Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по ТТЭ - файл ГЛАВА 6.doc


Загрузка...
Шпоры по ТТЭ
скачать (3670.4 kb.)

Доступные файлы (14):

ГЛАВА 10.doc3655kb.15.01.2005 00:00скачать
ГЛАВА 12.doc4472kb.15.01.2005 00:09скачать
ГЛАВА 14.doc1723kb.15.01.2005 00:31скачать
ГЛАВА 16.doc489kb.15.01.2005 00:52скачать
ГЛАВА 18.doc2195kb.15.01.2005 01:20скачать
ГЛАВА 1.doc41kb.13.01.2005 18:16скачать
ГЛАВА 20.doc492kb.15.01.2005 01:44скачать
ГЛАВА 2.doc718kb.13.01.2005 19:41скачать
ГЛАВА 3.doc7420kb.13.01.2005 22:41скачать
ГЛАВА 4.doc233kb.13.01.2005 23:04скачать
ГЛАВА 5 .doc6394kb.14.01.2005 14:44скачать
ГЛАВА 6.doc476kb.14.01.2005 14:59скачать
ГЛАВА 7.doc804kb.14.01.2005 23:05скачать
ГЛАВА 8.doc1338kb.14.01.2005 23:12скачать

ГЛАВА 6.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

ГЛАВА 6

ТИРИСТОРЫ

6.1. Транзисторная модель диодного тиристора (динистора)


Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя или более р-n-переходами, на вольт-амперной характеристике которого есть участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При работе тиристор может находиться в двух устойчивых состояниях – закрытом и открытом. В закрытом состоянии сопротивление тиристора высокое и он пропускает малый ток. В открытом состоянии сопротивление тиристора мало и через него протекает большой ток. Тиристор, имеющий два вывода, называется диодным тиристором или динистором. Структура динистора представлена на рис. 6.1,а. Динистор имеет три р-n-перехода (,,) и два вывода, называ­емые катодом (К) и анодом (А). Тиристор можно представить, ис­пользуя штриховые линии разреза, в виде модели, состоящей из двух транзисторов ( и ) типа n-р-n и р-n-р и соединенных, как показано на рис. 6.1,б. Тогда переходы , являются эмиттерными переходами условных транзисторов, а переход работает в обоих транзисторах как коллекторный переход.



Двухтранзисторная модель диодного тиристора с условными обозначениями транзисторов и изображена на рис. 6.2. Эта модель позволяет свести рассмотрение тиристора к тео­рии биполярных транзисторов с учетом связи, существующей в этой модели между транзистора­ми и . Эта связь имеет принципиальное значение и за­ключается в следующем. Коллекторный ток транзистора явля­ется базовым током транзистора (=) и поэтому увеличива­ет коллекторный ток транзистора , рассматриваемого в схеме включения с ОЭ. В свою очередь, коллекторный ток является ба­зовым током транзистора (=) и увеличивает коллекторный ток этого транзистора . Так как = , то увеличение приведет к росту и т.д. Такой процесс принято называть положительной обратной связью. При выполнении некоторых условий эта связь мо­жет привести к недопустимо большому росту тока и разрушению прибора, если не принять меры по ограничению тока. Перейдем к составлению выражений для тока I в цепи тиристора.

Полярность источника питания Е, показанная на рис. 6.1 и 6.2, соответствует так называемому прямому включению тиристора. В соответствии с транзисторной моделью тиристора ток в его внешней цепи можно представить как сумму коллекторных токов транзисторов и .:



Если и – интегральные коэффициенты передачи токов эмитте­ров транзисторов и , а и их обратные токи, то

(6.1)

Но в неразветвленной цепи == I, следовательно,

(6.2)

где

(6.3)

Полный ток в коллекторном переходе тиристора, как следует из (6.2),

(6.4)

Ранее предполагалось, что в коллекторном переходе нет ла­винного умножения носителей. Если значение обратного напряжения на переходе таково, что следует учитывать лавинное умноже­ние, то все слагаемые тока через коллекторный переход следует ум­ножить на коэффициент лавинного умножения М, значение которого будем для упрощения считать одинаковым для дырок и электронов. Таким образом, вместо (6.1) запишем



