Запирающее напряжение

Время выключения состоит из двух составляющих: времени восстановления обратной запирающей способности катодного и анодного р—n-переходов и времени восстановления прямой запирающей способности. Время выключения тиристоров зависит от следующих факторов:

Время восстановления запирающей способности тиристоров в в обратном направлении имеет большое значение при их последовательном соединении. В этом случае к тиристору, который имеет г минимальное время восстановления и первым восстанавливает запирающую способность в обратном направлении, прикладывается все обратное напряжение. Это может привести к пробою тиристора. Важным параметром тиристора является допустимая скорость нарастания прямого напряжения dUnv/dt, которую необходимо учитывать при проектировании преобразователей во избежание ложного включения тиристоров. Напряжение переключения ?/пср резко уменьшается с ростом dUnv/dt из-за влияния зарядной емкое-

В момент (г избыточная концентрация дырок у перехода П1 также уменьшается до нуля, вблизи перехода начинается образование ОПЗ, практически все обратное напряжение прикладывается к этому переходу и обратный ток уменьшается до значения обратного тока утечки. Заряд избыточных дырок Qp в /t-базе к моменту /2 изменяется незначительно. На самом деле убыль этого заряда за счет ухода через переход П1 и рекомбинацию восполняется инжекцией дырок через прямосме-щенный переход П2. Так как р-база легирована у тиристоров много больше, чем n-база (см. 3.5, а), то коэффициент инжекции этого перехода также равен 1, т.е. /Я2=0 и /Pi = /p2; значит, сколько дырок уходит через П1, столько же их входит через П2 и заряд Qp за счет обратного тока практически не уменьшается. Поэтому время выключения тиристора <выкл обычно много больше времени восстановления обратной запирающей способности /„ос.обр- Значение /Выкл определяется в основном длительностью восстановления прямой запирающей способности

В момент восстановления прямой запирающей способности заряд в базе транзистора уменьшается до некоторого значения Q,,, т. е.

Применение комбинации тиристор — диод на основе дискретных приборов может привести к увеличению времени выключения тиристора в схеме. Это увеличение СЕ:ЯЗЗНО прежде всего с влиянием индуктивно-стей монтажа L\, Li ( 3.76, б). Под действием электромагнитной индукции в контуре тиристор — диод возникает реактивный ток i и время восстановления обратной запирающей способности тиристора резко увеличивается.

2) этап восстановления обратной запирающей способности (обратный ток уменьшается до тока утечки /ут) (интервал t2 — ^з) ;

Схема замещения анодной цепи тиристора при выключении представлена на 6.27,6: на первом этапе переходного процесса выключения (от начала коммутации t = t^ до t = t%) анодный ток тиристора задается внешней нагрузкой, а тиристор замещается динамическим сопротивлением г дин и источником остаточного напряжения U0; на этапе восстановления обратной запирающей способности (^— —/з) тиристор представляется источником тока г0бР:

На этапе восстановления прямой запирающей способности (/з—Л) тиристор замещается зарядоуправляемой моделью, при этом (см. § 3.3.5)

На остальных конденсаторах напряжение сохраняет нулевое значение. В момент восстановления обратной запирающей способности всеми приборами ростах можно записать из схемы замещения на 8.7

8.6. Диаграммы изменения токов через последовательно соединенные приборы на интервале восстановления обратной запирающей способности

8.7. Схема замещения последовательно соединенных приборов на интервале восстановления обратной запирающей способности (в динамике)

Запирающее напряжение

Блоки иг-генератор можно перевести в ждущий режим, если запереть транзистор по базе положительным напряжением или по эмиттеру — отрицательным. Для запуска схемы необходимо подать отпирающий импульс, превышающий по амплитуде запирающее напряжение. При этом начинается описанный лавинообразный процесс, формируется один импульс и блокинг-генератор возвращается в исходное ждущее состояние.

Чем выше анодное напряжение Ua, тем больше запирающее напряжение t/3an. Характеристики /а = f (?7C) в средней части близки к закону степени трех вторых, но в нижней части они приближаются к закону степени пяти вторых, потому что при больших отрицательных напряжениях на сетке начинает проявляться «теневой эффект». Он заключается в том, что витки сетки как бы экранируют часть катода, эффективная поверхность катода уменьшается и электроны летят к аноду не со всей поверхности пространственного заряда вблизи катода, а только

