Dinistor

Dinistorul (alte denumiri: diodă tiristor , diodă Shockley , a nu fi confundat cu o diodă Schottky) este un dispozitiv semiconductor cu două fire, care este o structură semiconductoare pnpn și are o caracteristică curent-tensiune în formă de S atunci când polaritatea de lucru a unui se aplică tensiune externă.

Funcționează ca un tiristor , dar nu are un electrod de control, pornirea la starea conducătoare are loc atunci când tensiunea directă a dispozitivului depășește tensiunea de declanșare.

Folosit pe scară largă în electronica semiconductoare de putere ca cheie ; noi modele de distori continuă să fie create.

Cum funcționează

Dinistorul are patru straturi semiconductoare și trei joncțiuni pn [2] . Regiunile exterioare se numesc emițători , cele interioare se numesc baze, cele mai exterioare joncțiuni pn sunt numite emițător, iar cea interioară se numește colector. Dispozitivul are doi electrozi: un catod (din partea emițătorului n) și un anod (din partea emițătorului p).

Caracteristica curent-tensiune (CVC) a dinistorului, ca și CVC a tiristorului , are formă de S. Dinistorul are bistabilitate de curent în intervalul de tensiune de la tensiunea de menținere la tensiunea de pornire . În acest interval, două stări ale dispozitivului cu valori de curent diferite corespund aceleiași valori de tensiune: închis și conductiv. În starea oprită, tensiunea este aplicată în principal la joncțiunea pn a colectorului polarizat invers, concentrația purtătorilor minoritari în baze este neglijabilă. În starea conducătoare, toate cele trei joncțiuni pn sunt polarizate înainte, iar purtătorii minoritari sunt injectați în baze. La o densitate de curent suficient de mare, dispozitivul funcționează ca o diodă cu bază lungă cu polarizare directă: regiunile de bază sunt umplute cu plasmă cu gaură de electroni cu o concentrație mare de purtători de sarcină injectați de la emițători. Căderea de tensiune în regiunile de bază în acest mod poate depăși semnificativ polarizarea la joncțiunile pn.

Mecanismul de bistabilitate al dinistorului este același cu cel al tiristorului. Acest mecanism este determinat de interacțiunea neliniară a trei joncțiuni pn ale structurii pnpn. Trecerea la starea conducătoare este asociată cu o schimbare a polarității polarității joncțiunii colectorului de la invers la direct odată cu creșterea densității de curent. Mecanismul de interacțiune a trei joncțiuni p-n este explicat printr-un model cu două tranzistoare [2] (vezi figură și, de asemenea, în articolul Tiristor ), în acest model structura pnpn este prezentată ca două tranzistoare pnp și npn „compozite” în conformitate cu cu circuitul echivalent al dinistorului prezentat în figura . Modelul cu două tranzistoare raportează tensiunea de pornire U S de coeficienții de transfer de curent ai tranzistoarelor „compozite”.

Pentru a porni dinistorul, ca și tiristorul, este necesar să se introducă purtători minoritari în exces în bazele structurii pnpn - așa-numita sarcină „de pornire” sau „de control”. Valoarea acestei sarcini trebuie să depășească sarcina critică care caracterizează o anumită structură pnpn. Sarcina critică are o densitate de suprafață caracteristică de ordinul a 10 −6 C/cm 2 . Spre deosebire de un tiristor, un dinistor nu are un electrod de control care vă permite să introduceți o sarcină de control folosind curentul electrodului de control. Prin urmare, alte metode sunt utilizate în practică pentru a comuta dinistorul. Acestea includ, în special, creșterea tensiunii la joncțiunea colectorului.

Fenomenul de histerezis este asociat cu CVC în formă de S : atunci când tensiunea crește, dispozitivul este în starea oprit până când este atinsă tensiunea de pornire; când curentul prin dispozitiv scade, acesta rămâne în stare deschisă până când mai mult , se atinge tensiunea de menținere

Pentru observarea experimentală a acestui fenomen, curentul prin dinistor trebuie limitat de o rezistență ohmică conectată în serie. Cele două stări ale dispozitivului sunt date de intersecția dintre VAC și linia de sarcină .