а вместо (6.4)

(6.5)

Рассмотрим зависимость величин, входящих в (6.5), от напря­жения на тиристоре и токов через переходы. Известно, что М очень сильно зависит от напряжения на переходе U по мере приближения его к напряжению лавинного пробоя , но при U0.5 мож­но считать М = 1. В германиевых транзисторах обратный ток коллек­торного перехода является тепловым, его значение определя­ется концентрацией неосновных носителей в базовой и коллекторной областях. Однако тиристоры являются кремниевыми приборами, и по­этому тепловая составляющая тока оказывается незначительной по сравнению с током генерации в обедненной области перехода (области объемного заряда). Вследствие этого можно считать . При увеличении обратного напряжения на коллекторном пе­реходе ширина перехода возрастаетипроисходит рост числа гене­рируемыносителей, а следовательно, тока и тока .

К
оэффициенты передачи токов и зависят от токов эмитте­ров транзисторов и соответственно и от их коллекторных напряжений. Зависимость от коллекторного напряжения объясня­ется эффектом модуляции толщины базовой области (эффект Эрли). С ростом этого напряжения коэффициенты и несколько увеличиваются (см. § 5.3.4). Однако в тиристоре основное влияние на их работу оказывает зависимость и от эмиттерных токов транзисторов и . Зависимость для биполярного транзи­стора рассматривалась в § 5.3.4. При малых токах и соответ­ствующие коэффициенты много меньше единицы (<<1, <<1), но затем при увеличении и могут существенно возрастать. Таким образом, можно учитывать лишь зависимость от тока эмит­тера. С учетом сказанного функциональные связи можно предста­вить в виде

(6.6)

При этом в знаменателе вместо и подставлен равный им ток I.

Эта формула, учитывающая связи между транзисторами и модели, отражает наличие положительной обратной связи, о которой говорилось перед представлением формулы (6.5).
^

6.2. Вольт-амперная характеристика динистора


Для удобства изложения на рис. 6.3 сразу приведена характери­стика динистора и указаны ее участки. Такую ВАХ называют S-образной. Для нее характерна неоднозначная зависимость тока от напря­жения. Одному значению напряжения могут соответствовать два зна­чения тока. Для фиксации тока при измерениях любой точки ВАХ при­ходится включать во внешнюю цепь резистор (см. рис. 6.1) и под­бирать его сопротивление так, чтобы была только одна точка пересе­чения В нагрузочной прямой и ВАХ (рис. 6.4). Эта точка пересечения и будет определять ток I и напряжение U = Е I, которое измеряет­ся вольтметром, присоединенным к выводам А и K тиристора.

У
часток I
соответствует положительному напряжению на аноде ^ А. Для снятия этого участка ВАХ внешнее сопротивление может быть равно нулю, так что напряжение на тиристоре равно напряже­нию источника питания U = Е и изменяется вместе с ним. При таком включении переходы и оказываются включенными в прямом направлении, а – в обратном. Такое включение называют пря­мым включением тиристора. Напряжение анод – катод U есть сум­ма напряжений на переходах:

(6.7)

Большая часть этого напряжения падает на среднем переходе , включенном в обратном направлении, и потому имеющем большое сопротивление. Прямые напряжения и малые, так что мож­но приближенно при прямом включении считать U.

Для анализа участка I ВАХ могут быть использованы формулы (6.5) и (6.6), выведенные для рассматриваемого режима работы. Однако следует иметь в виду, что формулой (6.6) можно пользо­ваться, пока справедливо неравенство (+) < 1. При (+)1 ток по формуле безгранично увеличивается, что лишено физическо­го смысла. В левой части участка I, соответствующего напряжению , которое много меньше напряжения лавинного пробоя пе­рехода, можно считать М1, а обратный ток перехода определяет­ся в кремниевых тиристорах только генерацией пар носителей в са­мом переходе (). При малом токе в переходе , а, следовательно, и в эмиттерных переходах <<1, <<1 и (+)<<1, по­этому вместо (6.6) при М1 можно по правилам приближенных вы­числений записать

(6.8)

Ток в цепи тиристора в этом случае определяется обратным током коллекторного перехода, т.е. генерационным током. С ростом на­пряжения U, т.е., коллекторный переход расширяется, его объ­ем увеличивается и возрастает ток . Конечно, при этом одновре­менно возрастают и , но пока (+)<<1, это влияние можно практически не учитывать и считать, что .

