Диодный тиристор (динистор) – это тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления.
Рассмотрим принцип работы динистора (рис. 6.2). Крайние переходы 1 и 3 называются эмиттерными, а средний 2 – коллекторным. В соответствии с этим крайние области получили название эмиттеров, а средние называют базой п-типа и базой р-типа. При подаче внешнего напряжения, смещающего р-n-переходы 1 и 3 в обратном направлении (рис. 6.2, а), через прибор будет проходить небольшой обратный ток последовательно включенных р-п-переходов (рис. 6.2, в, участок ВАХ).
При изменении полярности источника внешнего напряжения переходы 1 и 3 сместятся в прямом направлении и через них начнется инжекция в средние п- и р-области (рис. 6.2, б). Средний переход при такой полярности внешнего напряжения закрыт (включен в обратном направлении).
Можно считать, что почти все внешнее напряжение падает на закрытом коллекторном переходе 2. При увеличении внешнего напряжения происходит увеличение напряжения и на эмиттерных переходах 1 и 3, что вызывает увеличение инжекции неосновных носителей в р- и n-базу. При этом дырки, инжектированные из р-эмиттера в n-базу, диффундируют к коллекторному переходу и перебрасываются им в р-базу.
Дальнейшему прохождению дырок по тиристорной структуре препятствует электрическое поле второго эмиттерного перехода. Поэтому в р-базе происходит накопление положительного избыточного заряда. Аналогично накапливается избыточный отрицательный заряд в n-базе за счет попадания в нее электронов, инжектированных n-эмиттером.
Процесс накопления зарядов в базах п- и р-типа приводит к снижению потенциального барьера коллекторного перехода 2 и сопровождается некоторым увеличением тока, проходящего через динистор (рис. 6.2, в, участок 2 ВАХ). При напряжении на динисторе потенциальный барьер коллекторного перехода почти полностью исчезает, коллекторный переход оказывается в режиме насыщения, сопротивление динистора уменьшается, а ток увеличивается. При этом падение напряжения на динисторе резко
уменьшается, становится равным сумме напряжений на трех электронно-дырочных переходах, смещенных в прямом направлении, и составляет единицы вольт.
Поэтому, чтобы не произошло разрушения структуры динистора, при его включении последовательно с ним обязательно должна включаться нагрузка (рис. 6.2, б), на сопротивлении которой будет падать почти все напряжение питания Е. Ток, проходящий через динистор во включенном состоянии, определяется сопротивлением нагрузки () и напряжением питания (Е):
.
Динистор в открытом состоянии (рис. 6.2, в, участок 4 ВАХ) находится до тех пор, пока проходящий через него ток поддерживает в базах избыточные заряды, обеспечивающие режим насыщения коллекторного перехода. Если ток, проходящий через динистор, уменьшить до некоторой величины , процесс рекомбинации зарядов в базах начнет преобладать над процессом накопления, коллекторный p—n-переход выйдет из режима насыщения и окажется включенным в обратном направлении. С сопротивление его возрастет, ток уменьшится, произойдет перераспределение напряжений, инжекция из эмиттеров уменьшится и динистор перейдет в закрытое состояние.
Динистор можно представить в виде системы двух транзисторов: р-п-р и п-р-п (рис. 6.3). Обозначив коэффициенты передачи токов этих транзисторов и , получим, что через коллекторный переход 2 проходит ток:
8_7.gif>,
где , , – токи соответственно первого, второго и третьего переходов.
Так как все переходы соединены последовательно, то . Тогда
. (6.1)
Значения коэффициентов передачи тока и в кремниевых структурах существенно зависят от тока эмиттера. При токах эмиттера порядка одного или нескольких микроампер коэффициент передачи тока не превосходит нескольких десятых (рис. 6.4) и растет с увеличением тока эмиттера. Увеличение и , в свою очередь, вызывает дальнейший рост эмиттерных токов.
Пока , токи динистора малы (см. рис. 6.2, в, область 2) и динистор считается закрытым. При увеличении напряжения на динисторе до значения сумма стремится к единице, регенеративный процесс резко возрастает, ток в соответствии с соотношением (6.1) увеличивается и происходит насыщение коллекторного перехода инжектированными носителями. Динистор переходит в неустойчивый режим 3 (см. рис. 6.2, в), где он обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением, и далее скачком – в режим 4.
Для перевода динистора в закрытое состояние необходимо уменьшить проходящий через него ток до значения , что может быть сделано путем уменьшения напряжения на динисторе до малого значения (примерно 1 В).
Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней р-областью – анодом.