Dinistor

Dinistor (andra namn: diodtyristor , Shockley-diod , ej att förväxla med en Schottky-diod) är en halvledarenhet med två ledningar, som är en pnpn-halvledarstruktur och har en S-formad ström-spänningskarakteristik när arbetspolariteten för en extern spänning appliceras.

Fungerar som en tyristor , men har ingen kontrollelektrod, omkoppling till ett ledande tillstånd sker när framspänningen på enheten överstiger triggerspänningen.

Används ofta i krafthalvledarelektronik som nyckel ; ny design av dinistorer fortsätter att skapas.

Hur det fungerar

Dinistorn har fyra halvledarlager och tre pn-övergångar [2] . De yttre områdena kallas emitters , de inre kallas baser, de yttersta pn-övergångarna kallas emitter och den inre kallas kollektor. Enheten har två elektroder: en katod (från n-emittersidan) och en anod (från p-emittersidan).

Strömspänningskarakteristiken (CVC) för dinistorn, liksom tyristorns CVC , är S-formad . Dinistorn har strömbistabilitet i spänningsområdet från hållspänning till startspänning . I detta intervall motsvarar två tillstånd av enheten med olika strömvärden samma spänningsvärde: stängd och ledande. I avstängt tillstånd appliceras spänningen huvudsakligen på den omvänd förspända kollektor-pn-övergången, koncentrationen av minoritetsbärare i baserna är försumbar. I det ledande tillståndet är alla tre pn-övergångar framåtspända och minoritetsbärare injiceras i baserna. Vid en tillräckligt hög strömtäthet fungerar enheten som en långbasdiod med en framåtförspänning: basområdena är fyllda med elektronhålsplasma med en hög koncentration av laddningsbärare som injiceras från sändarna. Spänningsfallet över basområdena i detta läge kan avsevärt överskrida förspänningen vid pn-övergångar.

Bistabilitetsmekanismen hos dinistorn är densamma som hos tyristorn. Denna mekanism bestäms av den olinjära interaktionen mellan tre pn-övergångar i pnpn-strukturen. Övergången till det ledande tillståndet är associerad med en förändring i polariteten hos förspänningen i kollektorövergången från omvänd till direkt med ökande strömtäthet. Mekanismen för växelverkan mellan tre p-n-övergångar förklaras av en tvåtransistormodell [2] (se figuren och även i artikeln Thyristor ), i denna modell presenteras pnpn-strukturen som två "sammansatta" pnp- och npn-transistorer i enlighet med med motsvarande krets för dinistorn som visas i figuren. Tvåtransistormodellen relaterar tillslagsspänningen US till strömöverföringskoefficienterna för "sammansatta" transistorer.

För att slå på dinistorn, som tyristorn, är det nödvändigt att införa överskott av minoritetsbärare i baserna av pnpn-strukturen - den så kallade "start" eller "kontrollerande" laddningen. Värdet på denna laddning måste överstiga den kritiska laddningen som kännetecknar en specifik pnpn-struktur. Den kritiska laddningen har en karakteristisk ytdensitet i storleksordningen 10 −6 C/cm 2 . Till skillnad från en tyristor har en dinistor ingen kontrollelektrod som gör att du kan införa en kontrollladdning med hjälp av kontrollelektrodens ström. Därför används andra metoder i praktiken för att byta dinistor. Dessa inkluderar i synnerhet ökning av spänningen vid kollektorövergången.

Fenomenet hysteres är associerat med den S-formade CVC : när spänningen ökar är enheten i avstängt tillstånd tills startspänningen uppnås; när strömmen genom enheten minskar förblir den i öppet tillstånd tills hållspänningen uppnås dessutom

För experimentell observation av detta fenomen måste strömmen genom dinistorn begränsas av en seriekopplad ohmsk resistans. De två tillstånden för enheten ges av skärningspunkten mellan VAC och lastlinjen .

