Cosa distingue un tiristore normale da un tiristore GTO?

Un tiristore, lo so, è una struttura PNPN a quattro strati, con un anodo sulla prima sezione P, una porta sulla seconda sezione P e un catodo sulla seconda sezione N. Questa semplice struttura suggerisce che qualsiasi tiristore dovrebbe essere possibile spegnere, instradando tutta la corrente anodica attraverso il cancello, facendo in modo che la corrente del catodo vada a zero, sbloccando così il tiristore.

In un simulatore, un modello a due transistor di un tiristore come mostrato di seguito si spegne effettivamente quando viene fornito un percorso a terra sufficientemente basso di resistenza.

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

E si possono acquistare tiristori appositamente progettati per essere utilizzati in questo modo, chiamati tiristori GTO (chiusura del cancello).

Quindi la mia domanda è questa: cosa rende speciale un tiristore GTO? È solo un tiristore normale ma con caratteristiche specifiche per questa modalità di funzionamento? O c'è una diversa struttura al silicio al suo interno che lo fa funzionare fondamentalmente in modo diverso?

thyristor scr

— Focolare
fonte

Come qualcuno che è interessato all'elettronica ma non ha familiarità con i tiristori, una definizione di "GTO" sarebbe utile. Spegnimento del cancello?

— Chrylis

@chrylis Sì, GTO sta per spegnimento del cancello. Lo modificherò nella domanda da qualche parte.

— Hearth,

Domanda interessante!

Cominciamo da come usiamo tipicamente un tiristore. Il catodo sarà generalmente collegato a terra e all'anodo per l'alimentazione tramite il carico:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Quindi gli elettroni entrano nel catodo e viaggiano verso l'anodo.

Nei disegni sottostanti, il catodo è in alto! Quindi gli elettroni scorrono dall'alto verso il basso (solo nei profili antidoping, non nello schema sopra)!

Dopo alcune ricerche ho trovato questi due disegni dei profili antidoping di entrambi i dispositivi.

Questo è il profilo antidoping di un tiristore "normale", da questo sito .

Ed ecco il profilo antidoping di un GTO (stessa fonte di cui sopra, premi Next alcune volte).

La differenza principale che vedo è che GTO ha una regione P + aggiuntiva (regione P altamente drogata) per il contatto Gate. Una regione così fortemente drogata viene utilizzata per stabilire un contatto "migliore", più ohmico, con quella regione drogante.

Secondo Wikipedia:

Lo spegnimento viene eseguito da un impulso di "tensione negativa" tra i terminali del gate e del catodo. Parte della corrente diretta (da circa un terzo a un quinto) viene "rubata" e utilizzata per indurre una tensione di gate catodica che a sua volta provoca la caduta della corrente diretta e il GTO si spegne (passando al "blocco" stato.)

Per me questo potrebbe spiegare perché GTO può essere spento mentre il normale Tiristore non può. In un tiristore normale il gate non ha un buon contatto con la regione P superiore che gli impedisce di deviare abbastanza elettroni da far spegnere il tiristore.

In un GTO il contatto con quella regione P è molto meglio, quindi molti più elettroni possono essere rimossi (tramite il Gate) da quella regione P. Inoltre, la tensione di questa regione P può essere controllata molto meglio attraverso il contatto a basso ohmico. Ciò consente anche al Gate di abbassare la tensione di questa regione P relativa al catodo che polarizzerà la giunzione del catodo (N +) al gate (P) al contrario e bloccherà la corrente del catodo.

— Bimpelrekkie
fonte

Quindi, se sto leggendo bene, un tiristore non GTO non può essere spento estraendo la corrente attraverso il terminale del cancello? O è solo molto più difficile?

— Focolare

Probabilmente ci sono tiristori non GTO che è possibile disattivare attraverso il gate in determinate circostanze, ad esempio quando la corrente anodica è piccola, vicino alla corrente di mantenimento. Inoltre potrebbe essere necessario un voltaggio (negativo) così basso sul gate per spegnerlo da dover superare la tensione di rottura del gate-catodo. Quindi sì, molto più difficile e anche non può essere fatto in modo affidabile (come può fare con un GTO).

— Bimpelrekkie,

Penserei che avere il cancello messo a terra attraverso un percorso sufficientemente basso resisterebbe, no? Fino a quando la giunzione GK non è influenzata dalla conduzione? O non funzionerebbe?

— Focolare

Per inciso, la stessa fonte che hai dato per il profilo antidoping di un tiristore standard ha, a pochi clic di "pagina successiva" di distanza , un profilo antidoping simile di un tiristore GTO, che potrebbe essere migliore dell'articolo di Wikipedia in quanto mostra che la mancanza di una regione p + vicino al gate e ap invece della regione p + anodo non sono solo semplificazioni che hanno fatto wikipedia no.

— Focolare

Penserei che avere il cancello messo a terra attraverso un percorso sufficientemente basso resisterebbe, no? Probabilmente la stessa regione P di Gate ha troppa resistenza perché funzioni. Anche la regione P + nella GTO consente una capacità aggiuntiva di ricombinazione di elettroni nella regione di gate. Ciò potrebbe essere necessario per "catturare" abbastanza elettroni da poter spegnere il dispositivo. Ho aggiornato la seconda foto, grazie per quel suggerimento.

— Bimpelrekkie,