Двухэлектродные тиристоры назовем динисторами, а трех-электродные - тринисторами

Динистор. Рассмотрим работу диода, состоящего из четырех чередующихся слоев Рх-щ-р-По, (рис. 5-7, а). Если подать на него не очень большое напряжение U плюсом на слой pi и минусом на слой По то потечет ток, как показано стрелкой. В результате переходы Ях и Яз будут работать в прямом направлении, а переход Яг - в обратном. Таким образом, получится как бы сочетание двух транзисторов в одном приборе (рис. 5-7, 6f: одним транзистором является комбинация слоев рх-п-р, другим - комбинация слоев Пур-По,. Слои pi и Пг являются эмиттерами, nj и рг - базами для одного транзистора и коллекторами для второго. Во избежание путаницы их называют базами. Переход Яд называют коллекторным.

/7; Пг Пз -О и о-

П \ Рг ]

П11 Рг

Рис. 5-7. Структура динистора (а) и его двухтранзисторный эквивалент (б).

Пока коллекторный переход работает в обратном направлении, практически все приложенное напряжение U падает на нем. Поэтому при больших значениях U следует учитывать ударную ионизацию в этом переходе. Примем для дырок и электронов один и тот же коэффициент умножения М {чтобы не усложнять выкладки) и обозначим через и 3 интегральные коэффициенты передачи тока от переходов Пх и Us к переходу Яг. Тогда ток последнего можно записать в следующем виде:

/пг == М (ai/ni + з/пз + /ко).

(5-10)

где - сумма теплового тока, тока термогенерации и тока утечки в переходе П.

Поскольку токи через все три перехода одинаковы и равны внешнему току /, легко находим:

1 - Ма

(5-11)

Вместо этих названий часто используют те рмины диод-тиристор и триод-Рсйюр. Более подробные сведения о приборах подобного типа можно найти

. Комбинация транзисторов р-п-р и п-р-п, показанная на рис. 5-7, б, действительно обладает свойствами динистора и может быть использована на практике.

Здесь с. = 1 + cfs - суммарный коэффициент передачи тока от обоих эмиттеров к коллекторному переходу.

Следует заметить, что при изготовлении динистора за основу берется пластина типа р. Через одну из ее поверхностей осуществляется двухкратная диффузия (сначала доноров, потом акцепторов), в результате которой образуются слои rii и Pi. Через другую поверхность осуществляется однократная диффузия доноров и образуется слой пг- Поскольку глубины диффузионных слоев не превышают 10 мкм, а толщина исходной пластины составляет 250-300 мкм, одна из баз (nj оказывается тонкой, а другая {р) - толстой. В тонкой базе, как и у транзисторов, выполняется условие w <С L максимальное значение коэффициента а,; (см. рис. 5-6) близко к единице. В толстой базе действительно соотношение хю > L, и соответственно максимальное значение коэффициента з существенно меньше единицы (обычно 0,1-0,2). Тем не менее сумма максимальных значений tti и аз превышает единицу, что необходимо для работы динистора и тиристоров вообще. ОбычноК;;, 1,05 -f- 1,15. Наличие толстой базы с ее малым коэффициентом переноса играет в целом положительную роль, так как в области малых токов суммарный коэффициента нарастает медленнее, а это обеспечивает большие напряжения переключения (см. петит в конце данного раздела).

Выражение (5-11) в неявном виде является вольт-амперной характеристикой динистора, так как параметр М в правой части зависит от напряжения. Структура выражения (5-11) такая же, как в случае лавинного транзистора при /б = О [см. (5-3)]. Такое сходство вполне естественно, поскольку оба составляющих транзистора в динисторе (рис. 5-7, б) включены по схеме ОЭ с оборванной базой.

Вольт-амперная кривая динистора вместе с его условным обозначением показана на рис. 5-8. Как видим, она подобна характеристике лавинного транзистора в схеме ОЭ (см. рис. 5-5). Однако существенным преимуществом динисторов является то, что рабочее напряжение в области больших токов у них значительно меньше и почти не зависит от тока. Кроме того, динисторы работают без всякого предварительного смещения в цепи базы в отличие от лавинных транзисторов, у которых такое смещение необходимо (рис. 5-5, а). Критические точки характеристики на рис. 5-8, в которых г = dUldI = О, называют соответственно точкой прямого переключения (ПП) и точкой обратного переключения (ОП).

Происхождение отрицательного участка на характеристике динистора обусловлено той же причиной, что и в лавинном транзисторе, т. е. тем, что у обоих приборов на этом участке задан постоянный ток базы (у динистора он равен нулю). Поэтому должно выполняться соотношение dl = т. е. дифференциальный коэффициент а должен быть все время равен единице. С ростом тока величина а стремится возрасти, но это возрастание предотвращается уменьшением напряжения на коллекторном переходе, т. е. ослаблением ударной ионизации. Такой же вывод следует из формул (5-3) и (5-11), в которых знаменатель не может

* Ток /ко при том его определении, которое дано в формуле (5-10), тоже зависит от напряжения. Однако учет этой зависимости наряду с зависимостью M{U) сильно усложняет задачу. В некоторых случаях (например, если переход Яз зашунтирован небольшим, заранее известным сопротивлением), можно пренебречь функцией М (Ц) и считать зависимость от напряжения сосредоточенной в функции /ко(- Общая методика анализа при этом не меняется.

быть отрицательным, и, следовательно, начиная с некоторой рабочей точки, увеличение интегрального коэффициента а должно сопровождаться уменьшением коэффициента М, т. е. уменьшением коллекторного напряжения.

Несмотря на определенное сходство с лавинным транзистором, динистор имеет принципиальную особенность. Эту особенность легко показать, если представить вольт-амперную характеристику в форме U{I), аналогичной форме (5-4) для лавинного транзистора. Подставив выражение (2-55) в (5-И) и решив последнее относительно напряжения, получим:

(5-12)

Сравнивая (5-4) и (5-12), приходим к следующему важному выводу. У лавинного транзистора, у которого к < 1 при любом токе, напряжение {У всегда имеет конечную величину. У динистора,

®

®

о.) - б)

Рис. 5-8. Вольт-амперная характеристика динистора.

а - вачальныи участок; 6 - полная кривая.

у которого суммарный коэффициент а = + щ, может превышать единицу, напряжение U (точнее напряжение на коллекторном переходе) делается равным нулю при некотором конечном токе /. При еще большем токе формулы (5-11) и (5-12) становятся недействительными, так как коллекторный переход оказывается смещенным в п р я м о м направлении и механизм работы динистора Качественно изменяется. Рассмотрим отдельные участки характеристики, показанной на рис. 5-8.

Начальный участок i характерен очень малыми токами, при которых можно считать а О. Сопротивление на этом участке Весьма велико, поэтому заданной величиной всегда бывает напряжение, а ток можно найти по формуле (5-11).

На переходном участке 2 рост напряжения замедляется, а сопротивление резко падает. Эти изменения являются следствием увеличения коэффициента а и могут быть легко оценены с помощью выражения (5-12).