Was unterscheidet einen gewöhnlichen Thyristor von einem GTO-Thyristor?

Ich weiß, dass ein Thyristor eine vierschichtige PNPN-Struktur mit einer Anode im ersten P-Abschnitt, einem Gate im zweiten P-Abschnitt und einer Kathode im zweiten N-Abschnitt ist. Diese einfache Struktur legt nahe, dass jeder Thyristor ausgeschaltet werden kann, indem der gesamte Anodenstrom durch das Gate geleitet wird und der Kathodenstrom auf Null geht, wodurch der Thyristor entriegelt wird.

In einem Simulator schaltet sich ein Zwei-Transistor-Modell eines Thyristors, wie unten gezeigt, tatsächlich aus, wenn ein Pfad mit ausreichend geringem Widerstand zur Erde bereitgestellt wird.

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Und man kann Thyristoren kaufen, die speziell für diese Verwendung entwickelt wurden und als GTO-Thyristoren (Gate Turn-Off) bezeichnet werden.

Meine Frage lautet also: Was macht einen GTO-Thyristor so besonders? Ist es nur ein gewöhnlicher Thyristor, aber mit bestimmten Eigenschaften für diese Betriebsart? Oder gibt es eine andere Siliziumstruktur, die es grundlegend anders macht?

thyristor scr

— Feuerstelle
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Als jemand, der sich für Elektronik interessiert, aber mit Thyristoren nicht besonders vertraut ist, wäre eine Definition von "GTO" hilfreich. Tor ausschalten?

— Chrylis -on Streik-

@chrylis Ja, GTO steht für Gate Turn-Off. Ich werde das irgendwo in die Frage einarbeiten.

— Herd

Interessante Frage!

Beginnen wir damit, wie wir normalerweise einen Thyristor verwenden. Die Kathode wird normalerweise mit Masse und der Anode verbunden, um über die Last zu versorgen:

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^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die Elektronen treten also an der Kathode ein und wandern zur Anode.

In den Zeichnungen unten befindet sich die Kathode oben! Die Elektronen fließen also von oben nach unten (nur in den Dotierungsprofilen, nicht im obigen Schema)!

Nach einiger Suche fand ich diese beiden Zeichnungen der Dotierungsprofile beider Geräte.

Dies ist das Dotierungsprofil eines "normalen" Thyristors von dieser Stelle .

Und hier ist das Dopingprofil eines GTO (dieselbe Quelle wie oben, drücken Sie einige Male auf Weiter).

Der Hauptunterschied, den ich sehe, besteht darin, dass der GTO einen zusätzlichen P + -Bereich (hochdotierter P-Bereich) für den Gate-Kontakt hat. Ein derart hochdotierter Bereich wird verwendet, um einen "besseren", niedriger ohmschen Kontakt zu diesem Dotierungsbereich herzustellen.

Laut Wikipedia:

Das Ausschalten wird durch einen "negativen Spannungs" -Puls zwischen den Gate- und Kathodenanschlüssen erreicht. Ein Teil des Durchlassstroms (etwa ein Drittel bis ein Fünftel) wird "gestohlen" und verwendet, um eine Kathode-Gate-Spannung zu induzieren, die wiederum dazu führt, dass der Durchlassstrom abfällt und der GTO abschaltet (Übergang zur "Blockierung"). Zustand.)

Für mich könnte das erklären, warum der GTO ausgeschaltet werden kann, während der normale Thyristor dies nicht kann. In einem normalen Thyristor hat das Gate keinen so guten Kontakt zum oberen P-Bereich, dass es nicht genug Elektronen ablenkt, um den Thyristor auszuschalten.

In einem GTO ist der Kontakt zu dieser P-Region viel besser, so dass viel mehr Elektronen (über das Gate) aus dieser P-Region entfernt werden können. Auch die Spannung dieses P-Bereichs kann durch den niederohmigen Kontakt viel besser gesteuert werden. Dies ermöglicht es dem Gate auch, die Spannung dieses P-Bereichs relativ zur Kathode herunterzuziehen, wodurch der Übergang von Kathode (N +) zu Gate (P) umgekehrt vorgespannt wird und der Kathodenstrom blockiert wird.

— Bimpelrekkie
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Wenn ich das richtig lese, kann ein Nicht-GTO-Thyristor nicht ausgeschaltet werden, indem der Strom durch den Gate-Anschluss weggezogen wird? Oder ist es nur viel schwieriger?

— Herd

Wahrscheinlich gibt es Nicht-GTO-Thyristoren, die Sie unter bestimmten Umständen durch das Gate ausschalten können, z. B. wenn der Anodenstrom klein ist, nahe dem Haltestrom. Außerdem benötigen Sie möglicherweise eine so niedrige (negative) Spannung am Gate, um es auszuschalten, dass Sie die Gate-Kathoden-Durchbruchspannung überschreiten müssten. Also ja, viel schwieriger und auch nicht zuverlässig (wie bei einem GTO).

— Bimpelrekkie

Ich würde denken, dass es funktionieren würde, wenn das Tor über einen Pfad mit ausreichend geringem Widerstand geerdet wäre, nicht wahr? Solange der GK-Übergang nicht zur Leitung vorgespannt ist? Oder würde das nicht funktionieren?

— Herd

Übrigens hat dieselbe Quelle, die Sie für das Dotierungsprofil eines Standard-Thyristors angegeben haben, ein paar Klicks von "nächste Seite" entfernt ein ähnliches Dotierungsprofil eines GTO-Thyristors, das möglicherweise besser ist als der Wikipedia-Artikel, da es das Fehlen zeigt einer p + -Region durch das Gate und ap anstelle einer p + -Anodenregion sind nicht nur Vereinfachungen, die Wikipedia vorgenommen hat.

— Herd

Ich würde denken, dass es funktionieren würde, wenn das Tor über einen Pfad mit ausreichend geringem Widerstand geerdet wäre, nicht wahr? Wahrscheinlich hat die Gate-P-Region selbst zu viel Widerstand, als dass dies funktionieren könnte. Auch die P + -Region im GTO ermöglicht eine zusätzliche Kapazität zur Rekombination von Elektronen in der Gate-Region. Dies könnte erforderlich sein, um genügend Elektronen zu "fangen", um das Gerät ausschalten zu können. Ich habe das 2. Bild aktualisiert, danke für diesen Tipp.

— Bimpelrekkie