Dinistor

Dinistor (muut nimet: diodityristori , Shockley-diodi , ei pidä sekoittaa Schottky-diodiin) on kahdella johdolla varustettu puolijohdelaite, joka on pnpn-puolijohderakenne ja jolla on S-muotoinen virta-jänniteominaisuus, kun kytketään ulkoinen jännite.

Toimii kuten tyristori , mutta siinä ei ole ohjauselektrodia, kytkeytyminen johtavaan tilaan tapahtuu, kun laitteen myötäjännite ylittää liipaisujännitteen.

Laajalti käytetty tehopuolijohdeelektroniikassa avaimena ; uusia malleja dinistorit luodaan edelleen.

Kuinka se toimii

Dinistorissa on neljä puolijohdekerrosta ja kolme pn-liitosta [2] . Ulompia alueita kutsutaan emittereiksi , sisäisiä emäksiksi, uloimpia pn-liitoksia kutsutaan emittereiksi ja sisempiä kutsutaan kollektoriksi. Laitteessa on kaksi elektrodia: katodi (n-emitterin puolelta) ja anodi (p-emitterin puolelta).

Dinistorin virta-jänniteominaisuus (CVC), kuten tyristorin CVC , on S-muotoinen . Dinistorilla on virran bistabiilisuus jännitealueella pitojännitteestä käynnistysjännitteeseen . Tällä aikavälillä laitteen kaksi tilaa, joilla on eri virta-arvot, vastaavat samaa jännitearvoa: suljettu ja johtava. Pois päältä -tilassa jännite syötetään pääasiassa käänteiseen esijännitettyyn kollektorin pn-liitokseen, vähemmistökantoaaltojen pitoisuus kannoissa on mitätön. Johtavassa tilassa kaikki kolme pn-liitosta ovat eteenpäin suuntautuvia, ja vähemmistökantoaaltoja ruiskutetaan emäksiin. Riittävän suurella virrantiheydellä laite toimii kuin pitkäkantainen diodi, jossa on eteenpäin suuntautuva bias: kanta-alueet on täytetty elektronireikäplasmalla, jossa on korkea pitoisuus emittereistä ruiskutettuja varauksenkuljettajia. Jännitteen pudotus kantaalueiden yli tässä tilassa voi merkittävästi ylittää biasin pn-liitoksissa.

Dinistorin bistabiilisuusmekanismi on sama kuin tyristorin. Tämän mekanismin määrää pnpn-rakenteen kolmen pn-liitoksen epälineaarinen vuorovaikutus. Siirtyminen johtavaan tilaan liittyy kollektoriliitoksen esijännityksen polariteetin muutokseen käänteisestä suoraksi virrantiheyden kasvaessa. Kolmen p-n-liitoksen vuorovaikutuksen mekanismia selittää kahden transistorin malli [2] (katso kuva ja myös artikkeli Tyristori ), tässä mallissa pnpn-rakenne on esitetty kahdena ”komposiittisena” pnp- ja npn-transistorina sen mukaisesti. kuvassa näkyvän dinistorin vastaavan piirin kanssa. Kahden transistorin malli suhteuttaa käynnistysjännitteen US "komposiittitransistorien" virransiirtokertoimiin .

Dinistorin, kuten tyristorin, käynnistämiseksi on tarpeen viedä pnpn-rakenteen perusteisiin ylimääräisiä vähemmistökantoaaltoja - niin kutsuttu "käynnistys" tai "ohjaus" -varaus. Tämän varauksen arvon tulee ylittää tietylle pnpn-rakenteelle ominaisen kriittisen varauksen. Kriittisen varauksen ominaispintatiheys on luokkaa 10 -6 C/cm 2 . Toisin kuin tyristori, dinistorissa ei ole ohjauselektrodia, jonka avulla voit syöttää ohjausvarauksen ohjauselektrodin virralla. Siksi dinistorin vaihtamiseen käytetään käytännössä muita menetelmiä. Näitä ovat erityisesti jännitteen nostaminen kollektoriliitoksessa.

Hystereesi - ilmiö liittyy S-muotoiseen CVC :hen: kun jännite kasvaa, laite on sammutettuna, kunnes käynnistysjännite saavutetaan; kun laitteen läpi kulkeva virta pienenee, se pysyy avoimessa tilassa, kunnes pitojännite saavutetaan lisäksi

Tämän ilmiön kokeellista havainnointia varten dinistorin läpi kulkevaa virtaa on rajoitettava sarjaan kytketyllä ohmisella resistanssilla. Laitteen kaksi tilaa saadaan VAC:n ja kuormitusviivan leikkauspisteestä .