Pentru dinistor, precum și pentru alte dispozitive cu un CVC în formă de S, este caracteristic fenomenul nedorit de șiretură curentă [3] .

Aplicație

În anii 1950, dinistorul a fost unul dintre primele dispozitive semiconductoare care foloseau siliciu (nu germaniu ) [4] [5] , un „monument” pentru acest dispozitiv a fost ridicat în California datorită semnificației sale istorice.

Timp de mulți ani, a fost utilizat pe scară largă în circuite ca o cheie , de exemplu, pentru a crea un impuls de deblocare a tiristoarelor în circuitele de control ale tiristoarelor. Datorită simplității designului și costului redus, a fost considerat un element ideal în circuitul unui controler de putere a tiristoarelor sau al unui generator de impulsuri.

Din anii 1990, a fost înlocuit pentru aplicații cu curent scăzut de elemente precum diac .

Acum dinistorii sunt utilizați în principal în electronica semiconductoare de putere: pentru aceasta, sunt dezvoltate noi modele de dinistori, precum și principii de alimentare cu tensiune.

Dinistori puternici

Specificul dinistorilor puternici constă într-o serie de caracteristici de proiectare și alegerea parametrilor straturilor semiconductoare, inclusiv doparea ușoară a bazelor pentru a crește tensiunea de pornire și o zonă mare de joncțiuni ale dispozitivelor. În acest caz, trebuie utilizată o metodă specială de transfer al dispozitivului în starea deschisă.

Deci, într-un dinistor cu comutare inversă (RVD) [6]  - un dispozitiv cu impulsuri de putere - este furnizat mai întâi un impuls de curent slab cu polaritate inversă (adică nefuncțională), atunci când bazele, în primul rând baza n, sunt umplut cu plasmă cu gaură de electroni printr-o joncțiune a colectorului polarizat înainte. După aceea, deja la polaritatea de lucru, pornirea dinistorului este mai ușoară decât fără a aplica mai întâi un impuls cu polaritate inversă, mecanismul de deschidere este similar cu controlul tiristorului de către electrodul de control. Avantajul este simultaneitatea pornirii imediate pe întreaga zonă a structurii semiconductoare.

Astfel de dispozitive sunt în prezent fabricate din siliciu; se discută, de asemenea , utilizarea carburii de siliciu (SiC) pentru aplicații la temperaturi înalte .

Simboluri de circuit

Pentru dinistor pe diagramele de circuit din literatura străină nu există o singură desemnare general acceptată. Conform GOST 2.730-73, denumirea grafică a unui dinistor este un simbol de diodă tăiat [1] . Unele opțiuni de caractere sunt afișate mai jos:

Unele dintre denumirile grafice convenționale ale dinistorului sunt formate prin inscripția numărului 4, în funcție de numărul de straturi din structură [4] . Acest lucru poate fi văzut dacă a treia cifră din stânga este rotită cu 180 ° (a se vedea și fotografia „monumentului” la dinistor).

Note

  1. ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Denumiri grafice condiționate în diagrame. Dispozitive semiconductoare. . Preluat la 13 iunie 2021. Arhivat din original la 13 iunie 2021.
  2. ↑ 1 2 Zee S. Fizica dispozitivelor semiconductoare. Cartea 1. . M.: Mir (1984). - vezi cap. 4, sec. „Tiristoare cu diodă și triodă”, p. 221. Preluat la 18 mai 2020. Arhivat din original la 27 martie 2022.
  3. ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Current lacing in pnpn structures // FTP , vol. 3, nr. 7, p. 950-958 (1969).
  4. ↑ 1 2 3 Foto Eseu - Shockley 4 Layer Diodes Arhivat 11 octombrie 2018 la Wayback Machine . Muzeul Tranzistorilor  .
  5. ↑ F. Gentry, F. Gutzwiller, N. Golonyak , E. Zastrov, von E. // Controlled semiconductor valves: Principles of operation and applications of pnpn devices // M .: Mir, trad. din engleza. 1967, 456 p.
  6. ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Noi principii pentru comutarea puterilor mari cu dispozitive semiconductoare // L .: Nauka: Leningrad. Departamentul Academiei de Științe a URSS, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
  7. ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.  (germană)
  8. ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflaj. 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.  (germană)