7.3. 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 I_П1 - ток через переход П₁. Тогда часть тока I_П1, дошедшая до коллекторного перехода П₃ I_{П1 → П3}, будет равна:

   (7.1)

Если I_П3 - ток через переход П₂, аналогично:

   (7.2)

Учтем еще один фактор - лавинное умножение в переходе П₃ через коэффициент лавинного умножения М. Тогда суммарный ток I_П3 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.