Рис. 2.2. Зависимость множителя Нц от напряжения пробоя для линейно-

го (/) и

ступенчатого (2) переходов

700 1000 70 ООО

/Напряжение проВоя VgB

а = уаг- Поскольку на практике в тиристоре концентрация легирующей примеси в слое Р2 высокая, а в слое N1 низкая, коэффициент Y l для слоя Р2. Коэффициент переноса тока Herlet, 1965]

/ =---, (2.8)

cosh(W,-x )/L/

где W,vi и х - определяются из рис. 2.1; Lp=j~Dp-диффузионная длина дырок в п-базе. Ширина области пространственного заряда [Sze, 1981]

. = W.v,(-,)

(2.9)

Заметим, что изменение коэффициента переноса при варьировании напряжения обусловлено зависимостью ширины области пространственного заряда от приложенного напряжения.

Примеры использования вышеприведенных уравнений для расчета максимального напряжения пробоя V, тиристоров показаны на рис. 2.3. Из ,рисунка видно, что при низких уровнях легирования слоев напряжение пробоя ограничивается эффектом смыкания слоя пространственного заряда, а при высоких уровнях легирования - лавинным пробоем. Оптимальная концентрация доноров Nd лежит между этими границами. При Лоопт напряжение пробоя имеет максимальное значение для данной ширины lF,vi п-базы.

2.2.2. Прямое закрытое состояние

В прямом закрытом состоянии (рис. 2.4) катод находится под отрицательным потенциалом относительно анода. Переходы Л и J3 смещены в прямом направлении, в то время как пере-

Рис. 2.3. Зависимости максимального напряжения пробоя тиристора при обратном смещении в функции концентрации доноров УУд в п-базе

ХОД /2 смещен в обратном направлении и все напряжение в основном прикладывается к последнему. Для того чтобы понять работу тиристора в прямом блокирующем состоянии, необходимо рассмотреть прибор в виде комбинации двух транзисторов, показанной на рис. 2.5. Слои P1N1P2 образуют р-п-р-тран-зистор, а слои N2P2N2-п - р-п-транзистор. Коллектор каждого транзистора соединяется с базой другого транзистора. Когда тиристор находится в прямом блокирующем состоянии, эмиттер каждого транзистора смещен в прямом направлении, по мере увеличения тока утечки коллекторный ток каждого транзистора обеспечивает протекание базового тока другого транзистора. Таким образом, устанавливается положительная обратная связь, которая приводит к насыщению обоих транзисторов, и происходит переключение тиристора. При переключении оба транзистора

Рис. 2.4. Тиристор в прямом закрытом состоянии

Катод О

-о УЗ

Анод

f Рис. 2.5. Двухтранзисторная модель тиристора: УЭ - управляющий электрод

насыщаются и поэтому падение напряжения на тиристоре оказывается незначительным. Этот процесс называется прямым переключением, так как в результате прибор переключается из закрытого состояния с высоким сопротивлением во включенное состояние с низким сопротивлением. Очевидно, когда на тиристор подается обратное напряжение, его эмиттерные переходы смещаются в обратном направлении, положительная обратная связь отсутствует и тиристор остается в закрытом состоянии с высоким сопротивлением.

Условие, при котором происходит прямое переключение прибора, может быть получено из рассмотрения двухтранзисторной модели, приведенной на рис. 2.5, для lg = 0. Запишем

/в, = (1-сср р)/л-/со,; (2.10)

С2 =СрпрЛ +/со2. (2.11)

где /(-о, и 4о2 - токи насыщения коллекторного перехода J2; сспрп и ссрлр - общие коэффициенты передачи транзисторов N2P2N1 и P1N1P2 соответственно.

Из рис. 2.5 видно, что /в]=1с2 и Ja=Ii. После некоторых преобразований вышеприведенных уравнений получаем

+ С02

(2.12)

1 - (ap p-f а р )

В прямом закрытом состоянии по мере увеличения приложенного напряжения ток утечки тиристора возрастает. Поскольку оба коэффициента передачи сс рп и сср р сильно зависят от тока, они увеличиваются с возрастанием приложенного напряжения до тех пор, пока не выполняется условие сспрп + ссрпр-> 1 и не начинает резко возрастать анодный ток, в результате чего происходит прямое переключение прибора. После этого тиристор 28