Ток заряда конденсатора создает на резисторе #С2 положительное по отношению к сетке лампы Л2 падение напряжения ыс2, поддерживающее лампу Л2 в открытом состоянии. При этом большая часть тока заряда конденсатора будет протекать через промежуток сетка — катод открытой лампы. В то же время конденсатор СР2 будет разряжаться через открытую лампу Л2 и резистор #с]. Ток iC2 разряда конденсатора Ср2 вызывает падение напряжения нс1 на резисторе Rn, превышающее по величине запирающее напряжение лампы Лг. По мере разряда конденсатора СР2 (промежуток времени от / = 0 до ^) отрицательное напряжение на сетке лампы Л\ постепенно уменьшается и в момент времени ^ становится равным напряжению запирания лампы Лх. В этот момент лампа Jlv начинает открываться. За счет положительной обратной связи происходит скачок длительностью в несколько десятых долей микросекунды (длительность этого скачка на рисунке не показана, она соответствует моменту времени ^), в течение которого лампа Л± открывается, а лампа Л2 запирается. Этот скачок называют опрокидыванием схемы.

Рассмотрим выходную характеристику полевого транзистора ( 53), представляющую собой зависимость тока стока /с от напряжения на стоке Ucv\ при нулевом напряжении ?/3и = 0 на затворе. При УС\Л = О сечение канала одинаково по всей длине в направлении от истока к стоку ( 52, а). При небольшом значении U^^ проходящий от стока к истоку ток /с вызывает падение напряжения вдоль канала 4, увеличивающееся линейно от нуля в области истока до t/си в области стока. Вследствие этого запирающее напряжение на управляющем р-п-пе-реходе также меняется вдоль канала, возрастая от —С/зи — 0 = —^зи I у истока до — УЗИ ~ ^си I У стока, и соответственно толщина слоев

(в это время на входах Х\—Хц имеется отрицательное запирающее напряжение), либо через транзисторы Т\—Г4, когда на их базы попадает потенциал, больший ?/„„.

Кроме рассмотренного выше, БТ может работать в следующих режимах: отсечки, когда ооа перехода находятся под действием обратных напряжений; насыщения, когда оба перехода находятся под действием прямых напряжений; инверсном режиме, когда к эмиттерному переходу приложено запирающее напряжение, а к коллекторному переходу — отпирающее. Последний режим часто встречается при работе БТ в качестве ключа разнополярных-электрических сигналов.

Однако учитывая, что ток /КБО незначителен, можно считать /К«а6т/э. Из последнего выражения видно, что БТ является прибором, управляемым током: значение коллекторного тока зависит от входного эмиттерного тока. Если рассматривать БТ как прибор с зависимыми источниками (см. § 7.9), то он близок по свойствам к источнику тока, управляемому током (ИТУТ). В свою очередь, входным током /э управляет прямое напряжение UB3. Как видно из потенциальной диаграммы, показанной на 16.16,6, с ростом прямого напряжения уменьшается потенциальный барьер эмиттерного перехода. Это сопровождается экспоненциальным ростом тока эмиттера /э. К коллекторному переходу в активном режиме прикладывается большое запирающее напряжение. Как видно из потенциальной диаграммы, это приводит к значительному увеличению потенциального барьера коллекторного перехода. Вследствие того, что напряжение в цепи коллектора значительно превышает напряжение в цепи эмиттера, а токи в цепях эмиттера и коллектора примерно равны, мощность полезного сигнала на выходе схемы оказывается существенно большей, чем на входе. Это и открывает широкие возможности использования БТ в качестве усилительных приборов.

Для реализации ПТ с управляющим ^-«-переходом у полупроводникового стержня />-типа сверху и снизу создают слои с высокой концентрацией донорной примеси Nu, соединенные между собой и подключенные к внешнему выводу — затвору. Эти слои принято обозначать п +. Структура п+-р представляет собой электронно-дырочный переход. Известно, что у электронно-дырочного перехода N hn = Nahp. Следовательно, так как Nn»Na, то /г„
Полевые транзисторы с ^-«-переходом при одинаковых геометрических размерах с МДП транзисторами могут иметь в рабочем режиме меньшие входные емкости. Это объясняется тем, что в рабочем режиме к электронно-дырочному переходу «затвор — канал» прикладывается запирающее напряжение и, следовательно, барьерная емкость перехода (аналогично варикапу) уменьшается.

В каскаде с ПТ ( 16. 29, а) заданное положение рабочей точки А задается постоянным напряжением ?/3ио- Так как к />-л-переходу транзистора в рассматриваемом режиме прикладывается запирающее напряжение, то входной ток чрезвычайно мал и не оказывает существенного влияния на режим работы схемы. Важным достоинством каскада на ПТ является высокое входное сопротивление.