Участок I с малыми токами соответствует состоянию тиристора «закрыто». При малых токах закрытого состояния, когда (+) < 1, положительная обратная связь в тиристоре относительно слабая и не вызывает неустойчивости; поэтому существует стационарный режим, характеризуемый формулой (6.8). В правой части участка I, если напряжение больше примерно половины напряжения лавинно­го пробоя, необходимо учитывать влияние на стационарный ток не только роста и , но и увеличение коэффициента умножения M(+)1 по сравнению с единицей. По мере приближения к на­пряжению лавинного пробоя (М1) роль положительной обратной связи возрастает и увеличивается скорость роста тока (производная dI/dU). Напряжением переключения называют значение, при ко­тором дифференциальное сопротивление становится равным ну­лю. На рис. 6.3 это соответствует точке а – точке максимума функции U = f(I). Для нахождения дифференциального сопротивления пере­пишем (6.6) в более удобном для дифференцирования виде:

(6.9)

После дифференцирования и преобразования получим

(6.10)

Выражения в скобках в числителе являются дифференциальными коэффициентами передачи токов эмиттеров:

(6.11)

(6.12)

Кроме того, из-за сравнительно слабой зависимости обратного (ге­нерационного) тока от напряжения можно пренебречь первым слагаемым в знаменателе. Тогда вместо (6.10) можно.написать

(6.13)

Знаменатель (6.13) хотя и изменяется, но остается конечным, поэто­му условием существования тока переключения (а), для которого по определению dU/dI = 0, из (6.13) будет

(6.14)

Строго говоря, надо проверить функцию U = f(I) в точке а на экстре­мальность. Для максимума должно выполняться дополнительное требование, чтобы <0. Используя для нахождения второй производной (6.13), получаем дополнительное к (6.14) условие

(6.15)

Физический смысл условия (6.14) состоит в следующем. Если ток во внешней цепи, равный току через эмиттерные переходы, увеличива­ется по какой-то причине (например, из-за увеличения напряжения источника питания или уменьшения сопротивления нагрузки) на , то при выполнении условия M(+)=1 из-за транзисторного эф­фекта ток коллекторного перехода также возрастет на такую же величину . Так обеспечивается одинаковость нового значения тока в последовательной цепи р-n-переходов структуры при преж­нем токе , т.е. при неизменном напряжении на коллекторном пе­реходе , чему соответствует вертикальный участок ВАХ около точки а на рис. 6.3. Дополнительное условие (6.15) математически означает, что в точке переключения, если она является экстремаль­ной, сумма дифференциальных (или малосигнальных) коэффици­ентов передачи должна возрастать при увеличении тока I. Но тогда из условия (6.14) следует, что значение М при прохождении через точку переключения должно уменьшиться. Физически последнее возможно только при уменьшении обратного напряжения на сред­нем переходе , а это означает, что ВАХ после точки переключе­ния а должна пойти влево, создавая участок II ВАХ на рис. 6.3. Пос­леднее и наблюдается экспериментально.

Участок II. Продолжающийся после переключения рост тока со­провождается дальнейшим увеличением и и их суммы так, что теперь вместо условия (6.14) следует писать неравенство M(+)>1. Это неравенство означает, что приращение тока в коллекторном переходе станет больше приращения токов в эмиттерных переходах и , т.е. приращения тока во внешней цепи тиристора, что приведет к неравенству токов на различных участках последовательной цепи. Однако в действительности ра­венство быстро восстанавливается. Объясняется это следующим. Дырки, инжектированные из эмиттера (р2-область) проходят через «свою» базовую область и ускоряющим полем коллекторного пере­хода переносятся в «свою» коллекторную область, заряжая ее положительно. В результате такого нарушения электрической нейт­ральности областей происходит понижение потенциального барьера среднего перехода . Это можно трактовать как результат нейтра­лизации приходящими основными носителями противоположного по знаку заряда ионов в приграничных слоях перехода . При этом происходит уменьшение ширины перехода, которое сопровожда­ется снижением тока генерации в переходе .

