будет находиться во включенном состоянии с низким сопротивлением. На самом деле переключение происходит, когда di/dv ->оо, а точка прямого переключения соответствует условию [Ghandi, 1977]

арпр-\-а,прп=\, (2.13)

где d,ipn и dpnp - коэффициенты передачи в режиме малого сигнала.

Коэффициент умножения при прямом переключении

М=а, la (2.14)

а с другой стороны, используя эмпирическое выражение

УИ(1/) =-!-(2.15)

прямое напряжение переключения У,ю можно связать с напряжением лавинного пробоя Vb перехода 12 следующим соотношением:

Уво = Ув{\-о.прп-арпрУ . (2.16)

Сравнение этого уравнения с соответствующим выражением для обратного блокирующего напряжения (2.7) показывает, что / у всегда меньше Vi, однако это различие незначительно, если

13>СС р - ССрлр или anpn<iCLpnp.

Условие 1 сспрп - ссрпр справедливо для низких уровней тока, поэтому, когда температура прибора повышается, ток утечки возрастает и Уво становится меньше У, и стремится к нулю при очень высоких температурах. Прямая блокирующая способность тирисхора является очень важной характеристикой, и в ходе проектирования прибора необходимо оптимизировать этот параметр. Для обеспечения условия сс рп<Ссср р осуществляется шунтирование катодного эмиттеру и, как будет показано ниже, это не только улучшает Vbo, но также повышает стойкость тиристора к эффекту dv/dt.

2.2.3. Шунтирование катодного эмиттера

В случае шунтирования катодного эмиттера тиристора его р-база соединяется с катодным контактом через распределенные небольшие сопротивления, называемые катодными эмиттерными шунтами. На рис. 2.6 показано схематическое изображение поперечного сечения тиристора с такими шунтами. За счет наличия шунтов ток обходит переход эмиттер-база п-р-п-транзи-стора, и, следовательно, уменьшается коэффициент передачи тока. Рассмотрим этот процесс более подробно на примере модели, приведенной на рис. 2.7.

УЗ о Шунты катодного эмиттера

эмиттЕ!

р

Рис. 2.6. Схематическое изображение поперечного сечения тиристора с зашунти-

рованным эмиттером

Суммарный коэффициент передачи тока базы п-р-п-транзистора задается соотношением

а,прп=-;- (2.17)

Однако, в отличие от незашунтированного тиристора (рис. 2.5), эмиттерный ток .-2 не равняется катодному току 1,, так как

lK = lir2 + fs, (2.18)

где Is - ток эмиттерного шунта. Отсюда эффективный коэффициент передачи зашунтированного п-р-п-транзистора

Ie2 + s

(2.19)

После совместного решения уравнений (2.17) и (2.19) имеем

(2.20)

1вГС2

Рис. 2.7. Двухтранзисторная модель тиристора с зашунтированным катодным

эмиттером

Рис. 2.8. Иллюстрация влияния сопротивления шунтирования эмиттера /?, на вольт-амперную характеристику катодного эмиттерного перехода 13 тиристора

Подставляя в уравнение (2.16), получаем следующее выражение для напряжения пробоя:

Vbo=Vb{\- a-eii - ар р)(2.21)

Параметр ац зависит не только от сопротивления шунта Rs, но также и, от прямого напряжения l/g£, приложенного к переходу эмиттер-база транзистора. Если Уп мало, то эмиттерный ток оказывается значительно меньше тока шунта Is. Однако когда l/,j£ превышает 0,6 В, эмиттерный ток резко увеличивается (рис. 2.8) и тогда Is<Ie-2-

Поэтому в тиристоре с зашунтированным эмиттером в закрытом состоянии a,.,Y остается незначительным до тех пор, пока в результате протекания тока Уве не достигнет более высокого значения, чем напряжение включения, равное примерно 0,6 В. Затем aejj увеличивается, и тиристор переключается в проводящее состояние при напряжении переключения Уо-

Шунтирование катодного эмиттера используется не только для управления напряжением переключения, но также позволяет повысить стойкость тиристора к эффекту dv/dt и достичь ее максимального значения, как будет показано ниже.

В закрытом состоянии переход J2 (рис. 2.4) характеризуется емкостью С,1, которая зависит от напряжения. Для несимметричного резкого перехода [Sze, 1981]

2(Vbi±V~2kT/q) J

a для линейного перехода

(2.22)

(2.23)

тУы±У)\

где 8.S - диэлектрическая пррницаемость; Уы - встроенный потенциал перехода 12; k - постоянная Больцмана; Т - темпера-

31