För dinistorn, såväl som andra enheter med en S-formad CVC, är det oönskade fenomenet med strömsnörning karakteristiskt [3] .

Applikation

På 1950-talet var dinistorn en av de första halvledarenheterna som använde kisel (inte germanium ) [4] [5] , ett "monument" till denna enhet uppfördes i Kalifornien på grund av dess historiska betydelse.

Under många år har den använts i stor utsträckning i kretsar som en nyckel , till exempel för att skapa en tyristorupplåsningspuls i tyristorstyrkretsar. På grund av designens enkelhet och låga kostnad ansågs det vara ett idealiskt element i kretsen för en tyristorkraftkontroller eller en pulsgenerator.

Sedan 1990-talet har den ersatts för lågströmstillämpningar av element som diac .

Nu används dinistorer främst inom krafthalvledarelektronik: för detta utvecklas nya dinistordesigner, såväl som spänningsförsörjningsprinciper.

Kraftfulla dinistorer

Specificiteten hos kraftfulla dinistorer består av ett antal designfunktioner och valet av parametrar för halvledarskikt, inklusive lättdopning av baser för att öka startspänningen och ett stort område av enhetsövergångar. I detta fall måste en speciell metod för att överföra enheten till öppet tillstånd användas.

Så i en omvänt kopplad dinistor (RVD) [6]  - en effektpulsad enhet - tillförs först en svag strömpuls med omvänd (det vill säga icke-fungerande) polaritet, när baserna, i första hand n-basen, är fylld med elektronhålsplasma genom en framåtriktad kollektorövergång. Efter det, redan vid arbetspolariteten, är det lättare att slå på dinistorn än utan att först applicera en puls med omvänd polaritet, öppningsmekanismen liknar styrning av tyristorn med kontrollelektroden. Fördelen är samtidigheten att slå på omedelbart över hela området av halvledarstrukturen.

Sådana anordningar är för närvarande gjorda av kisel; Användningen av kiselkarbid (SiC) för högtemperaturapplikationer diskuteras också .

Kretssymboler

För dinistor på kretsscheman i utländsk litteratur finns ingen enskild allmänt accepterad beteckning. Enligt GOST 2.730-73 är den grafiska beteckningen för en dinistor en överstruken diodsymbol [1] . Några teckenalternativ visas nedan:

Några av de konventionella grafiska beteckningarna på dinistorn bildas av inskriptionen av siffran 4, enligt antalet lager i strukturen [4] . Detta kan ses om den tredje siffran till vänster roteras 180 ° (se även bilden av "monumentet" till dinistorn).

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 GOST 2.730-73 ESKD Villkorliga grafiska beteckningar i diagram. Halvledarenheter. . Hämtad 13 juni 2021. Arkiverad från originalet 13 juni 2021.
  2. ↑ 1 2 Zee S. Halvledarenheters fysik. Bok 1. . M.: Mir (1984). - se kap. 4, sek. "Diod- och triodtyristorer", sid. 221. Hämtad 18 maj 2020. Arkiverad från originalet 27 mars 2022.
  3. ↑ Varlamov I. V., Osipov V. V. // Strömsnörning i pnpn-strukturer // FTP , vol. 3, nr. 7, sid. 950-958 (1969).
  4. ↑ 1 2 3 Fotoessä - Shockley 4 Layer Diodes Arkiverad 11 oktober 2018 på Wayback Machine . Transistormuseum  . _
  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. från engelska. 1967, 456 sid.
  6. ↑ Tuchkevich V. M. , Grekhov I. V. // Nya principer för omkoppling av höga effekter med halvledarenheter // L .: Nauka: Leningrad. Institutionen för USSR:s vetenskapsakademi, ISBN 5-02-024559-3 (1988).
  7. ↑ Elektrotechnik-Elektronik-Grundlagen und Begriffe. VEB Fachbuchverlag, 1984.  (tyska)
  8. ↑ 1 2 Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5
  9. ↑ Hans-Joachim Fischer: amatörreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.  (tyska)