Понижение потенциального барьера обратно включенного р-n-перехода означает уменьшение напряжения на нем и сопро­вождается уменьшением коэффициента лавинного умножения, т.е. уменьшением тока через переход. Снижение , ширины перехо­да, тока и М прекратится, когда ток через средний переход станет равным току через эмиттерные переходы, т.е. когда устано­вится в цепи стационарный ток, одинаковый во всех переходах. Рост тока при понижении напряжения на приборе после точки переключе­ния означает появление отрицательной производной dI/dU, а следо­вательно, и отрицательного дифференциального сопротивления dU/dI. Однако экспериментальное наблюдение статической харак­теристики на участке с отрицательным сопротивлением возможно только при выполнении определенного условия, обеспечивающего устойчивую работу прибора, т.е. отсутствие самопроизвольного пе­рехода из одного режима в другой, из одной точки ВАХ в другую.

Устойчивость обеспечивается, если сопротивление нагрузки на­столько больше модуля отрицательного сопротивления, что нагру­зочная прямая, проходящая через точку А на оси напряжений U=E через точку N на оси тока Е/Rн, пересекает участок в одной точке и не пересекает других участков ВАХ, как показано на рис. 6.4. Иде­альным является использование генераторов тока (эталонов тока), в которых ток не зависит от напряжения и сопротивления нагрузки. В этом случае вместо нагрузочной прямой AN следует рисовать го­ризонтальные линии A'N', соответствующие различным устанавли­ваемым значениям тока с помощью генератора тока. Увеличивая этот ток, проследим весь участок с отрицательным сопротивлением, так как сможем измерить ток и напряжение U на тиристоре в любой точке этого участка.

На этом участке есть точка b, для которой ширина среднего пе­рехода окажется равной равновесной ширине, соответствующей нулевому напряжению перехода =0. Будем считать, что в этой точке еще сохраняются транзисторные соотношения и можно при­менять уравнение (6.6). При =0 в переходе нет обратного тока (= 0), а М= 1. Поэтому из (6.6) можно написать условие для точ­ки b 1–(+)=0 или += 1. Таким образом, состояние, когда =0, наступает при равенстве единице суммы интегральных ко­эффициентов передачи (в отличие от точки переключения а, для ко­торой единице равна сумма дифференциальных коэффициентов передачи). На рис. 6.5 показаны зависимости этих сумм от тока I. Так как по определению в (6.11) и (6.12) дифференциальные коэф­фициенты больше интегральных, то точке переключения а соответ­ствует ток переключения , меньший, чем ток при =0 в точке b.

Конечной точкой участка II ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением является точка с на рис. 6.3, точка минимума зависимости U = f(I), где dU/dI = 0. Ток, соответствую­щий этому условию, называют током удержания , точку с – точкой удержа­ния, а напряжение на тиристоре – на­пряжением удержания . Остановим­ся на физических процессах, приводящих к появлению точки с. После прохождения точки b увеличение тока в цепи тиристора бу­дет по-прежнему снижать высоту потенциального барьера сред­него перехода и уменьшать его ширину по сравнению с состояни­ем равновесия этого перехода. Но теперь это означает появле­ние на этом переходе прямого напряжения. Все три перехода ока­зываются включенными в прямом направлении, а суммарное на­пряжение на тиристоре уменьшается, так как напряжение на сре­днем переходе противоположно по знаку напряжению на эмиттерных переходах и . Точке удержания соответствует наименьшее напряжение на тиристоре: оно меньше суммы на­пряжений на эмиттерных переходах и . При прямом включе­нии всех переходов составные транзисторы и на рис. 6.2 работают в режиме насыщения. Из коллекторных областей этих транзисторов идет встречная инжекция носителей в их базовые области. Формулы, приводимые ранее, теперь оказываются не­применимыми, и расчет тока в цепи тиристора усложняется и должен проводиться по уравнениям Эберса и Молла (см. § 5.2).

