Dispozitive Semiconductoare Multijoncțiune

INTRODUCERE

Dispozitivele multijoncțiune sunt dispozitive semiconductoare cu trei sau mai multe joncțiuni care, datorită caracteristicii I-V cu două stări stabile, se folosesc în circuitele de comutație. Tehnologia actuală permite realizarea unor dispozitive compuse având mai multe joncțiuni (spre exemplu tranzistori Darlington sau tranzistori cu efect de câmp cuplați cu tranzistori bipolari sau cu tiristori ș.a.). Dispozitivele multijoncțiune se folosesc în circuite de impulsuri, circuite pentru conversia energiei electrice, circuite de comutație.

În continuare vor fi prezentate construcția și funcționarea următoarelor dispozitive multijoncțiune:

Dioda PNPN

Diacul

Tiristorul

Triacul

Dioda PNPN

Dioda Shockley (diodă pnpn, dinistor) este o structură din siliciu monocristalin alcătuită din patru straturi succesive semiconductoare P-N-P-N , trei joncţiuni PN, şi este prevăzută cu două terminale.

În figura 1.a este prezentat schematic modelul unidimensional al acestui dispozitiv cu trei joncțiuni (J_1, J_2, J_3). Zonele extreme p_1^+, n_4^+, mai puternic dopate, se numesc emitori, iar zonele interioare n_2, p_3 se numesc baze. Emitorul p_1^+ se mai numește anod, iar emitorul n_4^+ - catod. Joncțiunile se află la distanțe mici între ele, astfel ca regiunile A- J_3 și J_1-C să poată îndeplini funcția de tranzistor. Simbolul acestui dispozitiv, precum și sensurile pozitive pentru curent și tensiune sunt reprezentate în figura 1.b.

Caracteristica statică I-V a diodei pnpn este arătată în figura 2. În polarizarea inversă joncțiunile J_1 și J_3 sunt alimentate invers, iar joncțiunea J_2 direct și, ca urmare, curentul prin dispozitiv are valori mici, de ordinul curentului invers printr-o joncțiune pn. La o anumită tensiune inversă V_B curentul invers prin diodă crește aproape abrupt datorită străpungerii prin multiplicare în avalanșă la joncțiunea J_1 sau J_3.

Dioda pnpn prezintă interes prin forma caracteristicii sale în polarizare directă, formă tipică elementelor de comutație, cu două stări stabile. Una dintre aceste stări se caracterizează prin curent mic și rezistență mare, iar cealaltă prin tensiune și rezistență de valori mici. Crescând tensiunea directă prin diodă, curentul are valori mici, practic curentul invers al joncțiunii centrale J_2 alimentate invers. La o anumită tensiune (de aprindere – în analogie cu tuburile cu gaz – de amorsare sau de întoarcere), notată V_B0, dispozitivul comută în cealaltă stare, prin el trecând un curent mare la o tensiune de ordinul 1V. Regiunea OA se numește regiune de blocare, iar BC se numește regiune de conducție. Porțiunea intermediară AB de rezistență dinamică negativă este instabilă. Comutarea inversă, care are loc atunci când curentul sau tensiunea scad sub valorile “de menținere” I_H și V_H, se face pe porțiunea BO punctată în figura 2.

Dioda Shockley este utilizată în circuitele de comandă a porții tiristoarelor, în circuitele de protecție la supratensiuni, în generatoarele de impulsuri de relaxare. Parametrii de catalog ai dispozitivelor pnpn variază în funcție de construcția și de destinația lor. Tensiunea V_B0 variază de la zeci la sute de volți, curentul I_B0 de la zeci de microamperi până la câțiva miliamperi, iar rezistența corespunzătoare în stare de blocare – de la megohmi la câteva sute de megohmi. În starea de conducție curentul poate atinge valori de ordinul amperilor cu I_H între 1 și 50mA iar V_H între 0.5 și 20V. El este practic determinat de tensiunea sursei de alimentare și de rezistența de sarcină, ca la o joncțiune pn. Rezistența diodei pnpn în stare de conducție este sub 10Ω, scăzând cînd curentul crește.

Parametrii și caracteristicile statice depind puternic de temperatură, conform figurii 3.

Diacul

Diacul (DIode Alternating Current) este un dispozitiv multijoncțiune care are proprietățile diodei pnpn în ambele sensuri de conducție. Dispozitivul are cinci straturi și patru joncțiuni, reprezentate schematic în figura 5.a. Simbolul este dat în figura 5.b. Se poate considera că dispozitivul este format din două structuri pnpn așezate antiparalel în același monocristal de siliciu (fig. 5.c). Diacul are conductibilitate bidirecțională, cei doi electrozi între care circulă curentul principal i_T se numesc terminalul T_1 și terminalul T_2.