жизни носителей и зависимость коэффициентов передачи тока от времени жизни (подробнее см. в [1.8, 1.9].

Необходимо отметить, что переключение полупроводниковой структуры тиристора в проводящее состояние анодным напряжением при отсутствии или недостаточном уровне управляющего сигнала недопустимо. Это объясняется тем, что в этом случае из-за неизбежной неоднородности полупроводниковой структуры переключение происходит не по всей площади р-п перехода и даже не по всей площади начального включения, как при включении по управляющему электроду, а только в отдельных зонах достаточно малого сечения. При этом плотность тока в возникающих токопроводящих каналах может достигать больших значений, так как ток ограничивается только параметрами питающей сети. Локальный перегрев полупроводниковой структуры вызывает стягивание тока в точки повышенного нагрева, что может вызвать необратимый тепловой пробой полупроводниковой структуры или деградацию ее электрофизических параметров и характеристик.

Процесс включения тиристора. Эффект dildt. Открытое состояние тиристора. Под включением тиристора понимают процесс перевода его из закрытого (непроводящего) состояния с низкой проводимостью в открытое (проводящее) состояние с высокой проводимостью при приложении к нему прямого напряжения.

Для рассматриваемых видов тиристоров применяют включение их по управляющему электроду. Схема подключения тиристора к внешним источникам напряжения в этом случае показана на рис. 1.11, а.

Пусть к основным выводам тиристора приложено прямое напряжение, меньшее, чем напряжение переключения его полупроводниковой структуры: Ua<Ubo (эмиттерные переходы

I El I

-О о-

-о о-

+ - - +

ho f---

Рис. 1.11. Схема подключения (я) и ВАХ (б) силового тиристора при различных токах управления -

ji и Уз смещены в прямом направлении, а коллекторный переход J2 смещен в обратном), и через структуру течет небольшой ток утечки. При подключении к управляющему выводу положительного полюса источника управляющего напряжения, как показано на рис. 1.11, а, через базовый слой р2, эмиттерный переход Уз и эмиттерный слой «2 будет протекать ток управления Iq, т. е. в базу р2 будут вноситься дырки (основные носители заряда этого слоя), а в эмиттер - И2-электроны (основные носители заряда этого слоя). Формула (1.7) при этом принимает вид [1.2]

J nG + d + hc /1 ОЧ

У£,=---. (1.»;

1-ар-а„

Увеличение тока приводит к росту инжекции из обоих эмиттерных переходов, в результате чего происходит накопление зарядов в обоих базах тиристора. Когда накопленный заряд достигает некоторого критического значения 2кр> происходит переключение тиристора в открытое состояние.

Полное падение напряжения на полупроводниковой структуре тиристора во включенном состоянии C/j равно алгебраической сумме падений напряжений на всех переходах плюс падение напряжения на всех слоях р-п-р-п структуры. При этом оказывается, что, начиная с плотностей тока, больших 1 A/cм, в низкоомной и-базе тиристора реализуется высокий уровень инжекции, и значение падения напряжения на этой области, дающее существенный вклад в C/j-, начинает зависеть от плотности тока нелинейно (см. [1.6, § 3]). Для практических целей обычно используют линейную аппроксимацию типа (1.4) или степенную типа (1.5).

Типичные зависимости анодных тока и напряжения тиристора от времени в процессе включения (перевода из непроводящего прямого состояния в проводящее) тиристора приведены на рис. 1.12.

Переходный процесс включения тиристора складывается из трех основных этапов: задержки, нарастания тока (спада напряжения) и установления стационарного состояния.

Под задержкой понимают начальный этап процесса включения тиристора от момента подачи импульса тока управления /о (рис. 1.12, а) до момента t, соответствующего началу нарастания анодного тока и спада анодного напряжения. Время задержки включает время пролета носителей t„ заряда через базовые слои полупроводниковой структуры тиристора и время накопления в ее базовых слоях заряда gp. За это время ток утечки структуры тиристора нарастает до тока переключения структуры (рис. 1.12,6).

При больших амплитудах импульса тока управления и крутом его фронте с ростом тока управления время накопления

t„ стремится к нулю, а время задержки -к некоторому минимальному значению, определяемому временем пролета t„. С ростом напряжения, приложенного к тиристору в прямом направлении, эффективные толщины базовых слоев его полупроводниковой структуры уменьшаются вследствие расширения слоя объемного заряда коллекторного перехода J2, что снижает время пролета носителей заряда и уменьшает время задержки включения тиристора.

Продолжительность этапа задержки определяет минимально необходимую длительность отпирающего тока управления тиристора.

Зависимость анодного тока тиристора от времени на интервале его нарастания при включении (рис. 1.12,6, интервал /, - г 2) обычно имеет экспоненциальный характер. Одновременно с ростом анодного тока начинает уменьшаться напряжение на тиристоре (рис. 1.12, в), при этом следует иметь в виду, что включение тиристора происходит не одновременно по всей его площади, а лишь в ограниченной области вблизи управляющего электрода. Это приводит к тому, что анодный ток тиристора, нарастающий со скоростью, определяемой параметрами внешней электрической цепи, протекает не по всей площади структуры, а только по ее уже включившейся части. Плотность анодного тока тиристора, протекающего по уже включившейся площади его структуры, зависит как от скорости увеличения этой площади, так и от скорости нарастания анодного тока и, как правило, оказывается выше плотности тока в установившемся состоянии, когда структура включена полностью, а ток достиг допустимого значения. Повышенная плотность тока на начальной стадии процесса включения тиристора вызывает повышенный локальный перегрев первоначально включившейся области полупроводниковой структуры-это явление называют эффектом di/dt. Способность тиристора выдерживать определенную скорость нарастания анодного прямого тока при включении характеризуется величиной {di/dt)„it при определенных условиях включения.

Эффект di/dt возникает благодаря тому, что сопротивление базовых слоев полупроводниковой структуры тиристора вдоль

Рис. 1.12. Типичные зависимости тока и напряжения в процессе включения тиристора