Аналитическая расшифровка условия границы участка II dU/dI=0 через параметры тиристора приводит к сложному выра­жению. Поэтому часто в первом приближении считают, что точки b и с на ВАХ (см. рис. 6.3) совпадают, т.е. для точки с приближен­но выполняется условие (+) = 1.

Участок III характеризует изменение тока в тиристоре после точки удержания с. На этом участке все три перехода имеют пря­мое включение и тиристор можно рассматривать как три диода, включенные последовательно. ВАХ такой системы (участок III) должен быть более крутой, чем у обычного диода. Участок III с большими токами и малым напряжением соответствует состоя­нию тиристора «открыто».

Участок IV соответствует обратному включению тиристора (по­лярность источника питания на рис. 6.1 изменена на обратную). В этом случае все переходы имеют обратное включение и вся цепь эк­вивалентна последовательному включению трех диодов с обрат­ным напряжением. Очевидно, что участок IV ВАХ будет походить на обратную ветвь ВАХ обычного диода, а при достаточно большом напряжении возможен пробой одного из переходов.

6.3. Тринистор


Практическое включение диодного тиристора в открытое состоя­ние может быть реализовано при кратковременном превышении на­пряжения включения или подаче импульса напряжения с крутым фронтом. Это является недостатком диодного тиристора. На прак­тике наиболее широкое применение нашел способ включения путем введения в одну из базовых областей основных носителей через до­полнительный электрод, называемый управляющим. Такой прибор с управляющим выводом получил название триодного тиристора или тринистора (рис. 6.6,а). Управляющий вывод сделан от одной из баз транзисторов или , что дает возможность управлять пря­мым током одного из эмиттеров. Использование той или иной базы приводит лишь к изменению полярности управляющего напряже­ния, которое должно обеспечивать отпирание соответствующего эмиттерного перехода.

Предположим, что на управляющий электрод, связанный с -базой тиристора (см. рис. 6.6,а), подано положительное напря­жение. Тогда прилегающий к этой базе эмиттерный переход включен в прямом направлении, в цепи управляющего электрода идет дополнительный инжекционный ток Iу. Дополнительный ток инжекции через эмиттерный переход вызывает возрастание транзистора и облегчает выполнение условия (6.14), при кото­ром тиристор переходит в открытое состояние. С ростом тока упра­вления анодное напряжение, необходимое для переключения ти­ристора в открытое состояние, уменьшается. Вольт-амперная ха­рактеристика тринистора при изменении управляющего тока пока­зана на рис. 6.6,б. Для перевода тиристора из устойчивого открыто­го состояния в устойчивое закрытое состояние необходимо уменьшить напряжение на аноде или подать на управляющий электрод импульс обратной полярности.
^

6.4. Симметричные тиристоры (симисторы)


Вольт-амперная характеристика этих тиристоров практически симметрична при изменении полярности напряжения на приборе. Симистор может проводить большой ток в обоих направлениях (дву­направленный прибор). Симметричный диодный тиристор называют диаком, а симметричный триодный тиристор – триаком. Структу­ра симистора-диака показана на рис. 6.7. Верхняя -область и ниж­няя -область являются укороченными и имеют общие металличе­ские контакты (электроды Э и Э) с соседними областями p и p со­ответственно. Когда на электроде Э1 положительное напряжение, а на электроде Э отрицательное, распределение напряжений будет такое, что переходы имеют включения: p обратное, p2 пря­мое, p обратное, p1 прямое. Так как переход p имеет обратное включение, то ток через него пренебрежимо мал по срав­нению с прямым током перехода p и шунтирующим влиянием перехода p можно пренебречь. В этом случае изображенная на рис. 6.7 структура эквивалентна динистору pp с током I, как на рис. 6.1 с ВАХ, изображенной на рис. 6.3. Здесь анодом явля­ется область p, а катодом – область . При изменении полярности напряжения (на рис. 6.7 полярность указана в скобках) включения переходов следующие: p прямое, p обратное, p пря­мее, p обратное. В этом случае можно не учитывать шунтирую­щее влияние перехода p. Теперь динистор имеет структуру pp.



