Dinistor

A Dinistor (más nevén: dióda tirisztor , Shockley dióda , nem tévesztendő össze a Schottky-diódával) egy kétvezetékes félvezető eszköz, amely egy pnpn félvezető szerkezet, és S alakú áram-feszültség karakterisztikája van, ha a munka polaritása külső feszültséget alkalmaznak.

Tirisztorként működik , de nincs vezérlő elektródája, vezető állapotba kapcsol, ha a készülék előremenő feszültsége meghaladja a trigger feszültséget.

Széles körben használják a teljesítmény-félvezető elektronikában kulcsként ; folyamatosan készülnek a dinisztorok új dizájnjai.

Hogyan működik

A dinisztornak négy félvezető rétege és három pn átmenete van [2] . A külső régiókat emittereknek , a belsőket bázisoknak, a legkülső pn átmeneteket emitternek, a belsőt pedig kollektornak nevezzük. A készüléknek két elektródája van: egy katód (n-emitter oldalról) és egy anód (p-emitter oldalról).

A dinisztor áram-feszültség karakterisztikája (CVC), akárcsak a tirisztor CVC-je , S alakú . A dinisztor árambistabilitása a tartási feszültségtől a bekapcsolási feszültségig terjedő feszültségtartományban van . Ebben az intervallumban a készülék két különböző áramértékkel rendelkező állapota azonos feszültségértéknek felel meg: zárt és vezetőképes. Kikapcsolt állapotban a feszültség elsősorban a fordított előfeszítésű kollektor pn átmenetére kerül, a kisebbségi hordozók koncentrációja a bázisokban elhanyagolható. Vezető állapotban mindhárom pn átmenet előre torzított, és a kisebbségi hordozók be vannak fecskendezve a bázisokba. Kellően nagy áramsűrűség mellett a készülék úgy működik, mint egy hosszú bázisú dióda, előretolt előfeszítéssel: a bázisrégiókat elektronlyuk-plazma tölti ki, az emitterekből beinjektált nagy koncentrációjú töltéshordozókkal. Ebben az üzemmódban a bázistartományok közötti feszültségesés jelentősen meghaladhatja a pn átmenetek előfeszítését.

A dinisztor bistabilitási mechanizmusa ugyanaz, mint a tirisztoré. Ezt a mechanizmust a pnpn szerkezet három pn átmenetének nemlineáris kölcsönhatása határozza meg. A vezető állapotba való átmenet a kollektor csomópont előfeszítésének polaritásának megváltozásával jár fordítottról direktre, az áramsűrűség növekedésével. Három p-n átmenet kölcsönhatásának mechanizmusát egy kéttranzisztoros modell [2] magyarázza (lásd az ábrát és a Tirisztor című cikket is ), ebben a modellben a pnpn szerkezet két „kompozit” pnp és npn tranzisztorként kerül bemutatásra. ábrán látható dinisztor egyenértékű áramkörével . A kéttranzisztoros modell az U S bekapcsolási feszültséget a "kompozit" tranzisztorok áramátviteli együtthatóihoz viszonyítja.

A dinisztor bekapcsolásához, a tirisztorhoz hasonlóan, szükség van a pnpn-struktúra alapjaiba többlet kisebbségi hordozók bevezetésére - az úgynevezett "indító" vagy "vezérlő" töltésre. Ennek a töltésnek az értékének meg kell haladnia az adott pnpn-struktúrát jellemző kritikus töltést. A kritikus töltés jellemző felületi sűrűsége 10 -6 C/cm 2 nagyságrendű . A tirisztorral ellentétben a dinisztornak nincs vezérlőelektródája, amely lehetővé teszi a vezérlő töltés bevezetését a vezérlő elektróda áramával. Ezért a gyakorlatban más módszereket alkalmaznak a dinisztor váltására. Ezek közé tartozik különösen a feszültség növelése a kollektor csomópontjában.

A hiszterézis jelensége az S-alakú CVC- vel van összefüggésben : a feszültség növekedésével a készülék kikapcsolt állapotban van, amíg el nem éri a bekapcsolási feszültséget; ha az eszközön áthaladó áram csökken, akkor nyitott állapotban marad, amíg a feszültség meg nem történik. tartási feszültséget ér el, ráadásul

Ennek a jelenségnek a kísérleti megfigyeléséhez a dinisztoron áthaladó áramot sorosan kapcsolt ohmos ellenállással kell korlátozni. A készülék két állapotát a VAC és a terhelési vonal metszéspontja adja meg .