Dinistorille, kuten myös muille laitteille, joissa on S-muotoinen CVC, ei-toivottu virtanauhoitus on tyypillistä [3] .

Sovellus

1950-luvulla dinistori oli yksi ensimmäisistä piitä (ei germaniumia ) käyttävistä puolijohdelaitteista [4] [5] , tälle laitteelle pystytettiin "monumentti" Kaliforniaan sen historiallisen merkityksen vuoksi.

Useiden vuosien ajan sitä on käytetty laajalti piireissä avaimena , esimerkiksi tyristoria vapauttavan pulssin luomiseksi tyristorin ohjauspiireihin. Suunnittelun yksinkertaisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi sitä pidettiin ihanteellisena elementtinä tyristoritehosäätimen tai pulssigeneraattorin piirissä.

1990-luvulta lähtien se on korvattu pienivirtasovelluksissa elementeillä, kuten diac .

Nyt dinistoreita käytetään pääasiassa tehopuolijohdeelektroniikassa: tätä varten kehitetään uusia dinistorimalleja sekä jännitteensyöttöperiaatteita.

Tehokkaat dinistorit

Tehokkaiden dinistorien spesifisyys koostuu useista suunnitteluominaisuuksista ja puolijohdekerrosten parametrien valinnasta, mukaan lukien emästen kevyt seostus käynnistysjännitteen lisäämiseksi ja laaja laiteliitosalue. Tässä tapauksessa on käytettävä erityistä menetelmää laitteen siirtämiseksi avoimeen tilaan.

Joten käänteisesti kytketyssä dinistorissa (RVD) [6]  - tehopulssilaitteessa - syötetään ensin heikkovirtapulssi, jolla on käänteinen (eli ei-toimiva) napaisuus, kun emäkset, pääasiassa n-kanta, syötetään täytetty elektronireikäplasmalla eteenpäin suuntautuvan kollektoriliitoksen kautta. Sen jälkeen, jo työnapaisuuden kohdalla, dinistorin kytkeminen päälle on helpompaa kuin käyttämättä ensin pulssia käänteisellä polariteetilla, avausmekanismi on samanlainen kuin tyristorin ohjaaminen ohjauselektrodilla. Etuna on samanaikainen päällekytkentä välittömästi koko puolijohderakenteen alueella.

Tällaiset laitteet on tällä hetkellä valmistettu piistä; piikarbidin (SiC) käytöstä korkeissa lämpötiloissa käsitellään myös .

Piirin symbolit

Ulkomaisessa kirjallisuudessa olevalle dinistorille ei ole olemassa yhtä yleisesti hyväksyttyä nimitystä. GOST 2.730-73:n mukaan dinistorin graafinen merkintä on yliviivattu diodisymboli [1] . Jotkut merkkivaihtoehdot näkyvät alla:

Jotkut dinistorin tavanomaisista graafisista merkinnöistä muodostuvat numeron 4 kirjoituksesta rakenteen kerrosten lukumäärän mukaan [4] . Tämä näkyy, jos vasemmalla olevaa kolmatta hahmoa käännetään 180 ° (katso myös kuva dinistorin "monumentista").

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Ehdolliset graafiset merkinnät kaavioissa. Puolijohdelaitteet. . Haettu 13. kesäkuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 13. kesäkuuta 2021.
  2. ↑ 1 2 Zee S. Puolijohdelaitteiden fysiikka. Kirja 1. . M.: Mir (1984). - katso Ch. 4, sek. "Diodi- ja triodityristorit", s. 221. Haettu 18. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 27. maaliskuuta 2022.
  3. ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Nykyinen nyöritys pnpn-rakenteissa // FTP , osa 3, no. 7, s. 950-958 (1969).
  4. ↑ 1 2 3 Valokuvaessee - Shockley 4 Layer Diodes Arkistoitu 11. lokakuuta 2018 Wayback Machinessa . Transistorimuseo  . _
  5. ↑ F. Gentry, F. Gutzwiller, N. Golonyak , E. Zastrov, von E. // Ohjatut puolijohdeventtiilit: pnpn-laitteiden toimintaperiaatteet ja sovellukset // M .: Mir, trans. englannista. 1967, 456 s.
  6. ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Uudet periaatteet suurten tehojen kytkemiseksi puolijohdelaitteisiin // L .: Nauka: Leningrad. Neuvostoliiton tiedeakatemian osasto, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
  7. ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.  (saksa)
  8. ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
  9. ↑ Hans-Joachim Fischer: amateurreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Osa 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.  (saksa)