Расчет и проектирование динистора - Курсовая работа

Широкое применение полупроводниковых приборов в радиоэлектронных устройствах требует разработки инженерных методов проектирования радиоэлектронных схем на этих приборах и систематизации накопленного в разработке аппаратуры опыта. Тиристоры - полупроводниковые приборы с четырехслойной р-п-р-п структурой обладают такими свойствами, как быстродействие, достаточно большие рабочие напряжения и токи, мгновенная готовность к работе, высокий КПД, большой срок службы и др., которые обеспечили им широкое распространение в электронике, электротехнике, автоматике и в ряде других областей техники.Тиристор, или кремниевый управляемый выпрямитель, является полупроводниковым прибором, который используется для преобразования электрического тока и напряжения.Существует несколько различных типов тиристоров, некоторые из них разработаны специально для конкретных применений. В основном такие тиристоры имеют значительно большие падения напряжения в открытом состоянии, чем класс преобразовательных приборов, описанный выше. Запираемый тиристор Выключение по управляющему электроду (принудительная коммутация не требуется) Электрическая тяга и инверторы. Тиристор, проводящий в обратном направлении p-n-p-n конструкция без обратной блокирующей способности Высокочастотные инверторы и мощные источники питания Тиристор, проводящий в обратном направлении, обычно объединяет в одном кристалле быстродействующие тиристор и диод.Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт-закрыт (управляемый диод). а) б) Тиристор, имеющий два вывода, называется диодным тиристором или динистором. Тиристор можно представить, используя штриховые линии разреза, в виде модели, состоящей из двух транзисторов (и ) типа n-р-n и р-n-р и соединенных, как показано на рис. Тогда переходы , являются эмиттерными переходами условных транзисторов, а переход работает в обоих транзисторах как коллекторный переход [7].Эта точка пересечения и будет определять ток I и напряжение U = Е - I , которое измеряется вольтметром, присоединенным к выводам А и K тиристора [15]. В левой части участка I, соответствующего напряжению , которое много меньше напряжения лавинного пробоя перехода, можно считать М 1, а обратный ток перехода определяется в кремниевых тиристорах только генерацией пар носителей в самом переходе (). Если ток во внешней цепи, равный току через эмиттерные переходы, увеличивается по какой-то причине (например, изза увеличения напряжения источника питания или уменьшения сопротивления нагрузки) на , то при выполнении условия M( )=1 изза транзисторного эффекта ток коллекторного перехода также возрастет на такую же величину . Снижение , ширины перехода, тока и М прекратится, когда ток через средний переход станет равным току через эмиттерные переходы, т.е. когда установится в цепи стационарный ток, одинаковый во всех переходах. Увеличивая этот ток, проследим весь участок с отрицательным сопротивлением, так как сможем измерить ток и напряжение U на тиристоре в любой точке этого участка.Напряжение включения (Uвкл) - это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние (от 10 до 2500В).; Ток удержания - это анодный ток, при котором тиристор закрывается Іудерж; Время отключения - это время, в течение которого закрывается тиристор Іоткл.; Управляющий ток отпирания - это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена» І у вип;Повторяющееся импульсное обратное напряжение (Uoбp.max) - это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Uoбp.max определяется по формуле: Uoбp.max= k·inf(Uпер,Uпроб) (2.1) где inf - меньшее из значений Uпер и Uпроб k = 0,8 для отечественных силовых приборов Зная Uoбp.max можно определить напряжение переключения при max допустимой температуре структуры транзистора (125ОС) По формуле 2.2 найдем Uпер для прибора, исходные данные которого соответствуют динистору КН102А типа (подача на динистор обратного напряжения выше допустимого Uобр.макс. может вывести его из строя. Для всех динисторов и Uобр.макс. составляет 10 В, при этом ток Іобр.макс. не превышает 0,5 МА).В качестве материала, использующегося в настоящее время для создания мощных тиристоров, служит кремний или, более конкретно, очищенный зонной плавкой и легированный фосфором кремний n-типа. Существуют три типа полупроводниковых материалов, которые используются для производства мощных тиристоров: германий, кремний и арсенид галлия. Полупроводником с большой подвижностью носителей является германий, его применение ограничено изза высокой собственной концентрации носителей и малой ширины запрещенной зоны. Процесс легирования кремния с помощью нейтронной трансмутации ограничивается кремнием n-типа, так как в этом случае образуется только примесь фосфора. Заметим также, что время жизни неосновных носителей заряда в кремнии n-типа больше, чем в к

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТИРИСТОРАХ 3

1.1 Типы тиристоров 3

1.2 Понятие о динисторах 6

1.3 Вольтамперная характеристика динистора 11

2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИРИСТОРА НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ: ДИНИСТОРА 20

2.1 Некоторые параметры динистора 20

2.2 Расчет параметров динистора 21

2.3 Выбор полупроводникового материала 23

2.4 Время жизни неосновных носителей заряда 27

2.5 Проектирование структуры 29

2.5.1 р-база (Р2) 30

2.5.2 n-база (N1) 37

2.5.3 р-(Р1) и n-эмиттеры [N2] 39

ВЫВОДЫ 41

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42