*تیریستور یا یکسو کننده قابل کنترلp-n-p-n

1-1-تیریستور (یا یکسو کننده قابل کنترل p-n-p-n )

تیریستور یک وسیله نیمه هادی چهار لایه سه اتصالی با سه خروجی است و از لایه های نوع p و n سیلیکونی که به طور متناوب قرار گرفته اند ساخته شده اند .. ناحیه p انتهایی آند ، ناحیه n انتهای کاتد و ناحیه p داخلی دریچه یا گیت[1] است . آند از طریق مدار به طور سری به کاتد وصل می شود . این وسیله اساساً یک کلید است و همواره تا زمانی که به پایانه های آند و دریچه ولتاژ مثبت مناسبی به کاتد اعمال نشده است در حالت قطع (حالت ولتاژ مسدود کننده ) باقی می ماند و امپدانس بینهایتی از خود نشان خواهد داد . در حالت وصل و عبور جریان بدون احتیاج به علامت[2] (یا ولتاژ) بیشتری روی دریچه به عبور جریان ادامه خواهد داد . در این حالت به طور ایده آل هیچ امپدانسی در مسیر جریان از خود نشان نمی دهد . برای قطع کلید و یا برگرداندن تیریستور به حالت خاموشی بایستی روی دریچه علامت و یا ولتاژی نباشد و جریان در مسیر آند به کاتد به صفر تقلیل یابد . تیریستور عبور جریان را فقط در یک جهت امکان پذیر می سازد .

اگر به پایانه های تیریستور ولتاژ بایاس خارجی اعمال نشود ، حاملهای اکثریت در هر لایه تا زمانی که ولتاژ الکتروستاتیکی داخلی[3] به وجود آمده از انتشار بیشتر حاملها جلوگیری کند ، منتشر می شوند . اما بعضی از حاملهای اکثریت انرژی کافی جهت عبور از سد تولید شده توسط میدان الکتریکی ترمزکن[4] هر اتصال را دارد . این حاملها پس از عبور ، تبدیل به حاملهای اقلیت می شوند و می توانند با حاملهای اکثریت ترکیب شوند . حاملهای اقلیت هر لایه نیز می توانند توسط میدان الکتریکی ثابتی در هر یک از اتصالها شتابدار شوند ، ولی چون در این حالت (از خارج ولتاژی اعمال نمی شود) مدار خارجی وجود ندارد مجموع جریانهای حاملهای اقلیت و اکثریت بایستی صفر شود .

حال اگر یک ولتاژ بایاس با یک مدار خارجی برای حمل جریانهای داخلی منظور شود ، این جریان ها شامل قسمتهای زیر خواهند
بود.

جریان ناشی از :

1-عبور حاملهای اکثریت (حفره ها ) از اتصال

2-عبور حاملهای اقلیت از اتصال

3-حفره های تزریق شده به اتصال که از طریق ناحیه n اشاعه
می یابند اتصال را قطع می کند .

4-حاملهای اقلیت از اتصال که از طریق ناحیه n اشاعه یافته و از اتصال عبور کرده است . عیناً نیز از شش قسمت و از چهار قسمت تشکیل خواهد یافت .

برای تشریح اصول کار تیریستور از دو روش متشابه[5] مدلهای دیودی و یا دو ترانزیستوری می توان استفاده کرد .

(الف) مدلهای دیودی تیریستور

تیریستور که یک نیمه هادی سه اتصالی ، شبیه سه دیودی است که به طور سری اتصال یافته اند . اگر دریچه بایاس نشود ولی به دو سر آند و کاتد ولتاژ بایاسی اعمال شود این ولتاژ هر قطبیتی[6] که داشته باشد همواره حداقل یک اتصال معکوس بایاس شده ، وجود خواهد داشت تا از هدایت تیریستور جلوگیری کند .

اگر کاتد توسط ولتاژ منبع تغذیه (نسبت به آند ) منفی شود و دریچه نسبت به کاتد به طور مثبت بایاس شود لایه p دریچه توسط کاتد از الکترون لبریز می شود و خاصیت خودش را به عنوان لایه p از دست می دهد . در نتیجه تیریستور به دیود هدایتی معادلی تبدیل می شود .

(ب)مدل دو ترانزیستوری تیریستور

پولک p-n-p-n را می توان به صورت دو ترانزیستور با دو ناحیه پایه در نظر گرفت . کلکتور ترانزیستور n-p-n ، جریان محرکی برای پایه ترانزیستور p-n-p که جریان کلکتورش اضافه جریان دریچه به مثابه جریان محرک[7] پایه ترانزیستور n-p-n است ، مهیا کند .

