(эмиттерные переходы и 73 смещены в прямом направлении, коллекторный переход ji смещен в обратном), открытом (проводящем) (все три р-п перехода структуры смещены в прямом направлении), обратном непроводящем (эмиттерные переходы ji и 73 смещены в обратном направлении, коллекторный J2 смещен в прямом, при условии, что приложенное напряжение и протекаюпщй ток находятся в допустимых пределах).

Кроме того, тиристор может переходить из одного устойчивого состояния в другое. В соответствии с этим необходимо учитывать следующие динамические состояния тиристоров: переход из закрытого состояния в открытое при превьпиении приложенным к структуре напряжением значения напряжения переключения (включение по аноду) или при приложении к управляющему электроду отпирающего напряжения (включение по управляющему электроду) и переход из открытого состояния в обратное непроводящее состояние (выключение) при соответствующем изменении полярности напряжения, приложенного к полупроводниковой структуре тиристора. Рассмотрим процессы, происходящие в тиристоре при различной полярности приложенного к нему напряжения.

Обратное непроводящее состояние тиристора. Как отмечалось, при приложении к тиристору напряжения в обратном направлении переходы и 73 смещаются в обратном, а 72-в прямом направлении.

Следует иметь в виду, что у современных тиристоров их полупроводниковые структуры выполняются таким .образом (концентрация примесей по слоям, глубины залегания и профили р-п переходов и т.п.), что р-п переход 73 обладает достаточно низкой запирающей способностью и при приложении к нему обратного напряжения более нескольких вольт в нем наступает лавинный пробой. Поэтому обратное напряжение, приложенное к полупроводниковой структуре тиристора, можно считать приложенным к одному переходу ji, при этом энергия, выделяемая в зоне перехода 73, достаточно мала, так как она ограничена малым напряжением лавинообразования и малым током насыщения обратносмещенного р-п перехода 71.

Однако обратный ток тиристора не будет равен обратному току перехода 7\. Дело в том, -что в тиристоре наличие чередующихся слоев р- и «-типа приводит к возникновению транзисторного эффекта. Его суть заключается в следующем. Структуру р-п-р-п тиристора можно представить как комбинацию из двух транзисторов: р-п-р и п-р-п (рис. 1.8,6). В теории транзисторов показано, что одним из важнейших их параметров является коэффициент передачи тока (а или а„). Коэффициент передачи тока показывает, какая часть тока эмиттера доходит до коллекторного перехода транзистора. 18

Jz л

G -О

А о-

Рг "2

В -о

Рис. 1.8. Структура и обозначение силового тиристора

Для тиристора транзисторный эффект проявляется в том, что, например, обратный ток тиристора оказывается больше, чем ток обратносмещенного перехода ji, за счет дополнительных носителей заряда, поставляемых через базу р-п-р транзистора, при этом рост тока численно описывается множителем (1-(Хр)"". Таким образом, обратный ток тиристора [1.2] (без учета поверхностной составляющей)

1-а„

(1.6)

где и Isc~ как и раньше, диффузионная и генерационная компоненты тока обратносмещенного перехода j.

Типичная зависимость обратного тока тиристора от напряжения приведена на рис. 1.9. Температурную зависимость обратного тока тиристора описывают обычно вьфажением типа (1.3), хотя сама зависимость от Г в тиристоре будет более сильной, чем в диоде, за счет температурной зависимости множителя (1 - (Хр) ~ .

Закрытое состояние тиристора. При приложении к тиристору напряжеш1Я в прямом направлении переходы yl и уз смещаются в прямом направлении, а переход ji - в обратном. Соотношение между уровнями легирования и-базы тиристора и окружающими ее р-слоями таково, что при приложении высокого напряжения ООЗ распространяется в низкоомную иi-базу. Однако в отличие от обратносмещенного состояния, когда ООЗ примыкала к переходу ji, в закрытом состоянии тиристора эта область примыкает к переходу ji. Здесь также будет иметь место транзисторный эффект, в результате чего ток закрытого состояния (без поверхностной компоненты) может быть записан в следующем виде [1.2]:

(1.7)

Заметим, что формула (1.7) [как и (1.6)] верна при напряжениях, существенно меньших напряжения лавинообразования, когда коэффициенты умножения {Мр. и М„) равны единице. Более точные формулы, применимые при высоких напряжениях, можно найти в [1.8]. Типичная зависимость тока /в от напряжения показана на рис. 1.9. Его температурную зависимость также часто описывают выражением типа (1.З.).

Полупроводниковые структуры современных тиристоров выполняются таким образом, что тиристор переходит из закрытого состояния в открытре, если обратное напряжение, приложенное к коллекторному переходу J2, превысит напряжение переключения полупроводниковой структуры Ubo и при этом не произойдет лавинного пробоя этого перехода. Иначе говоря, напряжение лавинного пробоя коллекторного перехода 72 тиристора больше, чем напряжение переключения его полупроводниковой структуры.

При достижении приложенного к полупроводниковой структуре напряжения значений, близких к Ubo, происходит такое расширение области объемного заряда коллекторного перехода J2, смещенного в обратном направлении, что за счет резкого возрастания коэффициента передачи тока знаменатель в (1.7) стремится к нулю, а лавинообразно нарастает до тех пор, пока переход 72 не переключится в прямом направлении, что и означает переключение тиристора в проводящее состояние. На рис. 1.10 приведена типичная зависимость напряжения переключения тиристора от температуры. Резкое уменьшение значения Ugo в диапазоне 150-160° С вызвано сильной зависимостью от температуры знаменателя (17). Физическими причинами этого являются возрастание времени

г»

10"

Рис. 1.9. Типичная прямая и обратная ВАХ тиристора Т142-40 в непроводящем состоянии:

----Ir, - X--Id

Рис. 1.10. Типичная зависимость ria-пряжения Ubo от температуры: v=UBo(Tj)/UBo(Tj=n5°C)