Предисловие (стр. 6 )

Статический индукционный транзистор (СИТ или SIT-транзистор) представляет собой полевой транзистор с управляющим p–n-переходом, который может работать при обратном смещении затвора (режим полевого транзистора) и при прямом смещении затвора (режим биполярного транзистора). В результате смешанного управления открытый транзистор управляется током затвора, который в этом случае работает как база биполярного транзистора, а при запирании транзистора на затвор подается обратное запирающее напряжение. В отличие от биполярного транзистора обратное напряжение, подаваемое на затвор транзистора, достигать 30 В, что значительно ускоряет процесс рассасывания неосновных носителей, которые появляются в канале при прямом смещении затвора.

В настоящее время имеются две разновидности СИТ-транзисторов. Первая разновидность транзисторов, называемых просто СИТ, представляет собой нормально открытый прибор с управляющим p–n-переходом. В таком приборе при нулевом напряжении на затворе цепь сток–исток находится в проводящей состоянии (рис.1.27). Перевод транзистора в непроводящее состояние осуществляется с помощью запирающего напряжения Uзи отрицательной полярности, прикладываемого между затвором и истоком. Существенной особенностью такого CИТ транзистора является возможность значительного снижения сопротив-ления канала Rси в проводящем состоянии пропусканием тока затвора при его прямом смещении.

СИТ-транзистор, как и ПТИЗ, имеет большую емкость затвора, перезаряд которой требует значительных токов управления. Достоинством СИТ-транзисторов по сравнению с биполярными транзисторами является повышенное быстродействие. Время включения практически не зависит от режима работы и составляет 20...25 нс при задержке не более 50 нс. Время выключения зависит от соотношения токов стока и затвора.

Для снижения потерь в открытом состоянии СИТ вводят в насыщенное стояние подачей тока затвора. Поэтому на этапе выключения, так же как и в биполярном транзисторе, происходит процесс рассасывания неосновных носителе заряда, накопленных в открытом состоянии. Это приводит к задержке выключения и может лежать в пределах от 20 нс до 5мкс.

Специфической особенностью СИТ-транзистора, затрудняющей его применение в качестве ключа, является его нормально открытое состояние при отсутствии управляющего сигнала (рис.1.27.). Для его запирания необходимо подать на затвор отрицательное напряжение смещения, которое должно быть больше напряжения отсечки.

Этого недостатка лишены БСИТ-транзисторы, в которых напряжение отсечки технологическими приемами сведено к нулю.

Благодаря этому БСИТ-транзисторы при отсутствии напряжения на затворе заперты, так же как и биполярные транзисторы, что и отражено в названии транзистора – биполярные СИТ-транзисторы.

Поскольку СИТ - и БСИТ-транзисторы относятся к разряду полевых транзисторов с управляющим p–n-переходом, их схематическое изображение и условные обозначения такие же. Таким образом, определить СИТ-транзисторы можно только по номеру разработки, что весьма затруднительно, если нет справочника. Например, СИТ-транзистор КП926 имеет максимальное значение напряжения 400 В, ток стока 16 А, напряжение отсечки – 15 В, а БСИТ-транзистор КП955 – напряжение 450 В, ток 25 А, напряжение отсечки 0 В.

Несмотря на высокие характеристики СИТ - и БСИТ-транзисторов, они уступают ПТИЗ по быстродействию и мощности управления. К достоинствам СИТ-транзисторов следует отнести малое сопротивление канала в открытом состоянии, которое составляет 0,1... 0,025 Ом.

1.3.Тиристоры

Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя (или более) p—n-переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для коммутаций в электрических цепях.

Простейшим тиристором с двумя выводами является диодный тиристор (динистор). Триодный тиристор (тринистор) имеет дополнительно третий (управляющий) электрод. Как диодный так и триодный тиристоры имеют четырехслойную структуру с тремя

р–п-переходами (рис. 1.28).

Крайние области р1 и п2 называются анодом и катодом, соответственно, с одной из средних областей р2 или n1 соединен управляющий электрод. П1, П2, П3 – переходы между p- и n-областями.

