Феноменологическое описание ВАХ динистора

Для объяснения ВАХ динистора используют двухтранзисторную модель. Из рисунка 7.5 следует, что тиристор можно рассматривать как соединение р‑n‑р транзистора с n‑р‑n транзистором, причем коллектор каждого из них соединен с базой другого. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом П₁, и как коллектор электронов, инжектируемых переходом П₂.

Рис. 7.5. Двухтранзисторная модель диодного тиристора

Взаимосвязь между токами эмиттера I_э, коллектора I_к и статическим коэффициентом усиления по току α₁ р₁‑n₁‑р₂ транзистора и α₂ n₂‑р₁‑n₁ транзистора следующая. Представляя динистор как два транзистора, запишем следующие соотношения.

Пусть– ток через переход П₁. Тогда часть тока , дошедшая до коллекторного перехода П₃ , будет равна:

. (7.1)

Если – ток через переход П₂, аналогично:

. (7.2)

Учтем еще один фактор – лавинное умножение в переходе П₃ через коэффициент лавинного умножения М. Тогда суммарный ток через переход П₃ будет равен:

, (7.3)

где I_К0 – обратный ток перехода П₃ (генерационный и тепловой).

 

В стационарном случае токи через переходы П₁, П₂, и П₃ равны, тогда

, (7.4)

откуда

, (7.5)

где α = α₁ + α₂ – суммарный коэффициент передачи тока первого (p₁‑n₁‑p₂) и второго (n₂‑p₂‑n₁) транзисторов.

Выражение (7.5) в неявном виде описывает ВАХ диодного тиристора на «закрытом» участке, поскольку коэффициенты М и α зависят от приложенного напряжения V_G. По мере роста α и М с ростом V_G, когда значение М(α₁ + α₂) станет равно 1, из уравнения (7.5) следует, что ток I устремится к ∞. Это условие и есть условие переключения тиристора из состояния «закрыто» в состояние «открыто».

Напряжение переключения U_перекл составляет у тиристоров от 20-50 В до 1000-2000 В, а ток переключения I_перекл – от долей микроампера до единиц миллиампера (в зависимости от площади).

Таким образом, в состоянии «закрыто» тиристор должен характеризоваться малыми значениями α и М, а в состоянии «открыто» – большими значениями коэффициентов α и М.

В закрытом состоянии (α – малы) все приложенное напряжение падает на коллекторном переходе П₃ и ток тиристора – это ток обратно смещенного p‑n перехода. Энергетическая диаграмма тиристора в состоянии равновесия приведена ранее на рисунке 7.1, а в режиме прямого смещения («+» на слое р₁) в закрытом состоянии представлена на рисунке 7.6.

Рис. 7.6. Зонная диаграмма и токи в тиристоре в закрытом состоянии [5]

Если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы П₁ и П₃ будут смещены в обратном направлении, а П₂ – в прямом. ВАХ тиристора в этом случае будет обычная ВАХ двух обратносмещенных p‑n переходов.