Учебное пособие 704

			Таблица 9
Мощность, рассеиваемая корпусом тиристора
	Мощность, рассеиваемая корпусом
Диаметр		тиристора
выпрямительного
	Штыревой		Таблеточный
элемента, dвэ, мм	корпус		корпус
18	250		-
20	-		590
24	406		812
32	650		1182

Диаметр выпрямительного элемента выбирают так, чтобы мощность, рассеиваемая корпусом той или иной конструкции Ррас, была не менее Рос.ср, но и не более Ррас, заданной в задании. При выборе dвэ исходят также из минимальных затрат материала. Диаметр выпрямительного элемента должен быть из стандартного ряда. В рассматриваемом примере dвэ = = 2,4 см. Для выбранного диаметра выпрямительного элемента вычисляют активную площадь структуры тиристора по (36). Здесь же выбирают тип конструкции корпуса тиристора.

			3,14		2			2
	Sакт	= 0,98			(2,4 − 2 0,19)	− 0,2	= 2,8	см
				4

Выбираем таблеточную конструкцию корпуса.

3.4.Расчет основных параметров тиристоров

1.Импульсное напряжение в открытом состоянии Uос.и определяют следующим образом. При выбранном dвэ и известном Sакт. рассчитываем плотность прямого тока, соответ-

31

ствующую току Iос.ср: jос.max= (πIoc.cp)/Sакт. Затем по зависимости jпр(Uпр) (см. рис. 7) определяем Uос.и= f (jос.max).

jос.max= (3,14·250)/2,8 = 280 А/см2, Uос.и= f (280) = 2 В.

2. Повторяющийся импульсный обратный ток и повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии:

Iобр,.п = Iзс.,п =	π		qni Wodвэ2				,	(40)
	8		τn1	(1− β	n1	)
			p

где ni и τpn1 соответствуют температуре 125 оС, τpn1 Т3/2, а Wо и βn1 – анодному напряжению равному Uзс,п.

Толщина слоя объемного заряда Wо = Wоn1 + Wоp2, причем Won1 и Wоp2 вычисляются по формулам (12), (15) –(17) при Uзс = Uзс,п. Коэффициент переноса дырок через базу n1 также определяется при Uзс, = Uзс,п., используя формулы (12), (13), (26).

Won1 = 0,52 801600 =186 (мкм);

EM ≈ 2 1600 =1,72 105 (В/м);

186 10-4

W	=	1	ln	12 8,85 10-14 1350 1,72 105				= 24 10−4 (см) =
op2	1350				-19	13
				1,6 10
						6 10

= 24 (мкм);

Wо = 186 + 24 = 210 мкм;

Wn1* = 290 - 186= 104 (мкм);

32

βn1 =

1

= 0,75;

104

ch

98

I

обр,.п

= I

=

3,14

1,6 10-19 6 1012 210 10-4 2,42

=10 10−3(А).

зс.,п

18 10-6(1−0,75)

8

3. Ударные токи в открытом состоянии. Из практики известно, что плотность ударного тока в открытом состоянии jос.удар меняется от 1,5 кА/см2 при WSi = 400 мкм до 1 кА/см2 при WSi = 800 мкм. Находим jос.удар, соответствующее рассчитанной по формуле (10) толщине кремниевой пластины, а за-

тем Iос.уд. = jос.уд.Sакт.

WSi = 490 мкм, jос.удар = 1,4 кА/см2, Iос.уд. = 1,4·.2,8 = 4 кА.

4. Время включения приближенно равно среднему геометрическому времени диффузии в n1 (t1) и p2 (t2) областях:

t =

t1t2 ,

(41)

=

(W

)2

=

(Wp2 )2

где t1

n1

и t2

вычисляются при темпера-

2Dp

2Dn

туре 20 оС.

140 10-4

2

t

=

=8,2 10-6с;

1

2 12

58 10-4 2

t

=

= 0,5 10-6 с;

2

2 33

t = 8,2 10-6 0,5 10-6 = 2 10-6 с. 33

5. Время выключения. Расчет времени выключения проводится при максимально допустимой температуре структуры 125 оС по следующей формуле

t		= τn1	ln		Q(t1 )	,	(42)
	вык
		p		Qкр.	− Qнак. + Qj1

где Q(t1) – избыточный заряд дырок в базе n1 в момент времени t1,

Q(t1) = βp2 (τn1p )2

Sакт.

	dioc				Ioc.cp
				− exp−
−			1
				τp
	dt		сп.

−

dioc		−1
				; (43)
dt сп.

