Просмотр кода страницы Динистор

{{не путать|диод Шоттки|диодом Шоттки}}
[[Файл:Dinistori 2n102g.jpg|thumb|200px|Динисторы типа 2Н102Г производства СССР на плате]]
'''Дини́стор''' (другие названия: '''дио́дный тири́стор''', '''дио́д [[Шокли, Уильям Брэдфорд|Шо́кли]]''') — полупроводниковый прибор (элемент) с двумя выводами и представляющий собой полупроводниковую p-n-p-n-структуру и обладающий S-образной вольт-амперной характеристикой при приложении рабочей полярности внешнего напряжения.

Функционирует как [[тиристор]], но не имеет управляющего электрода. Включение в проводящее состояние происходит, когда прямое напряжение на приборе превышает напряжения отпирания.

Широко используется в силовой полупроводниковой электронике в качестве [[ключ (электротехника)|ключа]]. Продолжается создание новых конструкций динисторов.

== Принцип действия ==
[[Файл:Shockley Diode 4-Layer-ru.svg|thumb|right|200px|Структура (а.), схема замещения (б.) и условное графическое обозначение<ref name="ГОСТ 2.730-73">{{Cite web |url=https://docs.cntd.ru/document/1200006618 |title=ГОСТ 2.730-73 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые. |access-date=2021-06-13 |archive-date=2021-06-13 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210613224601/https://docs.cntd.ru/document/1200006618 |deadlink=no }}</ref> (в.) динистора]]
В динисторе имеются четыре полупроводниковых слоя и три [[p-n-переход]]а<ref name="sze2">{{cite web |url= https://studizba.com/files/show/djvu/726-1-zi--fizika-poluprovodnikovyh-priborov.html |title= Физика полупроводниковых приборов. Книга 1. |author= Зи С. |publisher= М.:Мир |date= 1984 |accessdate= 2020-05-18 |description= см. гл. 4, разд. «Диодный и триодный тиристоры», с. 221. |archive-date= 2022-03-27 |archive-url= https://web.archive.org/web/20220327215323/https://studizba.com/files/show/djvu/726-1-zi--fizika-poluprovodnikovyh-priborov.html |deadlink= no }}</ref>. Крайние области именуются [[эмиттер]]ами, внутренние — базами. Соответственно крайние p-n-переходы нарекают эмиттерными, а внутренний — коллекторным. Динистор имеет два электрода: катод (со стороны n-эмиттера) и анод (со стороны p-эмиттера).

[[Вольт-амперная характеристика]] (ВАХ) динистора, как и ВАХ [[тиристор]]а [[S-приборы|S-образная]]. Динистор обладает бистабильностью по току в интервале напряжений от напряжения удержания <math>U_H</math> до напряжения включения <math>U_S</math>. В этом интервале одному и тому же значению напряжения соответствуют два состояния динистора с разными значениями тока: запертое и проводящее (открытое). В запертом состоянии напряжение в основном приложено к обратно смещённому коллекторному p-n-переходу, и концентрация неосновных носителей в базах незначительна. В проводящем состоянии все три p-n-перехода имеют прямое смещение (т. е. открыты), — в базы инжектируются неосновные носители. При достаточно высокой плотности тока прибор работает подобно диоду с длинной базой при прямом смещении (базовые области заполнены электронно-дырочной плазмой с высокой концентрацией носителей заряда, инжектируемой из эмиттеров). Разность потенциалов на базовых областях в этом режиме может существенно превосходить смещение на p-n-переходах.

[[Файл:DynistorIVcurveSchematic_1.png|thumb|left|220px|Типичная [[вольт-амперная характеристика]] динистора.<br><math>U_S,~ I_S</math> — напряжение и ток включения;<br><math>U_H,~I_H</math> — напряжение и ток удержания;<br><math>U_Z</math> — максимально допустимое напряжение при обратной (нерабочей) полярности.]]
Механизм бистабильности динистора такой же, как у тиристора. Этот механизм определяется нелинейным взаимодействием трёх p-n-переходов p-n-p-n-структуры. Переход к проводящему состоянию связан с изменением полярности смещения коллекторного перехода с обратного на прямое при увеличении плотности тока. Механизм взаимодействия трёх р-n-переходов поясняет двухтранзисторная модель<ref name="sze2"/> (см. рисунок и также в статье [[Тиристор]]), в этой модели p-n-p-n-структура представлена как два «составных» p-n-p и n-p-n транзистора в соответствии с показанной на рисунке эквивалентной схемой динистора. Двухтранзисторная модель связывает напряжение включения U<sub>S</sub> с коэффициентами передачи по току «составных» транзисторов.

Для включения динистора (как и тиристора) в базы p-n-p-n-структуры необходимо внести избыточные неосновные носители — так называемый «запускающий», или «управляющий», заряд. Величина этого заряда должна превосходить критический заряд <math>Q_S,</math> характеризующий конкретную p-n-p-n-структуру. Критический заряд <math>Q_S</math> имеет характерную поверхностную плотность порядка 10<sup>−6</sup> Кл/см<sup>2</sup>. В отличие от тиристора, динистор не имеет управляющего электрода, позволяющего ввести управляющий заряд с помощью тока управляющего электрода. Поэтому для переключения динистора на практике применяются другие методы. К ним относится, в частности, повышение напряжения на коллекторном переходе.

