Dinistor

Dinistor (andre navne: diode thyristor , Shockley diode , ikke at forveksle med en Schottky-diode) er en halvlederenhed med to ledninger, som er en pnpn-halvlederstruktur og har en S-formet strøm-spændingskarakteristik, når arbejdspolariteten af ​​en ekstern spænding påføres.

Fungerer som en tyristor , men har ikke en kontrolelektrode, tænding til en ledende tilstand sker, når fremadspændingen på enheden overstiger triggerspændingen.

Udbredt i krafthalvlederelektronik som nøgle ; nye designs af dinistorer bliver ved med at blive skabt.

Sådan virker det

Dinistoren har fire halvlederlag og tre pn-forbindelser [2] . De ydre områder kaldes emittere , de indre kaldes baser, de yderste pn-forbindelser kaldes emitter, og den indre kaldes kollektor. Enheden har to elektroder: en katode (fra n-emittersiden) og en anode (fra p-emittersiden).

Dinistorens strømspændingskarakteristik (CVC) er ligesom tyristorens CVC S - formet . Dinistoren har strømbistabilitet i spændingsområdet fra holdespænding til tændspænding . I dette interval svarer to tilstande af enheden med forskellige strømværdier til den samme spændingsværdi: lukket og ledende. I slukket tilstand påføres spændingen hovedsageligt til den omvendte forspændte kollektor pn-forbindelse, koncentrationen af ​​minoritetsbærere i baserne er ubetydelig. I den ledende tilstand er alle tre pn-forbindelser fremadrettede, og minoritetsbærere sprøjtes ind i baserne. Ved en tilstrækkelig høj strømtæthed fungerer enheden som en langbaset diode med en fremadrettet bias: Basisområderne er fyldt med elektronhulsplasma med en høj koncentration af ladningsbærere injiceret fra emitterne. Spændingsfaldet over basisområderne i denne tilstand kan væsentligt overskride bias ved pn-kryds.

Dinistorens bistabilitetsmekanisme er den samme som tyristorens. Denne mekanisme bestemmes af den ikke-lineære interaktion mellem tre pn-kryds i pnpn-strukturen. Overgangen til den ledende tilstand er forbundet med en ændring i polariteten af ​​forspændingen af ​​kollektorforbindelsen fra omvendt til direkte med stigende strømtæthed. Mekanismen for vekselvirkning af tre p-n kryds forklares af en to-transistor model [2] (se figuren og også i artiklen Thyristor ), i denne model præsenteres pnpn strukturen som to "sammensatte" pnp og npn transistorer iht. med det tilsvarende kredsløb for dinistoren vist på figuren. To-transistor-modellen relaterer tændspændingen US til strømoverførselskoefficienterne for "sammensatte" transistorer.

For at tænde dinistoren, ligesom tyristoren, er det nødvendigt at indføre overskydende minoritetsbærere i baserne af pnpn-strukturen - den såkaldte "start" eller "kontrollerende" ladning. Værdien af ​​denne ladning skal overstige den kritiske ladning, der karakteriserer en specifik pnpn-struktur. Den kritiske ladning har en karakteristisk overfladetæthed i størrelsesordenen 10 −6 C/cm 2 . I modsætning til en tyristor har en dinistor ikke en kontrolelektrode, der giver dig mulighed for at indføre en kontrolladning ved hjælp af kontrolelektrodens strøm. Derfor bruges andre metoder i praksis til at skifte dinistoren. Disse omfatter især forøgelse af spændingen ved kollektorforbindelsen.

Fænomenet hysterese er forbundet med den S-formede CVC : når spændingen stiger , er enheden i slukket tilstand, indtil tændspændingen er nået; når strømmen gennem enheden falder, forbliver den i åben tilstand, indtil holdespænding er desuden nået

For eksperimentel observation af dette fænomen skal strømmen gennem dinistoren være begrænset af en serieforbundet ohmsk modstand. Enhedens to tilstande er givet ved skæringspunktet mellem VAC og belastningslinjen .

