Интенсивное снижение концентрации избыточных носителей заряда приводит в первую очередь к восстановлению запирающих свойств переходом j. Однако напряжение пробоя перехода уз у рассматриваемых видов тиристоров не превышает 10 В, при большем приложенном напряжении этот переход пробивается, и его сопротивление после этого практически не ограничивает обратный ток через тиристор.

Поэтому обратный ток продолжает (после лавинного пробоя перехода уз) возрастать с прежней скоростью до момента ?2> когда концентрация дырок в базовом слое на границе с переходом yl падает до нуля, при этом переход yl смещается в обратном направлении, его сопротивление резко возрастает и он принимает на себя напряжение. Это приводит к уменьшению скорости нарастания обратного тока:

dt L,

где £/,1-напряжение на восстанавливающемся эмиттерном переходе yj.

В момент 3 (рис. 1.15) напряжение на переходе yl достигает £4, а скорость нарастания обратного тока согласно (1.14) становится равной нулю, при этом обратный ток достигает наибольшего значения и начинает убывать, так как избыточный накопленный заряд уменьшается настолько, что начинает ограничивать обратный ток. Поэтому на интервале <з-/4 (рис. 1.15, а) обратный ток тиристора резко убывает с уменьшением концентрации избыточных носителей заряда в слоях полупроводниковой структуры..

Напряжение на тиристоре, воспринимаемое коллекторным переходом yl, начиная с момента ?з (рис. 1.15,6), определяется следующим образом:

dt)f

где I --) - скорость спада обратного тока тиристора на

\dtjf интервале -14..

К моменту ?4 обратный ток тиристора уменьшается до установившегося значения, скорость его изменения становится равной нулю, а приложенное напряжение уменьшается до U. Избыточный заряд электронов в базовом слое р2 к этому моменту практически исчезает. Избыточный заряд в базовом слое «1 в этот же момент t. имеет непулевое значение, и полупроводниковая структура еще не восстановила своих запирающих свойств в прямом направлении. Дело в том.

, что, несмотря на протекание через тиристор в интервале времени /3-?4 значительного обратного тока, избыточный заряд в базовом слое структуры убывает практически - только за счет естественной рекомбинации дырок и электронов. Это связано с тем, что вместо дырок, уносимых обратным током через переход ji, в базовый слой поступают дырки из базового слоя р2, в котором они являются основными носителями заряда.

После момента ?4.(?>?4.) процесс рекомбинации продолжается, избыточный заряд дырок в базовом слое «i структуры ;. уменьшается, и в момент /5, когда избыточный заряд дырок в базовом слое rii структуры, убывая, станет меньшим Q, переходный процесс выключения тиристора считается законченным. Начиная с этого момента тиристор, не включаясь, способен выдерживать допустимое прямое напряжение, нара-(, стающее с допустимой скоростью.

Из рис. 1.15 следует, что на интервале времени to-/2 напряжение на тиристоре мало и при протекании спадающего прямого и нарастающего обратного тока мощность потерь • в его полупроводниковой структуре мала; на интервале времени t2-t., когда восстанавливается запирающая способность коллекторного перехода 71 и через него протекает обратный ток, а обратное напряжение резко возрастает, мгновенная мощность потерь в полупроводниковой структуре может быть значительной (до десятков киловатт); на интервале времени t,-t I и далее при протекании через тиристор достаточно малого ; обратного тока даже при приложении допустимого обратного 1, напряжения мгновенная мощность потерь в структуре тири-, стора относительно мала.

Как уже отмечалось, время выключения тиристора tg в значительной степени определяется временем жизни дырок в толстой и-базе (тЛ. Для грубых оценок можно принять, ;что [1.10]

?,=(6-10)v (1.15)

Если в момент t>t5 (рис. 1.15) к тиристору приложить допустимое прямое напряжение, нарастающее со скоростью, превосходящей допустимое значение, то тиристор включится без подачи отпирающего импульса на его управляющий электрод. Произойдет включение по аноду вследствие эффекта dU/dt.

Процесс включения тиристора по аноду в этом случае происходит следующим образом. Как было отмечено, в закрытом состоянии вблизи перехода J2 образуется ООЗ. Пусть ее толщина задается соотношением (1.2), т.е. wyju. Наличие слоя объемного заряда между нейтральными слоями можно

упрощенно интерпретировать как наличие плоского конденсатора, имеющего емкость С. Учитывая, что емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна его толщине, приходим к выводу, что тиристор в закрытом состоянии эквивалентен конденсатору с емкостью C~l t/. Однако, как известно из электротехники, если к конденсатору приложить изменяющееся во времени напряжение, то через него потечет ток

Следовательно, при приложении к тиристору напряжения, нарастающего со скоростью dU/dt, в нем возникает ток Ic{t), пропорциональный U~dUjdt. Этот ток оказывает на тиристор такое же действие, как и ток управления, и, если введенный током Ic{t) заряд превысит значение Q, тиристор перейдет в открытое состояние. Для рассматриваемых видов тиристоров включение их таким образом является нежелательным процессом (так как степень локальности при этом гораздо выще, чем при включении по управляющему электроду), и для его исключения принимаются меры технологического характера, повышающие стойкость тиристоров к dU/dt, а при применении тиристоров предусматриваются схемные решения, ограничивающие на допустимом уровне скорость нарастания приложенного к тиристору напряжения.

Глава 2

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ДИОДОВ И ТИРИСТОРОВ

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАРАМЕТРАХ И ХАРАКТЕРИСТИКАХ СПП

Свойства и качество СПП как элементов схем силовых полупроводниковых преобразовательных устройств, а также условия, обеспечивающие их работоспособность, описывают определенным набором показателей, состоящих из ряда параметров и характеристик [2.1-2.3].

Параметрами СПП называют установленные действующими стандартами величины, определяющие допустимые значения основных воздействующих на прибор факторов в оговоренных условиях и (или) характеризующие основные отличительные свойства прибора, относящие его к определенным виду и подвиду прибора.