O que distingue um tiristor comum de um tiristor GTO?

10

Um tiristor, eu sei, é uma estrutura PNPN de quatro camadas, com um ânodo na primeira seção P, um portão na segunda seção P e um cátodo na segunda seção N. Essa estrutura simples sugere que qualquer tiristor deve ser possível desligar, direcionando toda a corrente do ânodo para fora do portão, fazendo com que a corrente do cátodo fique em zero, destravando o tiristor.

Em um simulador, um modelo de dois transistores de um tiristor, como mostrado abaixo, de fato desliga quando é fornecido um caminho de resistência ao solo suficientemente baixo.

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

E pode-se comprar tiristores projetados especificamente para serem usados ​​assim, chamados tiristores GTO (gate shut-off).

Então, minha pergunta é a seguinte: O que torna um tiristor GTO especial? É apenas um tiristor comum, mas com características especificadas para este modo de operação? Ou existe alguma estrutura de silício diferente dentro dela que a faz funcionar fundamentalmente de maneira diferente?

Lareira
fonte
Como alguém interessado em eletrônica, mas não particularmente familiarizado com tiristores, uma definição de "GTO" seria útil. Desligar portão?
usar o seguinte comando
@chrylis Sim, GTO significa desligamento do portão. Vou editar isso na pergunta em algum lugar.
Hearth

Respostas:

7

Pergunta interessante!

Vamos começar como normalmente usamos um tiristor. O cátodo normalmente será conectado ao terra e ao ânodo para fornecer através da carga:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Então os elétrons entram no cátodo e viajam para o ânodo.

Nos desenhos abaixo, o cátodo está no topo! Portanto, os elétrons fluem de cima para baixo (somente nos perfis de doping, não no esquema acima)!

Após algumas pesquisas, encontrei esses dois desenhos dos perfis de doping de ambos os dispositivos.

Este é o perfil de dopagem de um tiristor "normal", deste site .

insira a descrição da imagem aqui

E aqui está o perfil de doping de um GTO (mesma fonte acima, pressione Avançar algumas vezes).

insira a descrição da imagem aqui

A principal diferença que vejo é que o GTO tem uma região P + adicional (região P altamente dopada) para o contato do Portão. Uma região altamente dopada é usada para fazer um contato "melhor" e com baixa ôhmica com a região dopante.

De acordo com a Wikipedia:

O desligamento é realizado por um pulso de "tensão negativa" entre o portão e os terminais do cátodo. Parte da corrente direta (cerca de um terço a um quinto) é "roubada" e usada para induzir uma tensão de porta catódica que, por sua vez, faz com que a corrente direta caia e o GTO se desligue (passando para o "bloqueio" Estado.)

Para mim, isso poderia explicar por que o GTO pode ser desligado, enquanto o Tiristor normal não pode. Em um tiristor normal, a porta não tem um contato tão bom com a região P superior, o que impede que ela desvie o suficiente de elétrons para fazer com que o tiristor se desligue.

Em um GTO, o contato com a região P é muito melhor, de modo que muitos outros elétrons podem ser removidos (via Gate) dessa região P. Além disso, a tensão dessa região P pode ser controlada muito melhor através do contato ôhmico baixo. Isso também permite que o Gate diminua a tensão dessa região P em relação ao cátodo, o que polarizará a junção cátodo (N +) ao portão (P) ao contrário e bloqueará a corrente do cátodo.

Bimpelrekkie
fonte
Então, se estou lendo isso direito, um tiristor não-GTO não pode ser desligado puxando a corrente pelo terminal do portão? Ou é apenas muito mais difícil?
Hearth
1
Provavelmente existem tiristores não-GTO que você pode desligar através do portão em certas circunstâncias, por exemplo, quando a corrente do ânodo é pequena, próxima à corrente de retenção. Além disso, você pode precisar de uma voltagem tão baixa (negativa) no gate para desligá-lo, que seria necessário exceder a voltagem de ruptura do Gate-Cathode. Então, sim, muito mais difícil e também não pode ser feito com segurança (como pode com um GTO).
Bimpelrekkie 4/11
Eu pensaria que ter o portão aterrado por um caminho de baixa resistência funcionaria, não? Enquanto a junção GK não for influenciada pela condução? Ou isso não funcionaria?
Hearth
Aliás, a mesma fonte que você forneceu para o perfil de dopagem de um tiristor padrão possui, a alguns cliques da "página seguinte" , um perfil de dopagem semelhante de um tiristor GTO, que pode ser melhor que o artigo da wikipedia, pois mostra que a falta de uma região p + pelo portão e região ap e não p + ânodo não são apenas simplificações que eles fizeram que a wikipedia não fez.
Hearth
1
Eu pensaria que ter o portão aterrado por um caminho de baixa resistência funcionaria, não? Provavelmente, a própria região P do Gate tem muita resistência para que isso funcione. Também a região P + no GTO permite capacidade extra para recombinação de elétrons na região do portão. Isso pode ser necessário para "pegar" elétrons suficientes para poder desligar o dispositivo. Atualizei a segunda foto, obrigado por essa dica.
Bimpelrekkie 5/11