Область p становится анодом, а – катодом. Направ­ление тока в цепи станет противоположным, но ВАХ остается прак­тически прежней. Полная ВАХ показана на рис. 6.7,6 при Iу = 0.

На основе пятислойной структуры п-р-п-р-п можно получить и уп­равляемые симметричные тиристоры (триаки). Так, если управляю­щий электрод присоединить к базовой области , то прямой ветвью ВАХ можно управлять, подавая отрицательное напряжение относи­тельно нижнего электрода. Включение прибора в обратном направ­лении осуществляется за счет подачи отрицательного относительно верхнего электрода напряжения на управляющий электрод. Приборы с таким управлением не получили большого распространения, так как требуют две цепи управления: одну для прямого направления, а дру­гую – для обратного. Кроме того, существует ряд технологических трудностей присоединения управляющих электродов в условиях се­рийного производства. Разработаны способы управления переклю­чением структур р-п-р-п-р с помощью одного управляющего электро­да, которые позволили избавиться от указанных недостатков.

Семейство ВАХ триака при различных знаках и величине управ­ляющих токов показано на рис. 6.7. При Iу=0 получается ВАХ диака. С ростом тока управления происходит уменьшение напряжения пе­реключения.

^

6.5. Переходные процессы и динамические параметры


Тиристоры используются в различных радиоэлектронных уст­ройствах и устройствах автоматики как управляемые ключи. Тири­сторы применяют также в генераторах импульсного, пилообразного напряжения или генераторах синусоидальных колебаний, где они подключают с заданной частотой источник питания к колебательно­го контуру.

Тиристоры изготовляют из кремния методом сплавления и диф­фузии. Кремниевые переходы при обратном включении имеют ма­лые токи, высокую температурную устойчивость, что обеспечивает стабильность параметров тиристоров.

Статический и динамический (переходный) режимы работы ти­ристоров характеризуются в справочниках большим числом пара­метров. Статические параметры, связанные с особыми точками ВАХ, отмечались при рассмотрении физических процессов в тиристорах. Это напряжение и ток переключения (,), ток удержа­ния Iуд, ток управления Iу.

Для применения тиристоров в цепях переменного тока и им­пульсных цепях важно знать динамические параметры процессов включения и выключения.




Анализ переходных процессов в тиристоре достаточно сложен, так как необходимо учитывать характер нагрузки (активная или реа­ктивная), частоту переключения и другие внешние факторы. Мы ог­раничимся основными сведениями о процессах, типичными пере­ходными характеристиками и динамическими параметрами.

^ Процесс включения тиристора. На рис. 6.8,а приведены типи­чные характеристики переключения тиристора из закрытого состо­яния в открытое. В момент на тиристор воздействует импульс то­ка управления, вызывающий переходный процесс включения. Та­кой способ включения является наиболее распространенным. Ин­тервал времени от момента начала управляющего импульса до мо­мента, когда напряжение U на тиристоре уменьшается до 0,9 от его амплитудного значения или когда ток нарастает до 0,1 от амплиту­ды тока, называют временем задержки . Интервал времени, за который напряжение спадает от 0,9 до 0,1 от начального значения, а ток нарастает от 0,1 до 0,9 от амплитуды, называется временем нарастания . Сумму времени задержки и времени нарастания называют временем включения: .

Включение маломощных тиристоров (ток менее 0,3 А) со срав­нительно малой площадью сечения отличается тем, что проводя­щее состояние занимает практически всю площадь сечения. Это облегчает анализ переходных процессов, так как может быть использована двухтранзисторная модель тиристора (см. рис. 6.2). В тиристорах с большим током (10...50 А) приходится использовать значительные площади сечения, поэтому тиристор целесообразно рассматривать как параллельное соединение нескольких тиристо­ров с меньшим сечением, но связанных друг с другом резистора­ми базовых областей, которые обеспечивают управление (обла­стей p1 на рис. 6.6). В той части структуры, которая расположена ближе к управляющему электроду, управляющее напряжение уста­навливается относительно быстро, а на удаленных частях это напряжение оказывается меньше на величину падения напряжения на резисторах. Поэтому основная доля тока протекает вблизи уп­равляющего электрода. Другими словами, появляется неравно­мерное включение тиристора. Область включения с относительно малой скоростью «распространяется» по всей площади структуры. Полное "включение" площади произойдет в результате диффузии и дрейфа носителей заряда от области начального включения в по­перечном (радиальном) направлении.

