3.4.2. Периферийное шунтирование катодного эмиттера

На периферии тиристора следует производить шунтирование эмиттера по всему периметру прибора (рис. 3.12). Такое шунтирование необходимо потому, что в области Аг тиристор имеет значительную площадь прямого и обратного блокирующих переходов, причем токи утечки и смещения от этих переходов должны быть отведены к катодному контакту, чтобы предотвратить смещение катодного эмиттера в прямом направлении. В противном случае это может привести к переключению тиристора. Проектирование периферийных шунтов не является сложной проблемой, поскольку шунты расположены по периметру прибора и имеют хороший контакт к металлизации катода.

3.4.3. Распределенные анодные шунты

В некоторых типах тиристоров в дополнение (или иногда вместо) катодных шунтов используются распределенные шунты в анодном эмиттере. Это особенно характерно для тиристора с обратной проводимостью, асимметричного тиристора и некоторых видов запираемых тиристоров, так как ни один из этих приборов не обладает обратной блокирующей способностью. Специальные исполнения этих типов тиристоров рассматриваются в гл. 4.

Схематичное изображение тиристора с анодными шунтами приведено на рис. 3.13. Анодные и катодные шунты не располагаются один напротив другого. Такое их расположение препятствует образованию паразитного диода между анодом и катодом, ток которого мог бы заполнять базу носителями, когда диод смещен в прямом направлении, и, таким образом, создавал бы проблемы при выключении тиристора.

Даже если шунты анода и катода расположены правильно, все равно возникают трудности, связанные с низким сопротивлением антипараллельного диода, расположенного рядом с тиристором и уменьшающим прямой ток через диодный участок. В связи с этим анодные шунты чаще всего применяются в тиристорах с обратной проводимостью, которые содержат интег-

Перисрерааиый. шунт Катод \

Катод

лл\лл\лАии\лмллу\

Анод

\р\ут-\утлгрлттгт

Рис. 3.12. Периферийное шунтирование Рис. 3.13. Тиристор с распределенными катодного эмиттера анодными шунтами

рально встроенный антипараллельный диод, или в запираемых тиристорах без катодных шунтов.

При проектировании анодных шунтов используются те же самые правила конструирования, которые были описаны выше для . катодных шунтов, но с учетом сопротивления п-, а не р-базы. L Поскольку сопротивление п-базы обычно много больше, чем }; р-базы, анодные шунты необходимо располагать более плотно, i чем катодные, по периметру прибора, если они используются толь-и ко для контроля стойкости к эффекту dv/dt и тока утечки. Г Важным преимуществом как анодных, так и катодных шунтов является то, что коэффициенты передачи тока близки к нулю при . малых значениях тока. Поэтому прямое напряжение пробоя при-i, ближается к значению этого напряжения у диода при обратном смещении [см. уравнение (2.16)], а также вызывает низкие зна- чения тока утечки [см. уравнение (2.5)]. Следовательно, тиристоры с анодными шунтами обладают высокими прямыми напряжениями пробоя и высокой рабочей температурой, обусловленной низкими уровнями тока утечки.

Однако основная причина использования анодных шунтов заключается в обеспечении малых времен выключения прибора. Уменьшение времени выключения за счет применения анодных шунтов является следствием извлечения заряда через эти шунты. Г В обычных тиристорах избыточный заряд в базовых областях I сохраняется в течение периода обратного восстановления. После I того как ток упадет ниже нуля, заряд в р-базе удаляется через шунты катодного эмиттера. Даже после восстановления эмиттерного перехода катодные шунты позволяют дырочному току поступать в р-базу без включения тиристора.

Действие шунтов анодного эмиттера состоит в том, что они f позволяют электронному току протекать в п-базу, минуя обратно-смещенный эмиттерный переход. Анодные шунты дают прямой доступ к широкой п-базовой области, которая в своем объеме содержит больший накопленный заря,д, и, следовательно, более . эффективно, чем катодные шунты, помогают экстракции заряда из тиристора.

3.5. Конструирование управляющего электрода

Схематическое изображение управляющего электрода эмит-ра показано на рис. 3.14. При включении катод находится под )трицательным потенциалом по отношению к аноду, а управляю-ий электрод - под положительным потенциалом по отношению : катоду. Это вызывает протекание дырочного тока в р-базе по аправлению к катоду, который собирается катодными эмиттерными шунтами.

Поперечный ток управления 1ы вызывает падение напряже-ия вдоль эмиттера между и Xs, смещающее п-эмиттер в прямом

-база

/Катод

п-эмиттер

Рис. 3.14. Линейный управляющий электрод: УЭ - управляющий электрод

направлении. Когда это прямое смещение превышает критическое значение Ve, достаточное для инжекции, происходит включение тири;ртора. Поперечный ток управления должен также превышать ток утечки или ток смещения при воздействии эффекта dv/dt.

Важно, что при конструировании управляющий электрод был более чувствителен к этим видам ошибочного включения, чем остальной эмиттер. Ошибочное включение должно происходить у управля19щего электрода, конструкция которого обеспечивает быстрое распространение проводящей области остальной части эмиттера.

3.5.1. Линейный управляющий электрод

В этом и последующих разделах по конструированию управляющего электрода тиристора для демонстрации основных расчетных соотношений представлены различные виды аналитических выражений. Тем не менее, как и для большинства конструкций тиристоров, более точный результат дает численный анализ, например компьютерный метод конструирования управляющего электрода, предложенный [Silard, Marinessu, Mantduteanu, 1975]. Полученные или аналитические выражения используются для выявления оптимальных отношений между конструкцией структуры прибора и характеристиками управления.

На рис. 3.14 изображено поперечное сечение линейного управляющего электрода, на котором контакт управляющего электрода имеет протяженность от О до Xq, а катодный эмиттер - от Xf до Xs. Поперечное сопротивление под областью управляющего электрода равно рс, в то время как поперечное сопротивление р-базы под эмиттером равно р. Общая длина эмиттера в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка, равна L.

Предполагается, что ток управления /<; течет от управляющего электрода к зашунтированному катодному эмиттеру Xg. Через элемент dx р-базы протекает поперечный ток, равный току /q, который вызывает падение напряжения S2