Qкр. – критический заряд включения тиристора рассчитан ранее по (22);

Qнак. – избыточный заряд неравновесных носителей, накопленный в базах,

π

dUзс

Uзс

Q

нак

=

εε

qN

n1

τ

н

F

0

τн

2

dt

dU				−1
		зс				;	(44)
	dt

Qj1 – заряд обедненной области перехода j1 при обратном напряжении, прикладываемом к тиристору в процессе выключения,

qNn1Won (U

)

dUзс

Uобр

dUзс

−1

обр

n1

Q

j1

=

τ

p

1

− exp−

.(45)

Uобр

dt

τp

dt

кр

кр

34

Скорость спада тока в открытом состоянии принимается

						di	oc
для отечественных тиристоров −								= 5 А/мкс в выраже-
						dt		сп.
нии			(43). В формуле (44) для			отечественных тиристоров
dU
		зс			= 200 В/мкс. В формуле (45) Uобр – обратное напряже-
	dt

ние, прикладываемое к тиристору в процессе выключения, для отечественных тиристоров Uобр = 100 В. Won(Uобр) и τpn1 в (47) вычисляются при Uзс = Uобр по формулам (12), (8), (9).

																-6		2									−1					2
Q(t			) =			0,79 (18 10											)		5 106		1− exp −			250		(5 106 )					= 4,3 10-4	Кл/м ;
		1																							-6
											2,8													18 10			.
Qкр = 1,6·10-7 Кл/см2;
Q					=				3,14				12 8,85 10 -14 1,6 10 -19 6,6 1013 4,7 10 -6 200 10 6
	нак								2
						1072														−1
F															(200 10 6 )								= 1,25 10 −7 Кл/м 2 ;
											-6
					4,7		10
			Q				=			1,6 10-19 6,6 1013 46,5 10-4																	3,6 10-6 1000 106
						j1
																		100
																		100						−1
					1		− exp								−						(1000 106)						= 4,8 10-8Кл/м2;
																3,6 10--6
							t					=			18 ln								4,3 10-4					=152 мкс.
									вык
																			1,6 10-7 −1,2 10-7 + 4,8 10-8

35

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров [Текст] / П. Тейлор. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 208 с.

2 Евсеев Ю.А Силовые полупроводниковые приборы [Текст]: учебник для техникумов / Ю.А. Евсеев, П.Г. Дерменжи. - М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

3 Крутякова М.Г. Полупроводниковые приборы и основы их проектирования [Текст]: учебник для техникумов / М.Г. Крутякова, Н.А. Чарыков, В.В. Юдин. - М.: Радио и связь, 1983.- 352 с.

4 Зи С. Физика полупроводниковых приборов [Текст]: в 2-х кн.: пер. с англ. / С. Зи. - М.: Мир, 1984.

5 Герлах В. Тиристоры [Текст] / В. Герлах. - М.: Энергоатомиздат, 1985. 328 с.

6 Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры [Текст]: справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. - М.: Радио и связь, 1988. - 576 с.

36

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П

Некоторые физические постоянные

Постоянная Больцмана
	k = 1,38 10-23 Дж/К =
	=8,62 10-5 эВ/К
Диэлектрическая проницаемость
свободного пространства	ε0 = 8,854 10-12 Ф/м =
	= 8,854 10-14 Ф/см
Диэлектрическая проницаемость
кремния	ε = 12
Заряд электрона
	q = 1,602 10-19 Кл
Коэффициент диффузии
электронов
при температуре 20 оС	Dn = 33 см2/
при температуре 125 оС	Dn = 22 см2/с
Коэффициент диффузии дырок
при температуре 20 оС	Dp = 12 см2/с
при температуре 125 оС	Dp = 8 см2/с
Собственная концентрация но-
сителей в кремнии
при температуре 20 оС	ni = 1,9 1010 cм –3
при температуре 125 оС	ni = 6 1012 cм –3
1 мкм = 1 10-6 м = 1 10-4 см

37

	Оглавление
Введение……………………………………………………		3
1.	Основные разделы курсовой работы ………………….	3
2.	Порядок выполнения курсовой работы и защиты …...	4
3.	Расчет дискретного силового тиристора ……………..	5
	3.1. Выбор исходного материала ……………………..	7
	3.2. Расчет параметров конструкции …………………	10

3.3.Расчет диаметра тиристорного элемента и выбор конструкции корпуса …………………………….. 23

3.4. Расчет основных параметров тиристора ………...	31
Библиографический список ……………………………...	36
Приложение. Некоторые физически постоянные ………	37

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТИРИСТОРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для выполнения курсовых работ

по дисциплине «Физические основы электроники» для студентов направления

11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Микроэлектроника и твердотельная электроника»)

очной формы обучения

Редактор Аграновская Н.Н.

Составитель: Свистова Тамара Витальевна

Подписано к изданию 30. 05.2019 Уч.-изд. л. 2,37.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

38