I.n.I,

n I I I I I I

I I I I I I I

AV АУ

I I I I I I I

H И i t i

J(z)

J(Z)

р-база

п-6аза

- Дырки

- Электроны

Рис. 3.10. Уменьшение проводящей области благодаря эмиттерным шунтам диаметром ds-

а при треугольном расположении шунтов

Ра =

(3.19)

где ds - диаметр шунта; Ds - расстояние между шунтами.

На практике, однако, наличие эмиттерных шунтов может вызвать более существенное уменьшение проводящей области F, чем это следует из уравнения. Причина уменьшения эффективной площади структуры проиллюстрирована на рис. 3.10. В области ads/2, окружающей каждый шунт, когда тиристор находится в открытом состоянии, вдоль р-базы течет боковой ток, вызывающий падение напряжения AV в р-базе, эквивалентное прямому смещению эмиттерного перехода J3. Переход J3 подобно любому диоду интенсивно не инжектирует электроны до тех пор, пока его прямое напряжение А К не достигает приблизительно 0,6 В. Поэтому вышеуказанная область эмиттера Ads/2 не является проводящей.

Для того чтобы рассчитать точные размеры зашунтированных областей и их геометрию, обратимся к [Munoz-Yague, Letureq, 1976]. Каждая область характеризуется сопротивлением

Rce,i=-r, (3.20)

J(z)As

где Ve - максимальное напряжение на эмиттерном переходе до начала интенсивной инжекции и перехода тиристора в открытое состояние; J (z) -плотность инжектируемого тока, который может быть током утечки или емкостным током смещения СоХ X (dv/dt), обусловленным емкостью слоя пространственного заряда перехода J2; As - площадь ячейки, определяемой расположением шунтов.

При треугольном расположении шунтов

(3.21)

Рис. 3.11. Зависимость отношения сопротивления зашунтированной области к поперечному сопротивлению р-базы от площади зашунтированной области для треугольного (I) и квадратного расположения (2) шунтов

при квадратном расположении шунтов

(3.22)

В [Munoz-Yague, Letureq, 1976] рассчитана зависимость отношения с)противления Rceii к поперечному сопротивлению р-базы Pj от плошади зашунтированной области (рис. 3.11).

Процедура проектирования зашунтированной области начинается с определения относительных затрат площади на реализацию шунтов. Это позволяет определить отношение Rccii/ps из рис. 3.11 и по известному вычислить Rceii- С помощью сопротивленияиз уравнений (3.20) - (3.22) можно найти размер шунта ds и расстояние Д,. Исследуя различные способы шунтирования, авторы сделали следующие выводы.

1. Диаметр шунта при треугольном расположении гораздо больше, чем при квадратном расположении, что позволяет легче реализовать данную форму.

2. При треугольном расположении шунты находятся на большем расстоянии друг от друга, что также способствует уменьшению влияния шунтирования на скорость распространения проводящей плазмы (см. п.2.3.3). В [Raderecht, 1971] показано, что напряжение на эмиттере

Ve = J{z)psR., (3.23)

R.--=

(3.24)

Однако вышеуказанное уравнение позволяет определить только приближенное значение Rs, см, без учета различия между треугольным и квадратным расположениями шунтов. В [Crees, 1975] приведены более точные выражения соответственно .для квадратного

Rs = -k d!+l,27D\

21п(-)-0,7б]} (3.25)

и для треугольного расположения шунтов 78

df+2,2Z)?[ln()-0,45]}. (3.26)

фекту dv/dt в качестве начального приближения значения тока /(z) можно взять значение емкостного тока смещения или прямого тока утечки, если требуется точное предельное значение прямого тока переключения.

В период восстановления прямой блокирующей способности тиристора при его выключении шунтирование катодного эмиттера также играет важную роль (см. § 2.5). Вышеприведенные уравнения можно использовать для оценки влияния катодных шунтов на восстановление прямой блокирующей способности. Если в пе-, риод выключения к тиристору повторно прикладывается прямое напряжение со скоростью нарастания dv/dt, то через прибор будет вытекать ток

/(z)=/rf,s + V (3.27)

Первый член в правой части уравнения / = Cdсоответ-

ствует нормальным условиям емкостного тока смещения, а второй член Iq - это ток, обусловленный накопленным зарядом, оставшимся в базовых областях тиристора. Для того чтобы предотвратить включение тиристора в этих условиях, значение сопротивления Rs в уравнении (3.23) необходимо выбрать гораздо меньшим, чем в том случае, когда определяется только ток смещения. Это уменьшение сопротивления Rs достигается за счет повышения плотности шунтирования катодного эмиттера.

Рассчитать с помощью аналитических методов значение /, довольно сложно, поэтому воспользуемся методом аппроксимации.

Предполагая, что тиристор в режиме восстановления подобен диоду, а ток восстановления определяется избытком заряда в п-базе, получаем

1 /(0-/.ехр(-), (3.28)

где If - прямой ток перед выключением тиристора; Тр - время Жизни неосновных носителей заряда в п-базе. В этом случае (после времени задержки td)

(3.29)

Где Л - площадь катода, включающая накопленный заряд. При повторном приложении прямого напряжения ток восстановления Мгновенно меняет знак.

Уравнения (3.23), (3.27) и (3.29) затем могут быть использованы для расчета Rs, а следовательно, и площади катодного эмиттерного шунта.

79