Аналоги тринисторов с полевыми транзисторами

1956 г. в США была опубликована статья [1], в которой впервые опи­сан тринистор — четырёхслойный полу­проводниковый прибор с управляемой S-образной вольт-амперной характе­ристикой. Его условное графическое изображение и эквивалентная схема показаны на рис. 1. С тех пор ассорти­мент тринисторных и симисторных структур значительно расширился, но в результате естественного отбора пре­имущественное распространение полу­чили тринисторы классической структуры. Наряду с неоспоримыми досто­инствами, у тринисторов выявились и недостатки: низкое входное сопротив­ление, неудовлетворительные частот­ные свойства, значительное падение напряжения на открытом приборе и др.

Рис. 1

Проблема низкого входного сопро­тивления была решена созданием в 1981 —1984 гг. тринисторов, представ­ляющих собой комбинацию полевого, в том числе с изолированным затвором транзистора, и обычного тринисторов [2, 3]. Эквивалентные схемы некоторых из этих приборов показаны на рис. 2.

Рис. 2

Ниже приведено несколько схем тринистороподобных структур, построенных с использованием полевых транзисторов с изолированным затвором. Далеко не все они идеальны, но при дальнейшем совершенствовании могут послужить основой для создания тринисторов, об­ладающих улучшенными свойствами.

На рис. 3 показан пример аналога тринистора с ключевым элементом структуры КМОП в цепи управления. Его недостатки — невысокое рабочее на­пряжение (до 15 В) и значительное па­дение напряжения в открытом состо­янии (до 3 В). Достоинства — высокое входное сопротивление (около 1 МОм), повышенное быстродействие. Для дальнейшего уменьшения падения напряже­ния в открытом состоянии можно при­менить современную модификацию КМОП-микросхемы, способную рабо­тать при напряжении питания менее 3 В.

Рис. 3

На рис. 4 изображён аналог тринистора на двух полевых транзисторах с раз­ными типами проводимости каналов. Он отличается тем, что имеет два уп­равляющих электрода. Для его открыва­ния управляющий электрод УЭ1 достаточно на мгновение соединить с като­дом либо на управляющий электрод УЭ2 кратковременно подать напряжение вы­ше 4,1 В. Для закрывания достаточно, как обычно, на мгновение разорвать цепь анода либо подать на управляющий электрод УЭ2 напряжение ниже 4 В (0…4В), в том числе просто соединив УЭ2 с катодом. Падение напряжения между анодом и катодом этого аналога тринистора в открытом состоянии — около 5 В при токе анода 10 мА. При за­крытом тринисторе и напряжении анод-катод 12 В ток не превышает 12 мкА.

Рис. 4

Аналог тринистора, схема которого изображена на рис. 5, также выполнен на двух полевых транзисторах с изоли­рованными затворами и каналами раз­ной проводимости, но отличается тем, что исходно находится в открытом со­стоянии. Это обусловлено начальным неравенством сопротивления каналов транзисторов VТ1 и VT2 в момент пода­чи напряжения анод—катод аналога. Чтобы закрыть такой тринистор, подают управляющее напряжение 0…2.5 В на управляющий электрод УЭ1. Можно просто соединить этот электрод с като­дом. Повторно открывают тринистор соединением управляющего электрода УЭ2 с катодом или кратковременным отключением напряжения анод—катод.

Рис. 5

Структура аналога тринистора, изо­бражённого на рис. 6, напоминает классическую, показанную на рис. 2, но он имеет дополнительный управляющий электрод УЭ2, на который подают за­крывающий сигнал. Минимальное на­пряжение открывания такого тринисто­ра по входу УЭ1 — 1,35 В.

Рис. 6

Показанный на рис. 7 аналог тринистора при напряжении между управляю­щим электродом и катодом менее 1 В закрыт, и ток в цепи анод—катод не пре­вышает 2 мкА. При управляющем на­пряжении выше указанного тринистор открывается.

Рис. 7

Аналог тринистора, схема которого показана на рис. 8, имеет защиту уп­равляющего электрода стабилитроном VD1 — на 6,8 В и частично наследует свойства предыдущего схемного реше­ния — открывается при управляющем напряжении более 1 В.

Рис. 8

Поскольку вход­ное сопротивление управляющего электрода велико, он подвержен наводкам, которые могут привес­ти к самопроизвольному откры­ванию тринистора. Чтобы сни­зить входное сопротивление, ре­комендуется подключить между управляющим электродом и ка­тодом резистор сопротивлением 51 кОм. В этом случае тринистор станет открываться при напря­жении на управляющем электро­де выше 1,4 В.

ЛИТЕРАТУРА

1. Moll J. L., Tanenbaum M., Goldey J.M., Holonyak N. P-N-P-N Transistor Switches. — Proc. of the IRE, 1956, Vol. 44, Iss. 9, p. 1174— 1182.
2. Leipold L., Stengl J. P., Tihanyi J. FET

controlled thyristor. — Patent USA 4502070. Pend. 22.06.1981. Res. 26.02.1985.

3. Temple V. A. K. MOS-Controlled Thyri­stors. — IEEE Electron Devices Meeting, Abstract 10.7, 1984, Vol. 30, p. 282-285.

Автор: М. ШУСТОВ, г. Томск
Источник: Радио №12, 2016