A dinisztorra, valamint más S-alakú CVC-vel rendelkező eszközökre jellemző az áramfűzés nemkívánatos jelensége [ 3] .

Alkalmazás

Az 1950-es években a dinisztor volt az egyik első szilíciumot (nem germániumot ) használó félvezető eszközök [4] [5] , ennek az eszköznek "emlékművét" állítottak Kaliforniában történelmi jelentősége miatt.

Sok éven át széles körben használják az áramkörökben kulcsként , például tirisztor-feloldó impulzus létrehozására a tirisztoros vezérlőáramkörökben. A tervezés egyszerűsége és az alacsony költség miatt ideális elemnek tekintették a tirisztoros teljesítményszabályozó vagy az impulzusgenerátor áramkörében.

Az 1990-es évek óta a kisáramú alkalmazásoknál olyan elemek váltották fel, mint a diac .

Most a dinisztorokat főként a teljesítmény-félvezető elektronikában használják: ehhez új dinisztorterveket, valamint feszültségellátási elveket fejlesztenek ki.

Erőteljes dinisztorok

Az erős dinisztorok sajátossága számos tervezési jellemzőből és a félvezető rétegek paramétereinek megválasztásából áll, beleértve az alapok könnyű adalékolását a bekapcsolási feszültség növelése érdekében és az eszközök csomópontjainak nagy területét. Ebben az esetben speciális módszert kell alkalmazni a készülék nyitott állapotba átvitelére.

Tehát egy fordított kapcsolású dinisztorban (RVD) [6]  - teljesítmény impulzusos eszközben - először gyenge áramimpulzust adnak be fordított (vagyis nem működő) polaritással, amikor az alapokat, elsősorban az n-bázist elektronlyuk plazmával töltve egy előrefeszített kollektor átmeneten keresztül. Ezt követően, már a működő polaritáson, a dinisztor bekapcsolása könnyebb, mint fordított polaritású impulzus alkalmazása nélkül, a nyitási mechanizmus hasonló a tirisztor vezérlőelektródával történő vezérléséhez. Előnye az azonnali bekapcsolás egyidejűsége a félvezető szerkezet teljes területén.

Az ilyen eszközök jelenleg szilíciumból készülnek; A szilícium-karbid (SiC) magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz való felhasználását is tárgyalják .

Áramkör szimbólumok

A külföldi szakirodalomban található dinistor kapcsolási rajzokon nincs egyetlen általánosan elfogadott megnevezése. A GOST 2.730-73 szerint a dinisztor grafikus jelölése egy áthúzott dióda szimbólum [1] . Néhány karakteropció az alábbiakban látható:

• [7]

• GOST 2.730-73, Klaus Beuth : Bauelemente [8]

• [8] [4]

• [9]

A dinisztor néhány hagyományos grafikai jelölését a 4-es szám felirata képezi, a szerkezet rétegszámának megfelelően [4] . Ez látható, ha a bal oldali harmadik figurát 180 ° -kal elforgatjuk (lásd még a dinisztor „emlékművéről” készült fotót).

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Feltételes grafikus jelölések diagramokon. Félvezető eszközök. . Letöltve: 2021. június 13. Az eredetiből archiválva : 2021. június 13. (határozatlan)
2. ↑ 1 2 Zee S. Félvezető eszközök fizikája. 1. könyv . M.: Mir (1984). - lásd Ch. 4, sec. "Dióda és trióda tirisztorok", p. 221. Letöltve: 2020. május 18. Az eredetiből archiválva : 2022. március 27.. (határozatlan)
3. ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Current lacing in pnpn structures // FTP , 3. kötet, 2. sz. 7. o. 950-958 (1969).
4. ↑ 1 2 3 fotóesszé – Shockley 4 rétegű diódák archiválva : 2018. október 11., a Wayback Machine -nél . Tranzisztor  Múzeum .
5. ↑ F. Gentry, F. Gutzwiller, N. Golonyak , E. Zastrov, von E. // Szabályozott félvezető szelepek: A pnpn eszközök működési elvei és alkalmazásai // M .: Mir, transz. angolról. 1967, 456 p.
6. ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Új elvek a nagy teljesítmények félvezető eszközökkel történő kapcsolásához // L .: Nauka: Leningrád. A Szovjetunió Tudományos Akadémia Osztálya, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
7. ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.  (német)
8. ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
9. ↑ Hans-Joachim Fischer: amatőr elektronika: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.  (német)