Реферат: Тиристоры и некоторые другие ключевые приборы

Поскольку токи через все три перехода одинаковы и равны внешнему току I, легко находим:

I=MI_k0 /(1-Ma) (2)

Здесь a= a₁ - a₃ суммарный коэффициент передачи тока от обоих эмиттеров к коллектор­ному переходу. Выражение (2) в неявном виде является вольт-амперной характеристикой динистора, так как параметр M в правой части зависит от напряжения ( Ток I_k0 при том его определении, которое было дано в формуле (1), тоже зависит от напряжения. Однако учет этой зависимости наряду с зависимостью М. (U) сильно усложняет задачу. В некоторых случаях (например, если переход П2, зашунтирован небольшим заранее известным сопротивлением) можно пренебречь функ­цией М (U) и считать зависимость от напряжения сосредоточенной в функции I_k0 ( U ). В других случаях можно учесть зависимость a (U) и пренебречь функциями М (U) и I_k0 (U). Наконец, можно использовать различные 'комбинации этих функций. Общая методика анализа при этом не меняется. ) . Структура выражения (2) такая же, как в случае лавинного транзистора при I_б == 0. Такое сходство вполне естественно, поскольку оба «составляющих транзи­стора» в динисторе (рис. 3, б) включены по схеме ОЭ с оборванной базой.

Вольт-амперная кривая динистора вместе с его условным обозна­чением показана на рис. 4. Как видим, она подобна характеристике лавинного транзистора в схеме ОЭ (см. рис. 4)..Однако существенным преимуществом динисторов является то, что рабочее напряжение в области больших токов у них значительно меньше и почти не зависит от тока. Кроме того, динисторы работают без всякого предва­рительного смещения в цепи базы в отличие от лавинных транзисторов, у которых такое смещение необходимо (рис. 4, а). Критические точки характеристики на рис. 4, в которых r == dU/dI == 0, называют соответственно точкой прямого переключе­ния (ПП) и точкой обратного переключения (ОП).

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика динистора. а-начальный участок ; б-полная кривая .

Происхождение отрицательного участка на характеристике динистора обусловлено той же причиной, что и в лавинном тран­зисторе. А именно, у обоих приборов на этом участке задан постоянный ток базы (у динистора он равен нулю). Поэтому должно выполняться соотношение dI_k = dI_э , т. е. дифференциальный коэффициент а должен быть все время равен единице. С ростом тока величина a стремится воз­расти, но это возрастание предотвращается уменьшением напряжения на коллекторном переходе, т. е. ослаблением ударной иони­зации. Такой же вывод следует из формулы (2), в которых знаменатель не может быть отрицательным, и, следова­тельно, начиная с некоторой рабочей точ­ки, увеличение интегрального коэффициента a должно сопровождаться уменьшением коэффициента M,т. е. умень­шением коллекторного напряжения.

Однако, несмотря на определенное сходство с лавинным транзистором, имеет принципиальную особенность. Эту особенность легко показать, если представить вольт-амперную характеристику в форме U(I). Подставив выражение для характеристики в области ионизации в (2) и решив последнее относительно напряжения, получим:

U=U_M [1-(a*I+I_k0 )/I]^1/n (3)

У лавинного транзистора, у которого a < 1 при любом токе, напряже­ние U_k всегда имеет конечную величину. У динистора, у которого сум­марный коэффициент a == a₁ +a₃ может превышать единицу, напря­жение U (точнее, напряжение на коллекторном переходе) делается равным нулю при некотором конечном токе /. При еще большем токе формулы (2) и (3) становятся недействительными, так как

коллекторный переход оказывается смещенным в прямом направлении и механизм работы динистора качественно изменяется. Рассмотрим отдельные участки характеристики, показанной на рис. 4.

Начальный участок 1 характерен очень малыми токами, при которых можно считать a @ 0. Сопротивление на этом участке весьма велико, поэтому заданной величиной всегда бывает напряжение, а ток можно найти по формуле (2).

На переходном участке 2 рост напряжения замедляется, а сопро­тивление резко падает. Эти изменения являются следствием увеличения коэффициента а и могут быть легко оценены с помощью выражения (3).

В конце второго участка, в точке ПП, сопротивление обращается в нуль, а затем (при заданном токе) становится отрицательным. Коор­динаты точки прямого переключения определяются условием dU/dI = 0.

Напряжение U_п.п обычно близко к величине U_m и для разных ти­пов динисторов лежит в широких пределах от 25—50 до 1 000—2 000 в ( Эти цифры характерны для серийных динисторов. Можно изготовить ана­логичные приборы с рабочими напряжениями всего в несколько вольт ). Ток I_п.п лежит в пределах от долей микроампера до нескольких мил­лиампер в зависимости от материала и площади переходов.

На отрицательном участке 3 характеристика по-прежнему описы­вается формулой (3), которую, однако, можно упростить, полагая aI > I_k0 . Тогда

U@U_M (1-a)^1/n (4)

где a увеличивается с ростом тока. Дифференцируя (4) по току, получаем сопротивление на этом участке:

r= - U_M (da/dI) / n(1-a)^[n-1]/n (5)

Отсюда видно, что величина сопротивления должна существенно меняться с изменением тока. Характер этого изменения определяется функцией a(I) и в общем случае может быть немонотонным. Однако чаще всего сопротивление r возрастает (по модулю) с ростом тока. Средняя величина ôrô между точками ПП и ОП лежит обычно в пределах от 5—10 до 50—100 ком.

Коллекторное напряжение, уменьшаясь на участке 3, делается равным нулю в точке Н ( Точка Н обозначает границу режима насыщения—режима, в котором и эмит-терные, и коллекторный переходы работают в прямом направлении. ) . Из формулы (3) при U = 0 получаем соотношение

I=I_k0 /[1- a] (6)

из которого определяется ток I_н . Поскольку этот ток несравненно больше, чем I_к0 , его можно определять из условия

a = a₁ + a₃ @ 1 (7)

пользуясь графиками a (I).

Напряжение U_н является суммой напряжений на эмиттерных переходах, так как U_п2 = 0. Используя формулу U_Э =j_T ln(I_э /I`_э0 +1+a_n (e^uk/yt -1)) при U_k =0, I_э = I_н и считая оба эмиттерных перехода одинаковыми, получаем:

U_н =2 j_T ln (I_э /I`_э0 ) (8)

Это напряжение составляет несколько десятых долей вольта у германиевых динисторов и 0,5—1 в — у кремниевых.

При токеI > I_н переход П₂ , будучи смещен в прямом направ­лении, инжектирует носители навстречу тем потокам, которые посту­пают от эмиттеров. Инжектируемый компонент тока I_п2 равен раз­ности между собираемым компонентом (a₁ I_п1 + a₃ I_п3 ) и полным током I_п2 . Поэтому если для простоты положить a₁ = 0 (т. е. считать, что носители, инжектируемые переходом П₂ . не доходят до эмиттеров) и принять условие U >> j_T для всех трех переходов, то напряжение на открытом динисторе можно выразить с помощью формулы U_Э =j_T ln(I_э /I`_э0 +1+a_n (e^uk/yt -1)) в виде суммы напряжений на переходах: