Русская Википедия:Динистор

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Не путать

Файл:Dinistori 2n102g.jpg
Динисторы типа 2Н102Г производства СССР на плате

Дини́стор (другие названия: дио́дный тири́стор, дио́д Шо́кли) — полупроводниковый прибор с двумя выводами, представляющий собой полупроводниковую p-n-p-n-структуру и обладающий S-образной вольт-амперной характеристикой при приложении рабочей полярности внешнего напряжения.

Функционирует как тиристор, но не имеет управляющего электрода, включение в проводящее состояние происходит при превышении прямого напряжения на приборе свыше напряжения отпирания.

Широко используется в силовой полупроводниковой электронике в роли ключа; продолжают создаваться новые конструкции динисторов.

Принцип действия

Файл:Shockley Diode 4-Layer-ru.svg
Структура (а.), схема замещения (б.) и условное графическое обозначение[1] (в.) динистора

В динисторе имеются четыре полупроводниковых слоя и три p-n-перехода[2]. Крайние области именуются эмиттерами, внутренние — базами, крайние p-n-переходы носят название эмиттерных, а внутренний — коллекторного. Прибор имеет два электрода: катод (со стороны n-эмиттера) и анод (со стороны p-эмиттера).

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) динистора, как и ВАХ тиристора, S-образна. Динистор обладает бистабильностью по току в интервале напряжений от напряжения удержания <math>U_H</math> до напряжения включения <math>U_S</math>. В этом интервале одному и тому же значению напряжения отвечают два состояния прибора с разными значениями тока: запертое и проводящее. В запертом состоянии напряжение в основном приложено к обратно смещённому коллекторному p-n-переходу, концентрация неосновных носителей в базах незначительна. В проводящем состоянии все три p-n-перехода имеют прямое смещение, в базы инжектируются неосновные носители. При достаточно высокой плотности тока прибор работает подобно диоду с длинной базой при прямом смещении: базовые области заполнены электронно-дырочной плазмой с высокой концентрацией носителей заряда, инжектируемой из эмиттеров. Падение напряжения на базовых областях в этом режиме может существенно превосходить смещение на p-n-переходах.

Файл:DynistorIVcurveSchematic 1.png
Типичная вольт-амперная характеристика динистора.
<math>U_S,~ I_S</math> — напряжение и ток включения;
<math>U_H,~I_H</math> — напряжение и ток удержания;
<math>U_Z</math> — максимально допустимое напряжение при обратной (нерабочей) полярности.

Механизм бистабильности динистора такой же, как у тиристора. Этот механизм определяется нелинейным взаимодействием трёх p-n-переходов p-n-p-n-структуры. Переход к проводящему состоянию связан с изменением полярности смещения коллекторного перехода с обратного на прямое при увеличении плотности тока. Механизм взаимодействия трёх р-n-переходов поясняет двухтранзисторная модель[2] (см. рисунок и также в статье Тиристор), в этой модели p-n-p-n-структура представлена как два «составных» p-n-p и n-p-n транзистора в соответствии с показанной на рисунке эквивалентной схемой динистора. Двухтранзисторная модель связывает напряжение включения US с коэффициентами передачи по току «составных» транзисторов.

Для включения динистора, как и тиристора, в базы p-n-p-n-структуры необходимо внести избыточные неосновные носители — так называемый «запускающий», или «управляющий», заряд. Величина этого заряда должна превосходить критический заряд <math>Q_S,</math> характеризующий конкретную p-n-p-n-структуру. Критический заряд <math>Q_S</math> имеет характерную поверхностную плотность порядка 10−6 Кл/см2. В отличие от тиристора, динистор не имеет управляющего электрода, позволяющего ввести управляющий заряд с помощью тока управляющего электрода. Поэтому для переключения динистора на практике применяются другие методы. К ним относится, в частности, повышение напряжения на коллекторном переходе.

