تیریستور

تيريستور (يا يكسو كننده قابل كنترل p-n-p-n )
تيريستور يك وسيله نيمه هادي چهار لايه سه اتصالي با سه خروجي است و از لايه هاي نوع p و n سيليكوني كه به طور متناوب قرار گرفته اند ساخته شده اند .. ناحيه p انتهايي آند ، ناحيه n انتهاي كاتد و ناحيه p داخلي دريچه يا گيت است . آند از طريق مدار به طور سري به كاتد وصل مي شود . اين وسيله اساساً يك كليد است و همواره تا زماني كه به پايانه هاي آند و دريچه ولتاژ مثبت مناسبي به كاتد اعمال نشده است در حالت قطع (حالت ولتاژ مسدود كننده ) باقي مي ماند و امپدانس بينهايتي از خود نشان خواهد داد . در حالت وصل و عبور جريان بدون احتياج به علامت (يا ولتاژ) بيشتري روي دريچه به عبور جريان ادامه خواهد داد . در اين حالت به طور ايده آل هيچ امپدانسي در مسير جريان از خود نشان نمي دهد . براي قطع كليد و يا برگرداندن تيريستور به حالت خاموشي بايستي روي دريچه علامت و يا ولتاژي نباشد و جريان در مسير آند به كاتد به صفر تقليل يابد . تيريستور عبور جريان را فقط در يك جهت امكان پذير مي سازد .

اگر به پايانه هاي تيريستور ولتاژ باياس خارجي اعمال نشود ، حاملهاي اكثريت در هر لايه تا زماني كه ولتاژ الكتروستاتيكي داخلي به وجود آمده از انتشار بيشتر حاملها جلوگيري كند ، منتشر مي شوند . اما بعضي از حاملهاي اكثريت انرژي كافي جهت عبور از سد توليد شده توسط ميدان الكتريكي ترمزكن هر اتصال را دارد . اين حاملها پس از عبور ، تبديل به حاملهاي اقليت مي شوند و مي توانند با حاملهاي اكثريت تركيب شوند . حاملهاي اقليت هر لايه نيز مي توانند توسط ميدان الكتريكي ثابتي در هر يك از اتصالها شتابدار شوند ، ولي چون در اين حالت (از خارج ولتاژي اعمال نمي شود) مدار خارجي وجود ندارد مجموع جريانهاي حاملهاي اقليت و اكثريت بايستي صفر شود .

حال اگر يك ولتاژ باياس با يك مدار خارجي براي حمل جريانهاي داخلي منظور شود ، اين جريان ها شامل قسمتهاي زير خواهند
بود.
جريان ناشي از :
۱-عبور حاملهاي اكثريت (حفره ها ) از اتصال

۲-عبور حاملهاي اقليت از اتصال
۳-حفره هاي تزريق شده به اتصال كه از طريق ناحيه n اشاعه
مي يابند اتصال را قطع مي كند .
۴-حاملهاي اقليت از اتصال كه از طريق ناحيه n اشاعه يافته و از اتصال عبور كرده است . عيناً نيز از شش قسمت و از چهار قسمت تشكيل خواهد يافت .
براي تشريح اصول كار تيريستور از دو روش متشابه مدلهاي ديودي و يا دو ترانزيستوري مي توان استفاده كرد .

(الف) مدلهاي ديودي تيريستور
تيريستور كه يك نيمه هادي سه اتصالي ، شبيه سه ديودي است كه به طور سري اتصال يافته اند . اگر دريچه باياس نشود ولي به دو سر آند و كاتد ولتاژ باياسي اعمال شود اين ولتاژ هر قطبيتي كه داشته باشد همواره حداقل يك اتصال معكوس باياس شده ، وجود خواهد داشت تا از هدايت تيريستور جلوگيري كند .
اگر كاتد توسط ولتاژ منبع تغذيه (نسبت به آند ) منفي شود و دريچه نسبت به كاتد به طور مثبت باياس شود لايه p دريچه توسط كاتد از الكترون لبريز مي شود و خاصيت خودش را به عنوان لايه p از دست مي دهد . در نتيجه تيريستور به ديود هدايتي معادلي تبديل مي شود .

