Laboratorium Elektroniki cz I 2

Ćwiczenie 8

BADANIE TYRYSTORA

8.1.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania tyrystora, sposobem zdejmowania i przebiegiem charakterystyk statycznych oraz wyznaczaniem i sposobem pomiaru podstawowych parametrów. Ćwiczenie zapoznaje słuchacza również z podstawowymi sposobami sterowania tyrystorów.

8.2.    Wprowadzenie

Większość stosowanych w praktyce tyrystorów, których działanie opiera się na mechanizmie wewnętrznego sprzężenia zwrotnego, jest wykorzystywana jako przełączniki ze względu na dwa typowe stany: stan nieprzewodzenia oraz stan przewodzenia, jak również małą moc pochłanianą w tych stanach. Obecnie produkuje się tyrystory o wartościach prądów granicznych od kilku miliamperów do setek amperów oraz napięć zaporowych dla tyrystorów mocy sięgających ponad 1000 V.

Działanie struktury p-n-p-n

Podstawowa struktura tyrystora składa się z czterech kolejnych warstw półprzewodnika p-n-p-n, które tutaj zostaną oznaczone przez p,, m, p₂, n₂ i występujących między nimi trzech złącz oznaczonych przez ji, j_c, j₂, jak to przedstawiono na rys. 8.1 a. Jeżeli do anody A omawianego przyrządu doprowadzi się dodatnie napięcie Ua, to w obwodzie anodowym popłynie prąd U, co sprawia, że warstwy zaporowe ji oraz j₂ zostaną spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a warstwa zaporowa jc zostanie spolaryzowana w kierunku zaporowym. W tym przypadku strukturę p-n-p-n można traktować jako odpowiednie połączenie dwóch tranzystorów: tranzystora

₍_p _oraz tranzystora n-p-n. Do jednego tranzystora należą w rozpat

p-n-P

_Dadk^u

obszary pt-n,-p_2l a do drugiego obszary n₁-p₂-n₂ (rys. 8.1 b). Obszary p, oraz

Rys. 8.1. Podstawowa struktura tyrystora: a) model struktury p-n-p-n, b) tyrystor przedstawiony jako połączenie tranzystorów p-n-p i n-p-n

n₂ są obszarami dwóch emiterów. Obszary ni oraz p₂ są na przemian obszarami bazy dla jednego tranzystora i kolektora dla drugiego tranzystora. Aby uniknąć nieporozumień, nazywa się te obszary bazami, a warstwę zaporową j_c nazywa się kolektorem. W ten sposób w strukturze p-n-p-n na przeciwległych końcach przyrządu są umieszczone dwa emitery: emiter dziur i emiter elektronów. Obydwa emitery wstrzykują nośniki mniejszościowe (odpowiednio dziury i elektrony) do dwóch obszarów baz, które są z kolei umieszczone po obu stronach wspólnego kolektora. Jak zatem widać, w strukturze p-n-p-n kolektor zabiera zarówno elektrony, jak i dziury.

Wyrażenie na prąd anodowy struktury p-n-p-n ma postać:

U =-

a,I_n +I„ +I„

l-(a, +a₂)

SJdzie: l_G . prąd bramki tyrystora,

Isc - prąd nasycenia kolektora j_e, czyli prąd nośników generowanych termicznie w obszarze baz,

lg_C - prąd generacji, czyli prąd nośników generowanych termicznie w warstwie zaporowej j_c,

0^,0^ - zwarciowe współczynniki wzmocnienia prądowego odpowiednich tranzystorów.