часть увеличивает концентрацию избыточных носителей в базах. В кривых распределения зарядов 1 и а затем 2 и Z (см. рис. 6.25, а , относящихся к двум последовательным моментам времени, появляются градиенты концентрации, обусловливающие диффузионное движение неосновных носителей в направлении к центральному переходу Я2. До достижения зарядами границ перехода Я2 транзитные составляющие тока в тиристоре и тем самым коэффициенты передачи тока ар и ап очень малы.

По окончании формирования центрального р-п-перехода Я2 (полной зарядки конденсатора Ск), что соответствует этапу tly зарядная составляющая тока спадает до нуля, но собственный ток /к коллекторного перехода Я2 продолжает проходить (этап t2), увеличивая число носителей в базах. Рост величины избыточного заряда в базах приводит к появлению некоторого граничного его значения, называемого критическим QKvm. Он характерен тем, что в базах тиристора непосредственно у границ центрального перехода появляется заметный градиент концентраций (кривые 3 и 3 на рис. 6.25, а), определяющий начальные значения транзитных составляющих тока. Составляющая, приходящая из одной базы, обогащает основными носителями смежную базу, что открывает путь для вхождения в эту базу и неосновных носителей, инжектируемых соответствующим эмиттером. В результате взаимного обогащения носителями транзитные составляющие тока и ток в целом быстро возрастают (этап t3 на рис. 6.25, б). Процесс нарастания тока на этапе t3 аналогичен процессу увеличения тока в усилителях с положительной обратной связью, в связи с чем этап t3 по аналогии иногда называют этапом регенерации. В базах ему соответствует переход от кривых распределения зарядов 3 и 3 к кривым 4 и 4. На нагрузочной диаграмме (см. рис. 6.20, б) этому режиму соответствует перемещение рабочей точки по геометрическому месту, близкому к линии нагрузки MN.

Начало развития регенеративного процесса в переходном режиме определяется равенством

ар + а„ = 1. (6.8)

Полное время до начала развития регенеративной стадии процесса (tx + t2) называют временем задержки t3.

По окончании регенеративной стадии процесса и возрастании тока почти до полного его значения (что в расчетах принято учитывать по возрастанию тока до 0,9 его конечного значения) имеет место дальнейшее пополнение баз тиристора зарядами и переход от кривых распределения 4 и 4 к кривым 5 и 5

В течение этого этапа (£, на рис. 6.25, б), называемого завершающим, базы тиристора переходят к состоянию насыщения.

На протяжении этапа задержки t3 на тиристоре сохраняется почти полное подведенное к нему напряжение (за вычетом падения напряжения, создаваемого зарядным током в нагрузочном сопротивлении).

Уменьшение напряжения на тиристоре начинается на этапе быстрого нарастания тока (регенеративной стадии процесса) и заканчивается на последнем (завершающем) этапе переходного процесса, заметно опаздывая по отношению к моменту установления полного значения анодного тока. На завершающем этапе уменьшение напряжения до установившегося значения Д£Уа обусловлено уменьшением падения напряжения на переходе Я2, вследствие изменения граничных концентраций зарядов на нем, в процессе насыщения баз зарядами, а также, в некоторой степени, из-за уменьшающегося при этом сопротивления баз.

Абсолютная и относительная длительности отдельных этапов нарастания тока зависят от геометрических размеров и электрических свойств базовых слоев, а также от приложенного к тиристору напряжения и величины нагрузочного тока.

В неуправляемых тиристорах время задержки (4 = tt + /2) может быть вычислено из приближенного равенства [33]

Входящая в это равенство величина критического заряда QKPht известна либо как параметр данного тиристора, либо она определяется опытным путем.

Длительность этапа быстрого нарастания тока t3 = 4\ в предположении, что за время этого этапа ток изменяется от 0,1/ауст до 0,9/ уст, может быть приближенно найдена по закону нарастающей экспоненты, что приводит к приближенному равенству [37]

б. = *61п£?, (6.10)

Kf,1J а. уст

где Тб - эквивалентная постоянная времени, зависящая от приложенного к тиристору напряжения. Она известна как параметр данного типа тиристора, или находится экспериментально.

Этап завершения, зависящий от тока /а.уст, может быть приближенно вычислен по времени, необходимом для возрастания заряда в толстой базе от QKp T до полного его значения в режиме насыщения. Оно примерно равно 3-4 постоянным времени жизни зарядов в базе т6н в режиме насыщения.

Осцилограммы напряжения (рис. 6.26, а) и тока (рис. 6.26, б), снятые у низковольтного неуправляемого тиристора (тип Д-227), при разных значениях напряжения питания (указанных в подписи к рисункам) подтверждают не только закономерность по этапам переходного процесса, но и длительность этих этапов. Числовые обозначения кривых токов соответствуют однозначной нумерации на осциллограммах напряжения. Масштаб времени для токов и напряжений указан на осях координат [33].

Как видно из осциллограмм, увеличение анодного напряжения

от Uа - 12 в (осциллограмма /) до Ua = 25 в (осциллограмма 7) приводит к увеличению зарядного тока, в связи с чем длительность прохождения собственного тока коллекторного перехода (этап t2) до появления регенеративной стадии процесса сокращается от 0,5 (осциллограмма 1) до 0,05 мксек (осциллограмма 7).

Рис. 6.26. Осциллограммы напряжения (а) и тока (б) в маломощном тиристоре в период его открытия (1 - Ua - 12 в; 2 - Ua= 14 в; 3 - Ua = 15 е; 4 - Ua = 17 в; 5 - Ua - 19 в; 6 - Va= 22 е;

7 - £/а = 25 е)

б) Переходные процессы при выключении тиристора

Количество избыточных носителей, накапливающихся в базах тиристора при прохождении прямого тока, пропорционально току и площадям, ограниченным верхними кривыми на рис. 6.25, а и прямыми, параллельными оси абсцисс рт и пр0, определяющими равновесную концентрацию носителей в базах п± и р2.

Пока остаточные заряды не исчезают до некоторого предельного минимума, тиристор вновь открывается при самых небольших анодных напряжениях, не на много превышающих значение Д{/а. Это приводит к преждевременному открытию и нарушению режима коммутации тока в системе.

Поэтому для нормального режима работы прибора требуется, чтобы концентрация остаточных зарядов в базах прибора снизилась до предельного минимума, до появления на его электродах повторного положительного напряжения. Минимальное время, требующееся для восстановления запертого состояния тиристора, называют временем восстановления. Это время значительно сокращается, если после прохождения прямого тока часть избыточных зарядов из накопленных в базах тиристора проходит через внешнюю цепь. Это имеет место тогда, когда на смену положительному анодному напряжению Ua прибору сообщается отрицательное напряжение Vb и цепь с прибором замкнута на нагрузочное Сопротивление Ra (рис. 6.27, а).

В цепи возникает при этом обратный (инверсный) ток. Процесс исчезновения избыточных зарядов в базах тиристора проходит при