(рис.3) Зависимость от времени тока и напряжения на асимметричном тиристоре в процессе его выключения при последовательном (а,б) и встречно –параллельном (в,г) соединении диода.

(рис.3) Зависимость от времени тока и напряжения на асимметричном тиристоре в процессе его выключения при последовательном (а,б) и встречно –параллельном (в,г) соединении диода.

При последовательном соединении диод следует подбирать так, чтобы время его обратном восстановлении было меньше времени обратного восстановления тиристора. В этом случае обратный ток ограничивается диодом и напряжением на тиристоре не достигает напряжения лавинного пробоя анодного перехода. Однако низковольтный анодный переход тиристора, образованный сильнолегированным p1+ и т n! –слоями (рис.4), может восстанавливаться быстрее, чем высоковольтный p –n переход диода. В этом случае обратное напряжение на тиристоре кратковременно может достичь напряжения лавинного пробоя анодного перехода. Это может привести (при большой разнице времен обратного восстановления указанных переходов) к заметному увеличению времени выключения тиристора. Последнее связано с тем, что при пробое анодного перехода тиристора в его n –базу поставляются электроны, что приводит к росту избыточного заряда неравновесных электронов и дырок в этой базе. Ниже при расчетах будем считать, что эффект не имеет места.

При встречно –параллельном соединении асимметричного тиристора и диода пунктиром на рис.3,в показана зависимость от времени тока через диод. Напряжение на тиристоре при таком соединении приборов ведет себя более сложным образом.

(рис.4) Распределение избыточных концентраций дырок и электронов в базах асимметричного тиристора при наличии участков низкого уровня инжекции в базе и в слое n!.

На этапе спада обратного тока через тиристор, когда резко возрастает ток через диод, из-за инерционности процесса модуляции проводимости базы импульсное напряжение на диоде может быть весьма значительным. Это напряжение складывается с падением напряжения на паразитной индуктивности проводов, соединяющих диод и тиристор. В результате на этом этапе обратное напряжение на тиристоре также может кратковременно достичь напряжения пробоя анодного перехода. Влияние этого эффекта на время выключения тиристора будем считать, как и выше, пренебрежимо малым. В период спада обратного тока через сборку (прямого тока через диод) напряжение на паразитной индуктивности соединительных проводов меняет знак и вычитается из падения напряжения на диоде. Вследствие этого напряжение на тиристоре переходит через нуль раньше, чем ток. В этом смысле можно говорить о двух определениях времени выключения асимметричного тиристора при встречно-параллельном соединении диода, а именно о времени выключения по напряжению tqu и времени выключения по току tqi, причем tqi>tqu. (см. рис. 3,в и г).

Через некоторое время после изменения направления тока диод восстанавливает свое обратное сопротивление. На тиристоре при этом возникает кратковременный, длящийся доли микросекунды, импульс прямого напряжения, после чего напряжение в закрытом состоянии возрастает до амплитудного значения UD со скоростью du/dt, определяемой внешней схемой.

Этап спада тока в открытом, состоянии. Все расчеты на данном этапе аналогичны соответствующим расчетам для обычного тиристора. Разница заключается только в замене параметров p1-слоя обычного тиристора параметрами n'-слоя асимметричного тиристора.

Этап обратного смещения. Поведение тиристора на этом этапе несколько отличается для случаев последовательного и встречно-параллельного соединений диода.

Положим, что диод соединен встречно-параллельно. Этот случай наиболее часто встречается на практике. В рассматриваемом случае к тиристору прикладывается некоторое обратное напряжение и можно говорить об обратном восстановлении анодного и-катодного переходов. Как и при анализе данного этапа процесса выключения обычного тиристора, предположим, что можно пренебречь длительностью этапов запаздывания обратного напряжения для переходов j1 и j3 и что при t > t0 с самого начала распределение избыточных носителей заряда имеет вид, изображенный на рис.4.

Концентрация дырок p(W1, t) в n!-слое при x1=W1 и концентрация электронов n(W3 , t) в р2-базе при x3=W3 не обязательно одновременно равны нулю. В общем случае обратносмещенным оказывается только тот эмиттерный переход, плотность обратного тока через который меньше при нулевых значениях p(W1, t) и n(W3 , t). Другой переход при этом слегка смещается в прямом направлении, концентрация неосновных носителей заряда на границе с ним отличается от нуля, и плотности тока через оба перехода выравниваются. В принципе при больших обратных напряжениях на тиристоре оба перехода могут оказаться обратносме-щенными и концентрации p(W1, t) и n(W3 , t) станут равными нулю. Равенство плотностей обратного тока через оба перехода будет обеспечиваться при этом за счет лавинного пробоя одного, или обоих переходов. Однако лавинный пробой анодного перехода нежелателен (может привести к увеличению времени выключения), и условия эксплуатации асимметричных тиристоров ограничиваются таким образом, чтобы исключить пробой этого перехода-

Анализ всех возможных вариантов приводит к громоздким выражениям, а учет перемещения границ раздела участков низкого и высокого уровней инжекции в n!- и p2-слоях требует применения численных методов расчета.

Для приближенных расчетов предположим, что:

участки низких уровней инжекции охватывают слои n! и р2 практически по всей их толщине;

концентрации p(W1, t) и n(W3 , t) одновременно равны нулю;

распределения неравновесных дырок в n!-слое и электронов в базе p2 соответствуют квазистационарному состоянию;

в базе n1 реализуется высокий уровень инжекцни;

концентрации дырок в базе n1 при x2 =0н x2 =W2 примерно равны между собой, т. с. р(0, t)»p(W2, t), и распределение неравновесных дырок в этой базе описывается выражением

( 1 )

лавинный пробой анодного и катодного переходов отсутствует;

плотность дырочного тока из базы n1 в базу p2 (при x2=0) равна плотности тока рекомбинации в базе p2;

плотность дырочного тока из базы n1 в слой n! (при x2=W2) равна сумме плотностей тока рекомбинации в слое n! и обратного тока через тиристор JR(t).

Плотность обратного тока через тиристор ограничивается тем эмиттерным переходом, который смещается в обратном направлении, и с учетом принятых допущений описывается выражением

(2)

если , и