非对称晶闸管断态电压研究

1.断态电压

当晶闸管被正向偏置，则晶闸管处于正向阻断模式，如图2-26所示。此时反偏的J₂结同时受到J₁结和J₃结的作用，流过J₂结的电流为

图2-26 正向偏置晶闸管模型

I＝M（a₁I＋a₂I＋I_CO）

即

由J₂结发生雪崩的条件M（a₁＋a₂）＝1，则有

U_BF＝U_B（1-a₁-a₂）^1／n

与反向阻断电压相比，显然U_BF低于U_BR。当a₂＝0则对上述对称结构有U_BF＝U_BR。同样可以用数值计算或图解法求出断态阻断电压。

2.U_BF与温度的关系

U_BF和注入效率的温度特性密切相关，由于它同时受到两个注入效率的影响，电流增益在整个温度范围内起作用。高温下U_BF要比U_BR低得多。U_BR与U_BF随温度的变化如图2-27所示。

图2-27 阻断电压与温度的关系(www.xing528.com)

3.短路发射极原理

为了使晶闸管在断态达到完全的阻断能力，考虑到敏感的电压下降，必须使a₂≈0，在断态电流范围里，γ≪1，可以实现a₂≈0。但是这只能对不太高的结温有效。然而通过工艺上采取措施、可以消除这一不利的温度影响。

图2-28所示为改善晶闸管温度特性，使U_BF近似等于U_BR而采用的短路发射极结构。J₃结的某些地方和P基区短路，P₂区被短路部分是点状的则称为“短路点”，如果是环状的则称为“短路环”。

图2-28 短路发射极原理

其原理是基于横向电阻效应，图2-29是为说明短路发射极作用的等效模型。当电流较小时，通过J₂结的电流直接从P₂区经短路点流向阴极欧姆接触。由于没有电流经J₃结，所以J₃结向P₂区注入的电子很少、a₂很小；当电流继续增大，电流在P₂区横向流动就会在基区产生一定的电压降落，此电压使远离短路点部分的电位提高，该部分J₃结的正向电压U₃增大。当U₃＞U_D（J₃结开启电压）时，正向电流将随U₃指数上升，发射极注入比很快达到正常值，a₂迅速增大。

图2-29 短路发射极等效模型

图2-30表示这种晶闸管有无短路点时转折电压随温度的变化关系。可见，用短路点改善晶闸管正向阻断能力的效果是明显的。同时还将看到短路点可以用于逆导晶闸管一类非对称器件以及GTO器件的阳极。

图2-30 U_BO随T_j的变化关系