Симисторы

Разработаны симметричные тиристоры, или симисторы, имеющие структуру п—р—п—р—п или р—п—р— п — р, которые отпираются при любой полярности напряжения и проводят ток в оба направления (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Вольт-амперная характеристика симметричного тиристора

На рис. 8.6 изображена структура симметричного тиристора. Из этого рисунка видно, что при полярности напряжения, показанной знаками «+» и «—» без скобок, работает левая половина прибора (направление движения электронов обозначено стрелками). При обратной полярности, показанной знаками в скобках, ток идет в обратном направлении через правую половину прибора.

Рис. 8.6. Структура симметричного тиристора

Роль симметричного тиристора могут выполнить два диодных тиристора, включенные параллельно (рис. 8.7). Управляемые симметричные тиристоры имеют выводы от соответствующих базовых областей.

Рис. 8.7. Замена симметричного тиристора двумя диодными тиристорами

Фототранзисторы

Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типа р—п—р со «свободной», т. е. никуда не включенной, базой, приведена на рис. 13.10. Как обычно, на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное.

Рис. 13.10. Структура и схема включения фототранзистора со «свободной» базой

Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундируют к коллекторному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фотодиоде, дырки под действием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типа п.—р—п все происходит аналогично.

Интегральная чувствительность у фототранзистора в десятки раз больше, чем у фотодиода, и может достигать сотен миллиампер на люмен. Фототранзистор со «свободной» базой имеет низкую температурную стабильность. Для устранения этого недостатка применяют схемы стабилизации. При этом должен быть использован вывод базы. На этот вывод можно также подавать постоянное напряжение смещения или электрические сигналы и осуществлять совместное действие этих сигналов и световых.

Выходные характеристики фототранзистора показаны на рис. 13.11. Они аналогичны выходным характеристикам для включения транзистора по схеме с общим эмиттером, но различные кривые соответствуют различным значениям светового потока, а не тока базы.

Рис. 13.11. Выходные характеристики фототранзистора

Характеристики показывают, что при повышенном напряжении возникает электрический пробой (штриховые участки).

Параметры фототранзисторов — интегральная чувствительность, рабочее напряжение (10—15 В), темновой ток (до сотен микроампер), рабочий ток (до десятков миллиампер), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт), граничная частота. Фототранзисторы, изготовленные сплавным методом, имеют граничные частоты до нескольких килогерц, а изготовленные диффузионным методом (планарные) могут работать на частотах до нескольких мегагерц. Недостаток фототранзисторов — сравнительно высокий уровень собственных шумов.

Фототиристоры

Т иристорные четырехслойные структуры р—п—р—п (рис. 13.13) могут управляться световым потоком, подобно тому как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. При действии света на область базы р₁ в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к п — р- переходам.

Рис.13.13. Структура и схема включения фототиристора

Электроны, попадая в область перехода П2, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление. За счет этого происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору: напряжение на переходе П2 несколько уменьшается, а напряжения на переходах II1 и П3 несколько увеличиваются. Но тогда усиливается инжекция в переходах П1 и П3, к переходу П2 приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения, еще больше усиливается инжекция в переходах П1 и П3, ток лавинообразно нарастает (см. штриховые линии на рис. 13.14), т. е. тиристор отпирается. Чем больше световой поток, действующий на тиристор, тем при меньшем напряжении включается тиристор. Это наглядно показывают вольт-амперные характеристики фототиристора, приведенные на рис. 13.14. После включения на тиристоре устанавливается, как обычно, небольшое напряжение и почти все напряжение источника Е падает на нагрузке. Иногда у фототиристора бывает сделан вывод от одной из базовых областей (p₁ или n₂). Если через этот вывод подавать на соответствующий эмиттерньий переход прямое напряжение, то можно понижать напряжение включения. Само включение по-прежнему будет осуществляться действием светового потока.

Рис. 13.14. Вольт-амперные характеристики фототиристора

Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные достоинства фототиристоров — малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.