Образование области начального включения происходит отно­сительно быстро, и она имеет малые размеры (0,1 ...0,5 мм2). Плот­ность тока в этой области вблизи управляющего электрода может изменяться в диапазоне 1...100 А/см2, а температура может воз­расти от начального уровня до значения, близкого к температуре плавления кремния (около 1000°С). Плотность тока и энергии вбли­зи управляющего электрода увеличивается с ростом di/dt. Описан­ное явление получило название эффекта локализации энергии или эффекта di/dt. В справочниках указывается критическое зна­чение (di/dt)кр, до которого сохраняется работоспособность данно­го тиристора.

Процесс выключения тиристора. Для анализа процесса вы­ключения используется также двухтранзисторная модель тиристо­ра. В момент (рис. 6.8,6) во включенном состоянии все три пере­хода тиристора имеют прямое включение. Поэтому в приборе накапливаются избыточные неосновные и основные носители заряда, концентрация которых пропорциональна прямому току. Для пере­вода прибора в закрытое состояние избыточные носители должны быть удалены электрическим полем либо должны рекомбинировать. На рис. 6.8,б показано изменение тока при выключении тири­стора путем быстрого изменения полярности напряжения тиристо­ра в момент . Аналогичное изменение тока происходит в диоде при скачкообразном изменении напряжения на нем с прямого на обратное (см. § 3.8.1 и рис. 3.26). Ток, резко убывая, проходит че­рез нулевое значение и становится обратным. После достижения максимального значения он убывает и в момент принимает уста­новившееся значение, соответствующее выключенному состоя­нию тиристора.

^ Время выключения определяют как наименьший интервал времени между моментом, когда основной ток после внешнего пере­ключения основных цепей понизился до нуля, и моментом, когда тиристор способен выдержать в закрытом состоянии определенную скорость его нарастания. Объясним влияние скорости нарастания напряжения. Коллекторный переход в тиристоре обладает барьер­ной емкостью, которая зависит от напряжения. При изменении на­пряжения на переходе через барьерную емкость С протекает емко­стный ток, пропорциональный емкости и скорости изменения напря­жения = SC(U)dU/dt, где S – площадь перехода. Протекание емко­стного тока коллекторного перехода в период нарастания анодного напряжения эквивалентно подаче импульса прямого тока, способст­вующего переключению тиристора в открытое состояние (облегча­ется выполнение условия (=1). Вследствие этого тиристор переходит в открытое состояние при меньшем амплитудном значе­нии напряжения, меньшем напряжении переключения в стати­ческом режиме (когда нет емкостного тока).

Эффект dU/dt иногда специально используют как способ вклю­чения тиристора. Однако зачастую этот эффект является нежела­тельным, а к тиристорам предъявляется требование выдерживать высокую скорость нарастания анодного напряжения без существенного снижения напряжения переключения. В справочниках для тиристоров указывают критическое значение (dU/dt).

Недостатком тиристорных ключей по сравнению с биполярны­ми является относительно низкое быстродействие, особенно при выключении. Время выключения тиристоров составляет десятки микросекунд. И оно тем больше, чем выше переключаемая мощ­ность (ток). Большинство тиристоров включается по маломощной цепи управляющего электрода, а выключается по мощной (сило­вой) анодной цепи, что усложняет системы коммутации. Следует отметить, что выпускаются тиристоры, включение и выключение которых производится только управляющим электродом – измене­нием направления управляющего тока. Такие тиристоры называ­ются запираемыми тиристорами. Тиристоры считаются низкочас­тотными, если время выключения более 50 мкс, (di/dt) не более 100 А/мкс, а высокочастотными при не более 50 мкс и (di/dt) не более 100 А/мкс.


Скачать файл (3670.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru