
(10) малы, следовательно, пока член (аг -f'a2) < 1, ток 1А мал. Если аЛ -
f.
а2 = 1, знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой
(или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность
напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J
3 будут смещены в обратном направлении, а J2-в прямом. При таких условиях
пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только
центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.
Ширина обедненных слоев и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в
режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 10. В
равновесии обедненная область каждого перехода и контактный потенциал
определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено
положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном
направлении, а переходы J1 и J3 - в прямом. Падение
Тиристоры
213
Рис. 10. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения.
а - состояние равновесия; б - закрытое состояние, когда большая часть
приложенного напряжения падает на центральном переходе; в - открытое
состояние, когда все три перехода смещены прямо.
1 < ч п! х, г С \ У п! i ? н л ...... 1 Ь2 Л i \п2 'J
J! J2 J3
\ г~ \
V Г~ \
в
zr
~\r=-------Lr
= V
напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений
напряжения на переходах:
V1 "Г ^2+^3- (11)
По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и,
следовательно, увеличиваются ал и а3. Благодаря регенеративному характеру
этих процессов прибор в конце концов перейдет в открытое состояние. После
включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен
внешним сопротивлением нагрузки; в противном случае при достаточно
высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии
переход J2 смещен в прямом направлении (рис. 10, в), и падение напряжения
Vак ~ (^i - I ^21 + V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном
прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном транзисторе.
214
Глава 4
Переключение тиристора происходит при dVAK/dIA = 0. Обычно это условие
достигается раньше, чем (ctj -j- а2) = Г. Можно показать, что
переключение начинается, когда сумма малосигнальных коэффициентов
усиления достигает 1 [15}. Рассмотрим ситуацию, возникающую при
приращении управляющего тока Ig на величину A fg. Вследствие такого
приращения анодный ток получит приращение А1А, а приращение катодного
тока составит
А/к = А/л -j- A/g. (12)
По определению малосигнальные коэффициенты усиления равны
й'-ЧПГ^ lim 4т7' (13а)
а'А &1А-+0 шА
Нш . (136)
dl" л/^о У
Дырочный ток через переход J 2 равен а электронный ток
равен а2А1К. Приравняв изменение анодного тока изменению тока через J 2,
получим
М А = ахМ А + а2Мк. (14)
Подставляя выражение (14) в формулу (12), имеем
_____V-2 /1С\
Д Ig \-(аг + а2)'
Когда ах -J-а2 = 1, сколько угодно малое увеличение Ig приведет к потере
устойчивости прибора, так как, согласно выражению (15), любое возрастание
1Я вызывает неограниченное нарастание 1Л. Хотя при анализе в качестве
возмущения был использован управляющий ток, к тому же результату
приведет небольшое повышение температуры или напряжения.
Статический коэффициент усиления транзистора по току равен
аг = аг7, (16)
где ат - коэффициент переноса, по определению равный отно-
шению тока, дошедшего до коллектора, к инжектированному току, а 7 -