(ب)مدل دو ترانزيستوري تيريستور
پولك p-n-p-n را مي توان به صورت دو ترانزيستور با دو ناحيه پايه در نظر گرفت . كلكتور ترانزيستور n-p-n ، جريان محركي براي پايه ترانزيستور p-n-p كه جريان كلكتورش اضافه جريان دريچه به مثابه جريان محرك پايه ترانزيستور n-p-n است ، مهيا كند .

براي روشن كردن تريستور جريان دريچه به جزء خيلي حساس ترانزيستور n-p-n از اتصال p-n-p-n اعمال مي شود . اولين ده درصد افزايش جريان آند ، در اصل جريان كلكتور ترانزيستور n-p-n است . پايه n ترانزيستور p-n-p توسط جريان كلكتور ترانزيستور n-p-n باردار مي شود . در نتيجه فيدبك مثبتي توسط جريان كلكتور ترانزيستور p-n-p به منظور افزايش بارهاي ايجاد شده در پايه p ترانزيستور n-p-n داير مي شود . به اين ترتيب جريان تيريستور شروع به افزايش مي كند ، به سرعت به مقدار اشباع مي رسد و جريان تيريستور فقط توسط امپدانس بار محدود
مي شود .

بهتر است به منظور تشريح مشخصه و خواص تيريستور حالتهاي مختلف آن را (از نظر باياس ) مورد بررسي قرار دهيم .

۱-۲-مشخصات تيريستور
براي اينكه بتوان وسيله هاي الكترونيكي را با كيفيت كافي مورد استفاده قرار داد و از آنها محافظت كرد بايستي مشخصات و خواص آنها كاملا معلوم شوند . مشخصات تيريستور را مي توان با ملاحظه سه حالت مختلف اصلي اين وسيله تعيين كرد :
۱- شرايط باياس معكوس

۲- باياس مستقيم و مسدود
۳- باياس مستقيم و هدايت
۱-۲-۱-باياس معكوس تيريستور (كاتد نسبت به آند مثبت)
در اين حالت اتصالات اول و سوم به طور معكوس اتصال دوم به طور مستقيم باياس مي شوند و درست مثل يك اتصال p-n مقدار كمي جريان نشتي از كاتد به آند عبور خواهد كرد .

اعمال ولتاژ محرك مثبتي به دريچه تيريستور در حالي كه آند هنوز منفي است سبب مي شود كه تيريستور رفتاري شبيه ترانزيستور داشته باشد و جريان معكوس نشتي آند تا مقدار قابل ملاحظه مقايسه اي با جريان دريچه افزايش يابد ، از اين رهگذر اتلاف قدرت قابل ملاحظه اي در تيريستور وقوع خواهد يافت . زياد گرم شدن اتصال مي تواند سبب افسار گسيختگي حرارتي شود .

جريان آند با جريان اشباع معكوس اتصال اول به اضافه كسري از
جريان دريچه برابر است . جريان اشباع بستگي به درجه حرارت دارد . بنابراين بالا رفتن درجه حرارت اتصال باعث افزايش جريان اشباع مي شود كه آن نيز موجب گرم شدن بيشتر اتصال مي شود . ولتاژ بيشينه دريچه در شرايط باياس معكوس غالباً توسط سازندگان براي محدود كردن اثر حرارت معين مي شود .
افزايش ولتاژ باياس معكوس باعث پهن شدن لايه هاي تهي اتصالات اول و سوم مي شود . اتصال اول معمولاً بخش اعظم ولتاژ آند به كاتد را مسدود مي كند ، لذا منطقه تهي اين اتصال غالباً پهن است . به خاطر اينكه ولتاژ مسير سوراخ كني توسط تماس لايه هاي تهي اتصالات و به وجود نيايد لايه n وسطي را كمي پهن مي سازند .

 31 صفحه فایل ورد قابل ویرایش