Studiul Componentelor Semiconductoare Multijoncțiune

Elementele de bază ale instalaţiilor electronice sunt dispozitivele electronice prin proprietăţile lor fundamentale deosebite de cele ale elementelor liniare de circuit, ele dau posibilitatea realizării funcţiunilor specifice circuitelor electronice: redresoare, amplificare, generare de asociaţii, modulaţie, detecţie, formarea impulsurilor, releu electronic.

Scopul lucrării de faţă este de a prezenta cunoştinţele fundamentale asupra dispozitivelor semiconductoare multijoncţiune (tiristorul, triacul şi diacul), atât în privinţa bazelor fizice ale funcţionării cât şi în privinţa utilizării lor în circuitele electronice.

Ponderea diferitelor capitole din cuprinsul lucrării ţine seama atât de răspândirea dispozitivului electronic respectiv instalaţiile existente, cât şi de importanţa studiului acestuia pentru a înţelege funcţionarea dispozitivelor.

O categorie importantă de dispozitive semiconductoare bipolare au mai mult de două joncţiuni, rezultând proprietăţi calitativ deosebite faţă de tranzistor. Cel mai utilizat dintre aceste dispozitive, tiristorul, care are trei joncţiuni, a apărut cu aproximativ 10 ani după tranzistor, cunoscând însă în ultimul deceniu o răspândire rapidă, în special în instalaţiile electronice de putere.

La tiristor, la fel ca la tiratron, electrodul de comandă nu poate determina decât tensiunea la care va începe conducţia; în timpul conducţiei acest electrod îşi pierde rolul de comandă, reluându-şi acest rol numai după ce curentul din circuitul principal s-a întrerupt datorită scăderii sau inversării tensiunii aplicate acestuia. Astfel, utilizarea principală a tiristorului va fi în domeniul redresării tensiunii alternative care îşi schimbă semnul de la pozitiv la negativ în fiecare perioadă, permiţând electrodului de comandă să-şi reia de fiecare dată rolul. Tensiunea aplicată pe electrodul de comandă va determina începerea conduţiei mai devreme sau mai târziu, rezultând astfel o tensiune redresată a cărei valoare depinde de tensiunea de comandă aplicată; un asemenea redresor se numeşte comandat. Tiristorul se mai foloseşte în circuite de comunicaţie, în invertoare (transformarea curentului continuu în curent alternativ industrial), în comanda motoarelor de curent continuu şi a celor de curent alterantiv.

Alte dispozitive seminconductoare cu trei sau mai multe joncţiuni sunt:

- dioda pupn (denumită şi diodă cu patru straturi sau dinistor) are aceeaşi structură cu tiristorul dar nu are electrod de comandă;

- fototiristorul;

- tiristorul bioperaţional, la care conducţia poate fi întreruptă cu ajutorul electrodului de comandă;

- tiristorul-tetrodă, la care fiecare regiune este legată spre exterior, dispozitivul dispunând astfel de doi electrozi de comandă;

- triacul, format din două tiristoare legate antiparalel având un singur electrod de comandă, permite trecerea curentului în ambele sensuri şi este deci folosit drept comutator de curent alternativ;

- diacul are aceeaşi structură ca triacul dar nu are electrod de comandă.

TRISTORUL

1.1. Structura internă

În perioada 1957-1958, prin combinarea joncţiunilor cu proprietăţi diferite iau naştere diverse familii de dispozitive semiconductoare – tiristoare, triace, diace şi fototristoare.

Termenul „tristor” desemnează o familie de dispozitive semiconductoare ale căror caracteristici, la origine sunt apropiate de cele ale tuburilor tiratron.

Numele de TRISTOR provine din contracţia numelor tiraton şi tranzistor. Mai este cunoscut şi sub denumirea de S.C.R. (silicon controlled rectifier – diodă redresoare comandată).

Tristorul este un dispozitiv compus dintr-o placuţă de siliciu monocristalin în care s-au creat patru regiuni dotate succesiv cu impurităţi acceptoare şi donoare rezultând astfel o structură pnpn (fig. 1). Regiunile laterale (dinspre exterior) sunt puternic dotate pe când cele centrale (înspre interior) sunt slab dotate cu impurităţi. După cum se va vedea, dispozitivul poate conduce curent electric numai în sensul de la regiune exterioră p (electronul respectiv se va numi anod) la regiunea exterioră n (legătura corespunzătoare numindu-se catod).O a treia legătură este cea a regiunii interioare p care are rol de electrod de comandă, numindu-se poartă. Deoarece are pol identic cu cel al grilei tuburilor cu gaz, această lege se numeşte grică, cu toate că din punct de vedere constructiv nu are nimic comun cu grila unui tub electronic. Pe schema poarta se notează cu G.