Уравнение ВАХ тиристора.

Эквивалентная модель тиристора позволяет получить уравнение ВАХ в закрытом состоянии. Для динистора ток перехода П2 можно записать:

I_П2 = I = a_pI_П1 + a_nI_П3 + I_KO , (2.2)

где I_П1, I_П2,, I_П3 – токи переходов П1, П2, П3; a_p , a_n – статические коэффициенты передачи токов эмиттера транзисторов VT1 и VT2; I_KO – обратный ток коллектора, он является общим для обоих транзисторов.

Условие баланса токов для динистора соответствует равенству всех токов между собой:

I_П1 = I_П2 = I_П3 = I (2.3)

Тогда полный ток динистора

I = I_KO / (1 - a), (2.4)

где a = a_p + a_n – суммарный статический коэффициент передачи тока тиристорной структуры.

Выражение (2.4) представляет уравнение ВАХ динистора в закрытом состоянии. Напомним, что коэффициент передачи тока эмиттера a транзистора изменяется в зависимости от ряда факторов. В частности он растет при:

- увеличении тока эмиттера из-за уменьшения влияния рекомбинации в эмиттерном переходе и появления электрического поля в базе из-за увеличения градиента концентрации носителей заряда;

- увеличении напряжения на коллекторном переходе из-за уменьшения толщины базы и увеличения коэффициента лавинного размножения в коллекторном переходе.

По этим причинам статические коэффициенты передачи тока эмиттера a_p и a_n, а также суммарный коэффициент a = a_p + a_n , являются функциями тока I и напряжения U, приложенного к тиристору.

В точке переключения дифференциальное сопротивление тиристора равно нулю. До переключения почти все напряжение, приложенное к тиристору, падает на переходе П2. Дифференцируя (2.2) по напряжению с учетом (2.3) и принимая во внимание что

получим для дифференциального сопротивления:

(2.5)

На участке ОА ВАХ r> 0, на участке АВ – r_диф < 0. Точка А – точка перехода из закрытого состояния в открытое, в ней r = 0. Это условие из (2.5) выполняется, если

(2.6)

Величина - дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера транзистора, поэтому (2.6) запишем в виде:

a_pдиф + a_nдиф = 1. (2.7)

Обычно это условие удовлетворяется раньше, чем условие равенства единице суммы статических коэффициентов передачи токов VT1 и VT2, так как дифференциальные коэффициенты передачи несколько больше статических.

Превышение a_диф > 1 означает, что приращение тока коллектора больше приращения тока эмиттера. Это условие означает накопление зарядов в базовых областях, о чем уже говорилось выше. Избыточные заряды в базах уменьшают напряжение на коллекторном переходе (участок АВ ВАХ).

После переключения тиристора из закрытого состояния в открытое рост тока через тиристор увеличивает суммарный коэффициент a_диф = a_pдиф + a_nдиф, но резкое уменьшение напряжения на всей тиристорной структуре уменьшает его. Поэтому соотношение (2.7) можно считать не только условием переключения тиристора, но и уравнением ВАХ на участке переключения АВ.

Если в p-базу тиристора подается положительный ток управления I_у, то во втором слагаемом (2.2) к току инжекции I_П3 через эмиттерный переход П3 надо добавить ток управления. После соответствующих преобразований вместо (2.4) получим:

(2.8)

Соотношение (2.8) показывает, что подача тока I_у >0 усиливает действие внутренней ПОС из-за увеличения инжекции катодным (управляющим) переходом тиристора. При этом за счет добавки a_nI_у собственный ток коллекторного перехода П2 в точке переключения будет меньше, чем при I_у =0, то есть будет достигаться при меньших напряжениях U на тиристоре (рис.5).

Обратная ветвь ВАХ тиристора подобна обратной ветви ВАХ полупроводникового диода, так как при подаче на тиристор обратного напряжения все три перехода будут заперты.