Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
процесс включения сдвигается в сторону уменьшения времени задержки;
следовательно, время включения уменьшается с увеличением интенсивности
света.
Экспериментальные характеристики включения высоковольтного тиристора
приведены на рис. 30. Штриховой линией представлено включение с помощью
управляющего электрода. Кривая а характеризует включение при низкой
световой энергии а кривая б -при более сильном световом возбуждении. При
повышении возбуждения время задержки сильно уменьшается.
Величина фототока, включающего тиристор, зависит от длины волны излучения
Я. Для кремния максимум спектральной чувствительности лежит в диапазоне Я
= 0,85-1,0 мкм. Эффективными источниками света в этом диапазоне являются
лазеры с двойной гетероструктурой GaAs- GaAlAs, лазеры на GaAs и
светодиоды из GaAs (гл. 12).
Мощные тиристоры могут включаться под действием очень малой интенсивности
света (~0,2 мВт для тиристора с рабочим напряжением 3 кВ), так как
излучение допускает фокусировку на очень небольшой площади. Например, при
диаметре стекловолокна 100 мкм площадь поверхности начального включения
не превышает 10~2 мм2. Следовательно, плотность мощности на площадке
начального включения будет очень высокой. Для фототи-
240
Глава 4
t Тк
Ключ замкнут
+
п
h- i---------
a
5
Рис. 31. Выключаемый тиристор [36]. а схема включения; б - переходный
процесс выключения.
ристора с закороченным катодом (рис. 28) минимальная световая мощность,
необходимая для запуска, изменяется приблизительно обратно
пропорционально rjrx. Поэтому при больших значениях rjrx требуется
небольшая мощность света. Однако даже при rjrt = 5 для запуска необходима
световая мощность около 5 мВт, что на порядок выше, чем для фототиристора
с незакороченным катодом. Следовательно, необходимо искать компромисс
между световой чувствительностью и устойчивостью к эффекту dV/dt.
Как только световое излучение возбудит область начального включения,
регенеративный процесс приводит к расширению включенной площади, и в
конце концов включается весь катод прибора. После переключения в
проводящее состояние, в котором анодный ток превышает фототок, световое
излучение можно отключить, не изменяя анодный ток.
4.4.3. Выключаемый тиристор
Выключаемый тиристор (или тиристор с выключением по управляющему
электроду) представляет собой четырехслойную структуру, которая допускает
включение положительным управляющим напряжением и выключение
отрицательным управляющим напряжением. Обычно тиристор выключают путем
снижения анодного тока ниже тока удержания или путем включения анодного
тока противоположного направления. Выключаемые тиристоры используются в
качестве инверторов, импульсных генераторов, прерывателей и в схемах
переключателей постоянного тока и часто предпочитают применять их вместо
транзисторов в высокоскоростных мощных устройствах, поскольку они
способны выдерживать высокое напряжение в закрытом состоянии.
Принципиальная схема включения тиристора [36] приведена на рис. 31, а.
При одномерном представлении процесса выключения следует рассмотреть
поведение этого тиристора под действием
Тиристоры
241
отрицательного управляющего тока с амплитудой Ig. Если пренебречь всеми
токами утечки, то для поддержания п-р-я-тран-зистора во включенном
состоянии необходим базовый ток, равный (1 - а2) 1К. В действительности
базовый ток составляет (aJA -
- Ig). Следовательно, условие включения записывается следующим
образом:
<XiU - 1& < (1 - аг) Iк• (63)
Поскольку 1Л = IK -f- Ig, то для выполнения неравенства (63) необходимо,
чтобы
/,>
(64)
от-
Введем коэффициент усиления выключения p0ff в виде ношения IJIg:
!л - аз (65)
Poff
Для увеличения |3off необходимо, чтобы а2 для п-р-"-транзистора был как
можно ближе к 1 и в то же время чтобы ах для р-п-р-транзистора был малым.
В реальных транзисторах процесс выключения носит двумерный характер. До
подачи отрицательного тока Igоба транзистора включены и находятся в
состоянии сильного насыщения. Важным этапом процесса выключения является
удаление избыточного заряда накопленных носителей. Из-за падения
напряжения в области р2 за счет протекания продольного тока величина
смещения перехода J3 в положительном направлении падает от центра к
управляющему контакту (рис. 32). Очевидно, что часть перехода
\*д/г
. J3'гж. 1Р 1-^Р2
п2 / 1 п1
/ ! р<
/ 0 -X
Рис. 32. Концентрация плазмы в базе выключаемого тиристора [36J.
242
Глава 4
J3, наиболее близкая к контакту, под действием выключающего тока окажется
смещенной в обратном направлении. С этого момента прямой ток будет
отклоняться к той части перехода /3, которая еще остается прямосмещенной
и будет последовательно вытесняться во все уменьшающуюся область, пока
последняя не сократится до некоторого критического размера. С этого
момента остаток избыточного заряда начнет быстро удаляться из р2-об-
ласти, и фаза рассасывания закончится. Время рассасывания определяется
выражением
. , ,""1$хо/К2 + 2*1/К2-К<1+'\