Источник Е внешнего питающего напряжения подключен к аноду положительным относительно катода полюсом. Если ток Iу через управляющий электрод триодного тиристора равен нулю, его работа не отличается от работы диодного. В отдельных случаях бывает удобно представить тиристор двухтранзисторной схемой замещения с использованием транзисторов с различным типом электропроводности р–n–р и п–р–п (рис. 1.28,б). Как видно из рис.1.28,б, переход П2 является общим коллекторным переходом обоих транзисторов в схеме замещения, а переходы П1 и П3 – эмиттерными переходами. При повышении прямого напряжения Uпр (что достигается увеличением ЭДС источника питания Е) ток тиристора увеличивается незначительно до тех пор, пока напряжение Uпр не приблизится к некоторому критическому значению напряжения пробоя, равному напряжению включения Uвкл (рис.1.29).

При дальнейшем повышении напряжения Uпр под влиянием нарастающего электрического поля в переходе П2 происходит резкое увеличение количества носителей заряда, образовавшихся в результате ударной ионизации при столкновении носителей заряда с атомами. В результате ток в переходе быстро нарастает, так как электроны из слоя п2 и дырки из слоя р1 устремляются в слои р2 и п1 и насыщают их неосновными носителями заряда. При дальнейшем увеличении ЭДС источника Е или уменьшения сопротивления резистора R ток в приборе нарастает в соответствии с вертикальным участком ВАХ (рис.1.29) Минимальный прямой ток, при котором тиристор остается во включенном состоянии называется током удержания Iуд. При уменьшении прямого тока до значения Iпр< Iуд (нисходящая ветвь ВАХ на рис.1.29) высокое сопротивление перехода восстанавливается и происходит выключение тиристора. Время восстановления сопротивления p–n-перехода обычно составляет 10…100 мкс.

Напряжение Uвкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено дополнительным введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к переходу П2. Эти добавочные носители заряда увеличивают число актов ионизации в р–п-переходе П2, в связи с чем напряжение включения Uвкл уменьшается.

Добавочные носители заряда в триодном тиристоре, представленном на рис. 1.28, вводятся в слой р2 вспомогательной цепью, питаемой от независимого источника напряжения. В какой мере снижается напряжение включения при росте тока управления, показывает семейство кривых на рис.1.29.

Будучи переведенным в открытое (включенное) состояние, тиристор не выключается даже при уменьшении управляющего тока Iу до нуля. Выключить тиристор можно либо снижением внешнего напряжения до некоторого минимального значения, при котором ток становится меньше тока удержания, либо подачей в цепь управляющего электрода отрицательного импульса тока, значение которого, впрочем, соизмеримо со значением коммутируемого прямого тока Iпр.

Важным параметром триодного тиристора является отпирающий ток управления Iу вкл– ток управляющего электрода, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние. Значение этого тока достигает нескольких сотен миллиампер.

Из рис. 1.29 видно, что при подаче на тиристор обратного напряжения в нем возникает небольшой ток, так как в этом случае закрыты переходы П1 и П3. Во избежание пробоя тиристора в обратном направлении (который выводит тиристор из строя из-за теплового пробоя хода) необходимо, чтобы обратное напряжение было меньше Uобр. макс.

В симметричных диодных и триодных тиристорах обратная ВАХ совпадает с прямой. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением специальных пятислойных структур с четырьмя p–n-переходами.

В настоящее время выпускаются тиристоры на токи до 3000 А и напряжения включения до 6000 В.

Основные недостатки большинства тиристоров – неполная управляемость (тиристор не выключается после снятия сигнала управления) и относительно низкое быстродействие (десятки микросекунд). Однако в последнее время созданы тиристоры, у которых первый недостаток устранен (запираемые тиристоры могут быть выключены с помощью тока управления).

Симистор (рис. 1.31,а) – это симметричный тиристор, который предназначен для коммутации в цепях переменного тока. Он может использоваться для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного тока.

Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников с различным типом проводимостей и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. Вольт-амперная характеристика симистора приведена на рис. 1.31,в.

Как следует из вольт-амперной характеристики симистора, прибор включается в любом направлении при подаче на управляющий электрод УЭ положительного импульса управления. Требования к импульсу управления такие же, как и для тиристора. Основные характеристики симистора и система его обозначений такие же, как и тиристора. Симистор можно заменить двумя встречно-параллельно включенными тиристорами с общим электродом управления. Так, симистор КУ208Г может коммутировать переменный ток до 10 А при напряжении до 400 В. Отпирающий ток цепи управления не превышает 0,2 А, а время включения – не более 10 мкс.