Рис. 2.19. Вкяючение тиристора при активной (а) и индуктивной {6} нагрузках

которое было на тиристоре, падает на сопротивлении нагрузки.

Для индуктивной нагрузки, однако, любое увеличение тока индуцирует напряжение, равное L (di/dt). Напряжение иа приборе уменьшается до минимума, прежде чем ток возрастает до своего максимального значения, и, таким образом, ограничивается скорость нарастания тока. Поскольку мощность, рассеиваемая за время включения, является произведением тока и напряжения, при активной нагрузке она достигает максимального значения.

Когда анодное напряжение уменьшается, анодный ток начинает расти и тиристор переходит во включенное состояние.

2.3.3. Распространение плазмы

В кбнце этапа времени нарастания тока тиристор находится в проводящем состоянии. Если его ток превышает ток удержания, то прибор продолжает находиться в проводящем состоянии, даже когда прекращается ток управления. Однако в данный момент ток протекает только в первоначальной части тиристора, примыкающей к управляющему электроду (рис. 2.20). Оставшаяся часть катода становится проводящей за счет распространения плазмы. Время, в течение которого включенное состояние распространяется по всей площади катода, называется временем распространения включенного состояния.

В тиристоре время распространения значительно больше времени нарастания, и рассмотрение его представляет значи-

>1

Напрямение V

Рнс. 2.21. Петля прямой проводимости, 10казыва10п;ая влияние скорости распространения на вольт-амперную характеристику тиристора

Рис. 2.20. Распростраконие включенного состояния: к катод; .У5 упринляюпий мсктрод; а анод; / штравлсииг piKupui-i ра]Ц-1ГИЯ плазмы; 2 - мроподящий njuyp

тельный интерес, поскольку оно влияет на динамические свойства прибора В течение этого времени падение напряжения иа приборе много больше, чем при полностью включенном тиристоре. В зависимости от размеров прибора время распространения может достигать нескольки.х сотен микросекунд. В результате экспериментальных наблюдений за распространением проводящей плазмы [Dondson and Longini, 1966] оказалось, что скорость распространения зависит от плотности анодного тока следующим образом:

ос(2.29)

где п - коэффициент, принимающий значение от 2 до 6 в зависимости от типа прибора. Эти значения подтвердились в ходе измерений, полученных в [Yamasaki, 1975] с использованием инфракрасной измерительной системы с временным разрешением. Для тиристора без шунтирования эмиттера п = 2,1, а с шунтированием эмиттера п = 2,7. При использовании системы контрольных .зондов в [Ikeda and Araki, 1967] была установлена аналогичная зависимость скорости распространения от плотности тока с 11 = 2. Причем выяснилось, что увеличение тока управления при включении тиристора расширяет размеры первоначальной области включения только в непосредственной близости от управляемого контакта и не влияет на скорость распростраиония.

Можно исследовать физику процесса распространения плазмы . с помощью эффектов диффузии и электрического поля. Вблизи первоначально проводящей области существует сильный градиент носителей между включенной и выключенной областями. Таким образом, заряд будет протекать от проводящей к

непроводящей области перехода. Однако, как утверждается в [Ри!, 1970], влиянием электрического поля в р-базе пренебрегать не следует. Поле перемещает включенную зону в направлении вьжлюченной зоны. Согласно модели Рула зависимость скорости распространения от плотности тока записывается в виде

Vsp==A\nJ + B. (2.30)

Действие эмиттерных шунтов замедляет скорость распространения плазмы, так как они локально понижают поле в р-базе, отклоняя в ней поперечный ток проводимости. Результаты исследований, полученные в [Suzuki е. а., 1982] с использованием техники потенциального зонда, не только подтвердили выводы о распространении включенного состояния в р-базе, но таке дополнительно показали, что избыток носителей в п-базе большей частью обусловлен поперечными диффузионными эффектами. *

С помощью точной математической модели [ДсНег, 1980], удалось объяснить механизм этого процесса. Оказалось, что распространение плазмы начинается сразу же, как только достигается уровень носителей, необходимый для модуляции проводимости поперечного базового сопротивления вблизи края катода. Это определяется только инжекцией носителей от управляющего контакта. Одновременно происходит распространение плазмы, причем ее скорость зависит от избытка заряда дырок, которые участвуют в рекомбинации, а также встроенного заряда в проводящей области р-базы. Взаимосвязь размера проводящей области X и плотности тока / выглядит следующим образом:

f oc(j-)\n{X). (2.31)

Это выражение сильно отличается от вышеприведенных уравнений (2.29) и (2.30), которые хорошо согласуются с экспериментальными данными. Однако, как показано в [Adler, 1980], неблагоразумно придавать большое значение этим соотношениям, ввиду ограниченных областей и расхождений в определении скорости распространения значительной части полученных данных.

В [Matsuzawa, 1973] приводятся некоторые экспериментальные данные о влиянии времен жизни неосновных носителей заряда т и ширины базы Ид на vp, а именно:

Vsp ОС г/2; (2.32)

sp°- (2.33)

Например, в пределах плотности тока от 40 до 1000 А/см скорость распространения варьируется от 2,5 до 9-10 см/с.