For dinistoren, såvel som andre enheder med en S-formet CVC, er det uønskede fænomen med strømsnøring karakteristisk [3] .

Ansøgning

I 1950'erne var dinistoren en af ​​de første halvlederenheder, der brugte silicium (ikke germanium ) [4] [5] , et "monument" til denne enhed blev opført i Californien på grund af dens historiske betydning.

I mange år har det været meget brugt i kredsløb som en nøgle , for eksempel til at skabe en tyristor-oplåsningsimpuls i tyristor-styrekredsløb. På grund af designens enkelhed og lave omkostninger blev det betragtet som et ideelt element i kredsløbet af en tyristorstrømregulator eller en impulsgenerator.

Siden 1990'erne er den blevet erstattet til lavstrømsapplikationer af elementer som diac .

Nu bruges dinistorer hovedsageligt i effekthalvlederelektronik: til dette udvikles nye dinistordesigns såvel som spændingsforsyningsprincipper.

Kraftige dinistorer

Specificiteten af ​​kraftfulde dinistorer består i en række designfunktioner og valget af parametre for halvlederlag, herunder let doping af baser for at øge tændspændingen og et stort område af enhedsforbindelser. I dette tilfælde skal der anvendes en speciel metode til at overføre enheden til åben tilstand.

Så i en omvendt-switched dinistor (RVD) [6]  - en effektpulseret enhed - tilføres først en svag strømimpuls med omvendt (det vil sige ikke-virkende) polaritet, når baserne, primært n-basen, er fyldt med elektronhulsplasma gennem en fremadrettet kollektorforbindelse. Derefter, allerede ved arbejdspolariteten, er det lettere at tænde for dinistoren end uden først at påføre en puls med omvendt polaritet, åbningsmekanismen svarer til at styre tyristoren ved hjælp af kontrolelektroden. Fordelen er samtidigheden med at tænde med det samme over hele området af halvlederstrukturen.

Sådanne enheder er i øjeblikket lavet af silicium; brugen af ​​siliciumcarbid (SiC) til højtemperaturapplikationer diskuteres også .

Kredsløbssymboler

For dinistor på kredsløbsdiagrammer i udenlandsk litteratur er der ingen enkelt almindeligt accepteret betegnelse. Ifølge GOST 2.730-73 er ​​den grafiske betegnelse af en dinistor et overstreget diodesymbol [1] . Nogle tegnindstillinger er vist nedenfor:

Nogle af de konventionelle grafiske betegnelser for dinistoren er dannet af inskriptionen af ​​tallet 4, i henhold til antallet af lag i strukturen [4] . Dette kan ses, hvis den tredje figur til venstre drejes 180 ° (se også billedet af "monumentet" til dinistoren).

Noter

  1. ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Betingede grafiske betegnelser i diagrammer. Halvlederenheder. . Hentet 13. juni 2021. Arkiveret fra originalen 13. juni 2021.
  2. ↑ 1 2 Zee S. Fysik af halvlederenheder. Bog 1 .. M.: Mir (1984). - se Ch. 4, sek. "Diode og triode tyristorer", s. 221. Hentet 18. maj 2020. Arkiveret fra originalen 27. marts 2022.
  3. ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Current lacing in pnpn structures // FTP , bind 3, no. 7, s. 950-958 (1969).
  4. ↑ 1 2 3 Fotoessay - Shockley 4 Layer Diodes Arkiveret 11. oktober 2018 på Wayback Machine . Transistor  Museum .
  5. ↑ F. Gentry, F. Gutzwiller, N. Golonyak , E. Zastrov, von E. // Controlled semiconductor valves: Principles of operation and applications of pnpn devices // M .: Mir, trans. fra engelsk. 1967, 456 s.
  6. ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Nye principper for at skifte højeffekter med halvlederenheder // L .: Nauka: Leningrad. Institut for Videnskabsakademiet i USSR, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
  7. ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.  (tysk)
  8. ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
  9. ↑ Hans-Joachim Fischer: amatørreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.  (tysk)