С [[S-приборы|S-образной ВАХ]] связано явление [[гистерезис]]а, — при увеличении напряжения прибор находится в запертом состоянии до достижения напряжения включения <math>U_S,</math> при уменьшении тока через прибор остается в открытом состоянии до достижения напряжения удержания <math>U_H,</math> причём <math>U_H < U_S.</math>

Для экспериментального наблюдения этого явления ток через динистор необходимо ограничивать последовательно включённым [[резистор]]ами. Два состояния прибора заданы пересечением ВАХ и [[Нагрузочная прямая|нагрузочной прямой]].

Для динистора, как и других приборов с S-образной ВАХ, характерно нежелательное явление [[Шнурование тока|шнурования тока]]<ref>''Варламов И. В., Осипов В. В.'' // Шнурование тока в p-n-p-n-структурах // [[Физика и техника полупроводников|ФТП]], т. 3, вып. 7, с. 950—958 (1969).</ref>.

== Применение ==
[[Файл:Shockley 4-layer diode sculpture.jpg|thumb|right|100px|«Скульптура»-динистор, США]]
В 1950-е годы динистор явился одним из первых полупроводниковых приборов использующих [[кремний]] (не [[германий]])<ref name="semiconductormuseum">''[http://semiconductormuseum.com/PhotoGallery/PhotoGallery_Shockley4E30_Page3.htm Photo Essay — Shockley 4 Layer Diodes] {{Wayback|url=http://semiconductormuseum.com/PhotoGallery/PhotoGallery_Shockley4E30_Page3.htm |date=20181011123521 }}.'' Transistor Museum{{ref-en}}.</ref><ref>''Джентри Ф., Гутцвиллер Ф., [[Холоньяк, Ник|Голоньяк Н.]], Застров, фон Э.'' // Управляемые полупроводниковые вентили: Принципы действия и области применения p-n-p-n-устройств // М.: «Мир», пер. с англ. 1967, 456 с.</ref>, в [[Калифорния|Калифорнии]] установлен монумент в виде художественного скульптурного изображение динистора этому прибору в связи с исторической значимостью его изобретения.

Много лет широко использовался в схемотехнике в качестве [[Ключ (электротехника)|ключа]], — например, для создания импульса отпирания тиристора в схемах управления тиристорами. Благодаря простоте конструкции и дешевизне динистор считался идеальным элементом в схеме тиристорного регулятора мощности или импульсного генератора.

С 1990-х годов в слаботочной схемотехнике вытеснен такими элементами как, например, [[диак]].

В настоящее время динисторы используются преимущественно в силовой полупроводниковой электронике, для чего разрабатываются новые конструкции динисторов, а также принципы и способы подачи напряжения.{{уточнить}}

== Мощные динисторы ==
{{main|Реверсивно включаемый динистор}}
Специфика мощных динисторов состоит в ряде конструктивных особенностей и выборе параметров полупроводниковых слоёв, в том числе слабом [[Легирование (полупроводники)|легировании]] баз для повышения напряжения включения и большой площади p-n-переходов приборов. При этом должен использоваться особый способ перевода прибора в открытое состояние.

Так, в реверсивно включаемом динисторе (РВД)<ref>''[[Тучкевич, Владимир Максимович|Тучкевич В. М.]], [[Грехов, Игорь Всеволодович|Грехов И. В.]]'' // Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами // Л.: Наука : Ленингр. отделение АН СССР, ISBN 5-02-024559-3 (1988).</ref> — силовом импульсном приборе — сначала подаётся слабый импульс тока с обратной (то есть нерабочей) полярностью, когда базы (в первую очередь n-база) заполняются электронно-дырочной плазмой через прямосмещённый коллекторный переход. После этого — уже при рабочей полярности — включение динистора происходит легче, чем без предварительной подачи импульса с обратной полярностью. Такой механизм открытия динистора подобен управлению [[тиристор]]а по управляющему электроду, — преимуществом является одновременность включения сразу по всей площади полупроводниковой структуры.

Силовые динисторы в настоящее время изготавливаются из кремния. Также исследуется возможность использования [[карбид кремния|карбида кремния]] (SiC) для применения при высоких температурах.

== Схемотехнические символы ==
Единого общепринятого обозначения динистора на принципиальных электрических схемах нет. По ГОСТ 2.730-73 условное графическое обозначение динистора — перечёркнутый символ диода<ref name="ГОСТ 2.730-73"/>. Некоторые варианты символов представлены ниже:
<gallery>
   Shockley Symbol 1.svg|<ref name="veb 1984">''Elektrotechnik – Elektronik – Grundlagen und Begriffe.'' VEB Fachbuchverlag, 1984<!-- S. ? -->.{{ref-de}} </ref>
   Shockley Symbol 2.svg|ГОСТ 2.730-73, ''Klaus Beuth'': Bauelemente<ref name="vogel">Klaus Beuth: Bauelemente (= Elektronik. Band 2). 17. Auflage. Vogel Fachbuch, Waldkirch 2003, ISBN 3-8023-1957-5<!-- S. ? --></ref>
   Shockley Symbol 3.svg|<ref name="vogel" /><ref name="semiconductormuseum"/>
   Shockley Symbol 4.svg|<ref name="fischer">Hans-Joachim Fischer: amateurreihe electronica: Einführung in die Dioden und Transistortechnik Teil 1: Diodentechnik. Deutscher Militärverlag, Berlin 1970, S. 117.{{ref-de}}</ref>
</gallery>
Некоторые из условных графических обозначений динистора образованы начертанием цифры 4, — по количеству слоёв в структуре<ref name="semiconductormuseum"/>. Это видно, если повернуть 1-й и 3-й слева рисунки на {{s|180°}} (см. также фото «памятника» динистору).

== Примечания ==
{{примечания}}

[[Категория:Тиристоры]]