С S-образной ВАХ связано явление гистерезиса: при увеличении напряжения прибор находится в запертом состоянии до достижения напряжения включения <math>U_S,</math> при уменьшении тока через прибор остается в открытом состоянии до достижения напряжения удержания <math>U_H,</math> причём <math>U_H < U_S.</math>

Для экспериментального наблюдения этого явления ток через динистор необходимо ограничивать последовательно включённым омическим сопротивлением. Два состояния прибора заданы пересечением ВАХ и нагрузочной прямой.

Для динистора, как и других приборов с S-образной ВАХ, характерно нежелательное явление шнурования тока[3].

Применение

Файл:Shockley 4-layer diode sculpture.jpg
«Скульптура»-динистор, США

В 1950-е годы динистор явился одним из первых полупроводниковых приборов использующих кремний (не германий)[4][5], в Калифорнии установлен «памятник» этому прибору в связи с его исторической значимостью.

Много лет широко использовался в схемотехнике в качестве ключа, например, для создания импульса отпирания тиристора в схемах управления тиристорами. Благодаря простоте конструкции и дешевизне считался идеальным элементом в схеме тиристорного регулятора мощности или импульсного генератора.

С 1990-х годов был вытеснен для слаботочных применений такими элементами как диак.

Ныне динисторы используются преимущественно в силовой полупроводниковой электронике: для этого разрабатываются новые конструкции динисторов, а также принципы подачи напряжения.

Мощные динисторы

Шаблон:Main Специфика мощных динисторов состоит в ряде конструктивных особенностей и выборе параметров полупроводниковых слоёв, в том числе слабом легировании баз для повышения напряжения включения и большой площади переходов приборов. При этом должен использоваться особый способ перевода прибора в открытое состояние.

Так, в реверсивно включаемом динисторе (РВД)[6] — силовом импульсном приборе — сначала подаётся слабый импульс тока с обратной (то есть нерабочей) полярностью, когда базы, в первую очередь n-база, заполняются электронно-дырочной плазмой через прямосмещённый коллекторный переход. После этого, уже при рабочей полярности, включение динистора происходит легче, чем без предварительной подачи импульса с обратной полярностью, механизм открытия подобен управлению тиристора по управляющему электроду. Преимуществом является одновременность включения сразу по всей площади полупроводниковой структуры.

Такие приборы в настоящее время изготавливаются из кремния; также обсуждается возможность использования карбида кремния (SiC) для применения при высокой температуре.

Схемотехнические символы

Для динистора на принципиальных электрических схемах в иностранной литературе нет единого общепринятого обозначения. По ГОСТ 2.730-73 условное графическое обозначение динистора — перечёркнутый символ диода[1]. Некоторые варианты символов представлены ниже:

Некоторые из условных графических обозначений динистора образованы начертанием цифры 4, — по количеству слоёв в структуре[4]. Это видно, если повернуть третий слева рисунок на Шаблон:S (см. также фото «памятника» динистору).

Примечания

Шаблон:Примечания

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Cite web
  2. ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Cite web
  3. ↑ Варламов И. В., Осипов В. В. // Шнурование тока в p-n-p-n-структурах // ФТП, т. 3, вып. 7, с. 950—958 (1969).
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Photo Essay — Shockley 4 Layer Diodes Шаблон:Wayback. Transistor MuseumШаблон:Ref-en.
  5. ↑ Джентри Ф., Гутцвиллер Ф., Голоньяк Н., Застров, фон Э. // Управляемые полупроводниковые вентили: Принципы действия и области применения p-n-p-n-устройств // М.: «Мир», пер. с англ. 1967, 456 с.
  6. ↑ Тучкевич В. М., Грехов И. В. // Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами // Л.: Наука : Ленингр. отделение АН СССР, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
  7. ↑ Elektrotechnik – Elektronik – Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.Шаблон:Ref-de
  8. ↑ 8,0 8,1 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
  9. ↑ Hans-Joachim Fischer: amateurreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.Шаблон:Ref-de
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Динистор&oldid=9750294