Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
использовании дополнительного усилительного управляющего электрода [32]
(рис. 22, а). Эквивалентная схема тиристора с таким усилительным
электродом приведена на рис. 22, б. Когда на центральный управляющий
электрод подан небольшой запускающий ток, структура с усилительным
электродом, играющая роль запускающего прибора, включается гораздо
быстрее, так как ее продольные размеры невелики. Запускающий ток намного
больше исходного переключающего тока и обеспечивает
232
Глава 4
Управляющий Усилительный электрод управляющий
Рис. 22. Тиристор с усилительным управляющим электродом [32]. а -
конструкция; б - эквивалентная схема.
основному прибору более сильный возбуждающий ток. Увеличенный
возбуждающий ток расширяет область начального включения основного
тиристора.
4.3.5. Максимальная рабочая частота
При низких скоростях переключения тиристор в общем случае является более
эффективным ключом, чем биполярный транзистор. Поэтому тиристоры получили
широкое применение в области промышленного регулирования мощности, где
рабочие частоты обычно составляют 50-60 Га.' В последнее время
расширяется их применение в схемах с более высокими скоростями
переключения. Рассмотрим теперь максимально достижимые рабочие .частоты
тиристоров. т
Напряжение на выводах тиристора и протекающий через него во время
переключения ток приведены на рис. 23 [33]. Основным фактором, влияющим
на время включения и выключения тириг.
Тиристоры
23J
Рис. 23. Изменение токов и напряжений на выводах тиристора во время
переключения [33].
етора, является скорость изменения тока dl/dt в процессе включения и
выключения. В закрытом состоянии dlldt определяется главным образом
внешней цепью. Оптимизируя параметры этой цепи, необходимо ограничить
dlldt при включении (разд. 4.3.4). Время выключения рассмотрено в разд.
4.3.2. Скорость нарастания прямого падения напряжения на тиристоре dV/dt
после периода восстановления высокой проводимости ограничивается
емкостным током смещения.
Последний может вызвать увеличение коэффициента усиления п-р-"-
транзистора, достаточное для включения тиристора, раньше, чем к тиристору
будет приложено полное прямое напряжение, или раньше, чем поступит
запускающий сигнал на управляющий электрод. Такой эффект существенно
ослабляется при закороченном катоде. Время прямого восстановления равно
сумме трех указанных выше составляющих:
tfr~ Ipl(dl/dt) -j- /0ff 4* VBF/(dV/dt), (61)
где Ip - максимальный прямой ток, VBf - напряжение включения.
Максимальная рабочая частота определяется выражением
<62>
На рис. 24 приведено соотношение между временем выключения /0f{,
диффузионной длиной L и шириной W базы л1 в зависимости от времени жизни
неосновных носителей в области п\ для тиристоров с рабочими напряжениями
800 и 1100 В. Из рисунка видно, что в соответствии с выражением (48)
время /0ц прямо пропорционально Тр. Напряжение включения обратно
пропорцио-
234
Глава 4
toff
W]L LmkM Рис* 24. Соотношение между временем выключения t0\\,
диффузионной длиной L и шириной W базы "1 в зависимости от времени жизни
неосновных носителей в базе [33].
Тр,МКС
нально частоте для любого отношения W/L. При заданном напряжении
включения ширина W обычно фиксирована и отношение W/L изменяется обратно
пропорционально j/т;).
If А dV/4) dimoll) Vgfr В/мхе /?/мхе В
А iOO 1000 1000 800
А 300 1000 1000 800
В 100 1000 1000 1100
В 300 1000 1000 1100
С 100 100 100 800
D 300 100 100 800
Е 100 100 100 1100
F 300 100 100 1100
Рис, 25. Максимальные рабочие частоты тиристоров [33].
/0 /5 20 25
t0ff, МКС
Тиристоры
235
Максимальная рабочая частота тиристоров, изготовленных обычным образом, с
рабочими напряжениями 800 и 1100 В приведена на рис. 25 для двух значений
каждого из параметров: рабочих токов dl/dt и dVIdt. Например, тиристор с
рабочим напряжением 800 В и током 100 А при W/L - 0,75 (toU = 18 мкс из
рис. 24) и при dV/dt = 100 В/мкс и dl/dt - 100 А/мкс имеет /ш ^ 20 кГц.
Для повышения /ш необходимо увеличивать dV/dt или dl/dt, или усложнять
структуру прибора, или делать и то и другое. Таким образом, сохраняя
рабочее напряжение и величину прямого тока, можно за счет снижения
времени жизни уменьшить время выключения тиристора.
4.4. МОЩНЫЕ ТИРИСТОРЫ
4.4.1. Тиристоры с обратной проводимостью
Тиристор с обратной проводимостью (reverse conducting thyristor)
представляет собой многослойный тиристор с тремя выводами, характеристики
которого аналогичны характеристикам обычного тиристора в режиме прямой
проводимости, но который проводит большой ток в обратном направлении. Он
используется в качестве схемы возбуждения электролюминесцентных ламп и
двунаправленной схемы переключателя переменного тока. Особенность этого
тиристора состоит в том, что он имеет закороченные катод и анод.
Поперечный разрез тиристора с обратной проводимостью приведен на рис. 26,
а [34]. Отметим, что для перехода J2 пригодна только положительная фаска.
Между р- и /2-областями вблизи анодного контакта введены /2+-области. В
