2000

2 Ur,B

Рис. 1.7. Процесс выключения диода

Рис. 1.6. Вольт-амперная характеристика тиристора типа Т173-1250 в открытом

состоянии и ее линейная (--- -) и степенная (-----) аппроксимации:

и=0,119г-

ода резко увеличивается и через него начинает протекать прямой ток /р. Физические процессы в самом диоде могут оказывать влияние на процесс нарастания прямого тока только при временах до нескольких десятков микросекунд. За это время заканчивается процесс модуляции проводимости диода, после чего скорость нарастания прямого тока, а также его установившееся значение определяются напряжением источника питания и сопротивлением внешней цепи (при условии, что прямым напряжением на диоде можно пренебречь из-за его малости).

Необходимо отметить, что между нарастаюптим прямым током в процессе установления проводящего состояния диода и падением напряжения на нем наблюдается емкостный сдвиг по фазе, обусловленный наличием диффузионной емкости Q. Эта емкость определяется как отношение приращения заряда избыточных неосновных носителей, накопленных в р- и и-слоях структуры, к соответствующему приращению прямого напряжения на р-п переходе.

Переходный процесс выключения силового Полупроводникового диода. Под процессом выключения диода понимается динамический процесс перехода диода из проводящего состояния в непроводящее. Рассмотрим основные явления в процессе выключения. При приложении к прямосмещенному диоду обратного напряжения U (рис. 1.7) прежде всего начинает уменьшаться прямой ток г>. Скорость его спада определяется

характером изменения полярности напряжения источника и параметрами внешней цепи, к которой подключен диод.

С уменьшением прямого тока через диод будет уменьшаться и накопленный в нем заряд неосновных носителей заряда. В момент, когда прямой ток через диод станет равным нулю, накопленный заряд неосновных носителей, как правило, еще не достигает нулевого значения и зависит от предшествующего прямого тока диода, скоростей его спада и рекомбинации носителей заряда.

Начиная с момента t-0, когда прямой ток через диод достиг нулевого значения, под действием изменившего свою полярность напряжения источника по цепи потечет ток в обратном направлении, а через диод-обратный ток iji (рис. 1.7). Накопленный заряд будет продолжать уменьшаться со скоростью, определяемой скоростью рекомбинации неосновных носителей заряда и их переносом через р-п переход, протекающим чфез него обратным током, при этом обратный ток диода будет возрастать со скоростью, определяемой приложенным ко внешней цепи напряжением и индуктивностью внешней цепи, до тех пор, пока концентрация неосновных носителей заряда в полупроводниковой структуре диода будет достаточна дЛя протекания такого тока (рис. 1.7, интервал to~ti)- В этом интервале времени напряжение на диоде ничтожно мало, оно имеет знак прямого напряжения и обусловлено не падением внешнего напряжения на диоде, а внутренней ЭДС объемных зарядов неосновных носителей зарядов. По мере очищения слоев полупроводниковой структуры диода от инжектированных носителей заряда скорость нарастания обратного тока снижается, так как р-п переход структуры начинает восстанавливать способность блокировать обратное напряжение (рис. 1.7, интервал fj -fi)- В момент t2, когда скорость нарастания обратного тока диода, снижаясь, достигает нулевого значения, обратный ток достигает максимума, а обратное напряжение на диоде становится равным напряжению источника за вычетом падения напряжения во внешней цепи,-к которой подключен диод. С этого момента начинаются ограничение и спад обратного тока диода, вызванные недостатком неосновных носителей заряда в слоях полупроводниковой структуры. Скорость спада обратного тока диода на этом интервале времени определяется только характером изменения концентрации неосновных носителей заряда и не зависит от параметров электрической цепи, к которой подключен диод. Диод на этом интервале его выключения можно рассматривать как генератор тока.

В связи с тем что скорость спада обратного тока, обусловленная электрофизическими свойствами диода, обычно весьма значительна, то из-за наличия во внешней цепи 16

индуктивности возникает перенапряжение, прикладываемое к диоду в обратном направлении. По мере снижения скорости спада обратного тока диода перенапряжение уменьшается, и при достижении обратным током установившегося значения (рис. 1.7, момент tj) обратное напряжение на диоде становится практически равным напряжению внешнего источника. К этому моменту диод окончательно переходит в непроводящее состояние.

1.4. СИЛОВОЙ ТРИОДНЫЙ ТИРИСТОР, НЕ ПРОВОДЯЩИЙ в ОБРАТНОМ НАПРАВЛЕНИИ

Прибор, действие которого основано на использовании свойств полупроводника, с тремя устойчивыми состояниями (открытое, закрытое и обратное непроводящее), имеющий три р-п перехода и три электрических вывода (анодный, катодный и управляющий), называется триодным тиристором (далее- тиристором), не проводящим в обратном направлении. При приложении положительного напряжения к анодному выводу тиристора он может быть переключен из закрытого состояния в открытое отпираюпщм сигналом по управляющему электроду, а при отрицательном напряжении на анодном выводе не переключается и остается в обратном непроводящем состоянии.

Силовой тиристор представляет собой многослойную полупроводниковую структуру, состоящую из четырех чередующихся слоев полупроводника дырочного р- и электронного «-типов проводимости (Р1-П1-Р2-П2), образующих три электронно-дырочных р-п перехода: ji-jj, (рис. 1.8, а). Внешние слои pi и «2 полупроводниковой структуры и соответствующие внешние р-п переходы ji и уз принято называть эмиттерными, а внутренние слои п п р2 w внутренний р-п переход J2-коллекторными.

Стороны внешних (эмиттерных) слоев полупроводниковой структуры тиристора pi и «2, противоположные сторонам, образующим эмиттерные переходы ji и уз соответственно, соединены с металлическими контактами, образующими два основных контактных вывода тиристора. Вывод, соединенный с р-слоем структуры, называется анодным (А) выводом тиристора, вывод, соединенный с «-слоем структуры,- катодным (К) выводом тиристора. Коллекторный слой полупроводниковой структуры тиристора (/72-слой), называемый иногда базовым слоем, с помощью мета.члического контакта соединяется с управляющим (G) выводом тиристора.

В зависимости от полярности приложенного к основным выводам тиристора напряжения он может находвз*г*Вледу-ющих трех устойчивых состояниях: зa«poм!iнeп]p)bgQД!Щeм)