БТИЗ с тиристорным эквивалентом

В отличие от предыдущего в рассматриваемом БТИЗ используется дополнительный слой полупроводника p-типа, играющего функцию коллектора (рисунок 6.18, а). Прибор имеют вертикальную структуру, где верхний электрод является эмиттером. Индуцированный канал образуется между n⁺ и n - областями, при подаче напряжения положительной полярности между затвором и эмиттером.

Рисунок 6.18 — БТИЗ c тиристорным эквивалентом

Как видно из устройства и эквивалентной схемы, прибор содержит три транзисторные структуры: VT1-полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа, у которого области n⁺ и n являются истоком и стоком соответственно; VT2-биполярный транзистор со структурой n⁺-p-n и VT3-биполярный транзистор со структурой p-n-p⁺. Нижний n-слой является базовой областью p-n-p транзистора и обладает модулированным сопротивлением r_М, которое зависит от протекающего через него тока.

В типовом режиме работы транзистор VT2 является паразитным и не должен оказывать влияния (находится в закрытом состоянии). Основную роль выполняют транзисторы VT1 и VT3. Эмиттерный переход транзистора VT3 предназначен для инжекции дырок. Инжекция существенно уменьшает сопротивление нижнего n-слоя. В результате, напряжение U_КЭ IGBT транзистора в открытом состоянии значительно меньше, чем напряжение Uси соответствующих мощных МДП транзисторов. Преимущество IGBT при коммутации высоких напряжений (единицы - десятки киловольт), так как высоковольтные ПТ имеют большее сопротивление выходных цепей в открытом состоянии (R_K0). Инжекция дырок приводит к возникновению объёмного заряда в нижнем слое n-типа, что объясняет меньшее быстродействие IGBT приборов по сравнению с ПТ.

Следует отметить, что транзисторы VT2 и VT3 образуют тиристорную структуру. В режиме тиристора может проявиться эффект, при котором БТИЗ становится неуправляемым и остается включенным при выключении полевого транзистора. При отсутствии внешних элементов, ограничивающих ток, он может выйти из строя. Такой режим используется в ключевых схемах. Современные БТИЗ, работающие в усилительном режиме, имеют встроенные элементы защиты от тиристорного эффекта.

Передаточные и выходные характеристики БТИЗ приведены на рис. 6.19.

а)

б)

Рис. 6.19 – Характеристики БТИЗ: а) прямой передачи, б) выходная

Выходная характеристика - это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при заданном напряжении затвор-эмиттер U_ЗЭ.

Рис. 6.20 – Выходная характеристика БТИЗ: а), б)

Рис. 6.21 - Начальный участок выходных характеристик.

Передаточная характеристика отражает зависимость тока коллектора I_K от напряжения затвор-эмиттер U_ЗЭ.

Усилительные свойства IGBT- транзистора характеризуется крутизной. Крутизна IGBT транзисторов может достигать десятков А/В. IGBT транзисторы, как и другие мощные МДП транзисторы обладают повышенной тепловой устойчивостью. IGBT транзисторы обладают также таким достоинством как устойчивость к кратковременному короткому замыканию нагрузки.

УГО силовой электроники

Рис. 6.22 – СИТ, БТИЗ

Контрольные вопросы к разделу 6

Что называется тиристором?

Поясните устройство и принцип действия динистора.

Приведите ВАХ динистора и объясните их.

Приведите параметры динистора и укажите, как их определить по характеристикам.

Поясните устройство и принцип действия тринистора.

Приведите ВАХ тринистора и объясните их.

Поясните устройство и принцип действия запираемого тринистора.

Поясните устройство и принцип действия симистора.

Приведите параметры тринистора и укажите, как их определить по характеристикам.

Изобразить структуру мощного n-канального VМДП-транзистора и указать на особенности его работы.

Изобразить структуру транзистора со статической индукцией (СИТ), привести его характеристики.

Изобразить структуры и эквивалентные схемы БТИЗ различных типов.

Привести характеристики БТИЗ: а) прямой передачи, б) выходную

Привести УГО силовых приборов различного назначения.

Литература

1 Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д. - М.: Радио и связь, 1998.-560 с.

2 Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.

3 Батушев В.А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.

4 Савиных В. Л. Физические основы электроники. Методические указания и контрольные задания. СибГУТИ, 2002.

ктн, доц. Валерий Леонидович Савиных