برای روشن کردن تریستور جریان دریچه به جزء خیلی حساس ترانزیستور n-p-n از اتصال p-n-p-n اعمال می شود . اولین ده درصد افزایش جریان آند ، در اصل جریان کلکتور ترانزیستور n-p-n است . پایه n ترانزیستور p-n-p توسط جریان کلکتور ترانزیستور n-p-n باردار می شود . در نتیجه فیدبک مثبتی توسط جریان کلکتور ترانزیستور p-n-p به منظور افزایش بارهای ایجاد شده در پایه p ترانزیستور n-p-n دایر می شود . به این ترتیب جریان تیریستور شروع به افزایش می کند ، به سرعت به مقدار اشباع می رسد و جریان تیریستور فقط توسط امپدانس بار محدود
می شود .

بهتر است به منظور تشریح مشخصه و خواص تیریستور حالتهای مختلف آن را (از نظر بایاس ) مورد بررسی قرار دهیم .

[1] -Gate 2-signal

[3]-Built - in voltage 2-Retarding electric field

[5] -Analogue 2-Polarity

[7] -Drive

*مقاله آشنایی با ساختمان و عملکرد نیمه هادی دیود و ترانزیستور*

نیمه هادی ها و ساختمان داخلی آنها

نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت ، ما بین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادیها ، دارای 4 الکترون می‌باشد.

ژرمانیم و سیلیکون دو عنصری هستند که خاصیت نیمه هادی ها را دارا می‌باشند و به دلیل داشتن شرایط فیزیکی خوب ، برای ساخت نیمه هادی دیود ترانزیستور ، آی سی (IC ) و .... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ژرمانیم دارای عدد اتمی‌32 می‌باشد .

این نیمه هادی ، در سال 1886 توسط ونیکلر[1] کشف شد.

این نیمه هادی ، در سال 1810توسط گیلوساک[2] و تنارد[3] کشف شد. اتمهای نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم به صورت یک بلور سه بعدی است که با قرار گرفتن بلورها در کنار یکدیگر ، شبکه کریستالی آنها پدید می‌آید .

اتم های ژرمانیم و سیلیسیم به دلیل نداشتن چهار الکترون در مدار خارجی خود تمایل به دریافت الکترون دارد تا مدار خود را کامل نماید. لذا بین اتم های نیمه هادی فوق ، پیوند اشتراکی برقرار می‌شود.

بر اثر انرژی گرمائی محیط اطراف نیمه هادی ، پیوند اشتراکی شکسته شده و الکترون آزاد می‌گردد. الکترون فوق و دیگر الکترون هائی که بر اثر انرژی گرمایی بوجود می‌آید در نیمه هادی وجود دارد و این الکترون ها به هیچ اتمی‌وابسته نیست.

د ر مقابل حرکت الکترون ها ، حرکت دیگری به نام جریان در حفره ها که دارای بار مثبت می‌باشند، وجود دارد. این حفره ها، بر اثر از دست دادن الکترون در پیوند بوجود می‌آید.

بر اثر شکسته شدن پیوندها و بو جود آمدن الکترون های آزاد و حفره ها ، در نیمه هادی دو جریان بوجود می‌آید.جریان اول حرکت الکترون که بر اثر جذب الکترون ها به سمت حفره ها به سمت الکترون ها بوجود خواهد آمد و جریان دوم حرکت حفره هاست که بر اثر جذب حفره ها به سمت الکترون ها بوجود می‌آید. در یک کریستال نیمه هادی، تعداد الکترونها و حفره ها با هم برابرند ولی حرکت الکترون ها و حفره ها عکس یکدیگر می‌باشند.

1. نیمه هادی نوع N وP

از آنجایی که تعداد الکترونها و حفره های موجود در کریستال ژرمانیم و سیلیسیم در دمای محیط کم است و جریان انتقالی کم می‌باشد، لذا به عناصر فوق ناخالصی اضافه می‌کنند.

هرگاه به عناصر نیمه هادی ، یک عنصر 5 ظرفیتی مانند آرسنیک یا آنتیوان تزریق[4] شود، چهار الکترون مدار آخر آرسنیک با چهار اتم مجاور سیلسیم یا ژرمانیم تشکیل پیوند اشتراکی داده و الکترون پنجم آن ، به صورت آزاد باقی می‌ماند.

بنابرین هر اتم آرسنیک، یک الکترون اضافی تولید می‌کند، بدون اینکه حفره ای ایجاد شده باشد. نیمه هادی هایی که ناخالصی آن از اتم های پنج ظرفیتی باشد، نیمه هادی نوع N[5] نام دارد.

در نیمه هادی نوع N ، چون تعداد الکترون ها خیلی بیشتر از تعداد حفره هاست لذا عمل هدایت جریان را انجام می‌دهند . به حامل

[1] winkler

[2] Gilosake

[3] Tanard

[4] Dopping

[5] Negative