光控晶閘管
發(fā)布時間:2013/5/27 9:24:37 訪問次數(shù):1471
光控晶閘管(LTT,Light Triggered Thyristor)叉稱E6B2-CWZ6C 100P/R光觸發(fā)晶閘管,它是一種以光信號代替電信號來進行觸發(fā)導(dǎo)通的特殊觸發(fā)型晶閘管,其伏安特性曲線與普通晶閘管完全一樣,只是觸發(fā)方式不同。而由于它采用光信號觸發(fā),避免了主回路對控制回路的干擾,適用于要求信號源與主回路高度絕緣的大功率高壓裝置,如高壓直流輸電裝置、高壓核聚變裝置等。
光觸發(fā)原理如圖6-87所示,一個處在正向偏置下的光控晶閘管,j2結(jié)為反向偏置。當具有一定波長的光通過光照窗口射入其有效面積上時,其中的一部分光子被半導(dǎo)體表面反射回去,大部分光子進入PNPN結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,并通過光激發(fā)產(chǎn)生電子.空穴對,這里假設(shè)它們的能量是大于禁帶寬度的。于是,在集電結(jié)j2勢壘區(qū)中產(chǎn)生的電子.空穴對瞬間(<10_9s)被電場分開,空穴被輸送到P基區(qū),而電子被輸送到N基區(qū),于是,兩個基區(qū)都分別得到了多數(shù)載流子電流。所以,在光路接通瞬間,在兩個基區(qū)中都好像由內(nèi)部提供了基極電流,促使晶閘管導(dǎo)通。
實驗發(fā)現(xiàn),光生電流的大小與光的波長有關(guān)。對于硅半導(dǎo)體器件,波長R>1.44ym的光在T=300K時是不起作用的,因為它的光子沒有足夠的能量來激發(fā)產(chǎn)生電子.空穴對。而波長很短的光同樣也是無效昀,因為其穿透深度太小,產(chǎn)生的電子一空穴對在表面被復(fù)合掉了。因此,在O.lym≤A≤1.14ym范圍內(nèi),光的靈敏度有最大值。
光控晶閘管實際上是指一個光控系統(tǒng),它包括光源、光的輸送和晶閘管,而它們之間存在矛盾,主要表現(xiàn)在觸發(fā)靈敏度與晶閘管動態(tài)特性d//dt、du/dt及延遲時間td之間。解決的途徑除了從晶閘管本身結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮,使其既具有低的觸發(fā)功率又有高的動態(tài)特性外,還應(yīng)從光源及光的傳輸著手,提高光源的光功率,減少光傳輸損耗,即希望有更大的光功率輸入到晶閘管內(nèi)。
作為光控晶閘管的光源,顯然應(yīng)當選用量子效率高的發(fā)光材料制作的光源,并要求光源的光功率易于輸出;要求光源發(fā)射的光接通時間盡可能地短(納秒級);要求光源可連續(xù)輸出幾毫瓦以上的功率或50~lOOmW以上的脈沖功率。因此,從效率、高輻照率及傳輸特性來看,可以認為GaAs激光二極管是一種理想光源。
光的傳輸一般采用光纜(又稱光導(dǎo)纖維),其特點是能量損失小,在1~1.7Wn波長范圍內(nèi)損失僅達ldB/km;頻帶寬;直徑細及重量輕,18芯的光纜可比標準同軸電纜輕100倍,可節(jié)約大量銅材、鋁材,且不受腐蝕及電波干擾等。
顯然,光控晶閘管的主要特性是相當于晶閘管觸發(fā)電流坫的光觸發(fā)有效輻照,由于LTT是根據(jù)入射光的能量大小而工作的,故光觸發(fā)靈敏度不是以光的亮度來衡量,而是以能量的大小來規(guī)定的,通常采用最小觸發(fā)光功率Pn,j。來表示LTT的觸發(fā)靈敏度。此外,由于觸發(fā)靈敏度和LTT動態(tài)特性之間存在矛盾,所以,在給出最小光觸發(fā)功率的同時,還應(yīng)給出LTT的通態(tài)電流臨界上升率d//dt容量及斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt耐量。
光控晶閘管(LTT,Light Triggered Thyristor)叉稱E6B2-CWZ6C 100P/R光觸發(fā)晶閘管,它是一種以光信號代替電信號來進行觸發(fā)導(dǎo)通的特殊觸發(fā)型晶閘管,其伏安特性曲線與普通晶閘管完全一樣,只是觸發(fā)方式不同。而由于它采用光信號觸發(fā),避免了主回路對控制回路的干擾,適用于要求信號源與主回路高度絕緣的大功率高壓裝置,如高壓直流輸電裝置、高壓核聚變裝置等。
光觸發(fā)原理如圖6-87所示,一個處在正向偏置下的光控晶閘管,j2結(jié)為反向偏置。當具有一定波長的光通過光照窗口射入其有效面積上時,其中的一部分光子被半導(dǎo)體表面反射回去,大部分光子進入PNPN結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,并通過光激發(fā)產(chǎn)生電子.空穴對,這里假設(shè)它們的能量是大于禁帶寬度的。于是,在集電結(jié)j2勢壘區(qū)中產(chǎn)生的電子.空穴對瞬間(<10_9s)被電場分開,空穴被輸送到P基區(qū),而電子被輸送到N基區(qū),于是,兩個基區(qū)都分別得到了多數(shù)載流子電流。所以,在光路接通瞬間,在兩個基區(qū)中都好像由內(nèi)部提供了基極電流,促使晶閘管導(dǎo)通。
實驗發(fā)現(xiàn),光生電流的大小與光的波長有關(guān)。對于硅半導(dǎo)體器件,波長R>1.44ym的光在T=300K時是不起作用的,因為它的光子沒有足夠的能量來激發(fā)產(chǎn)生電子.空穴對。而波長很短的光同樣也是無效昀,因為其穿透深度太小,產(chǎn)生的電子一空穴對在表面被復(fù)合掉了。因此,在O.lym≤A≤1.14ym范圍內(nèi),光的靈敏度有最大值。
光控晶閘管實際上是指一個光控系統(tǒng),它包括光源、光的輸送和晶閘管,而它們之間存在矛盾,主要表現(xiàn)在觸發(fā)靈敏度與晶閘管動態(tài)特性d//dt、du/dt及延遲時間td之間。解決的途徑除了從晶閘管本身結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮,使其既具有低的觸發(fā)功率又有高的動態(tài)特性外,還應(yīng)從光源及光的傳輸著手,提高光源的光功率,減少光傳輸損耗,即希望有更大的光功率輸入到晶閘管內(nèi)。
作為光控晶閘管的光源,顯然應(yīng)當選用量子效率高的發(fā)光材料制作的光源,并要求光源的光功率易于輸出;要求光源發(fā)射的光接通時間盡可能地短(納秒級);要求光源可連續(xù)輸出幾毫瓦以上的功率或50~lOOmW以上的脈沖功率。因此,從效率、高輻照率及傳輸特性來看,可以認為GaAs激光二極管是一種理想光源。
光的傳輸一般采用光纜(又稱光導(dǎo)纖維),其特點是能量損失小,在1~1.7Wn波長范圍內(nèi)損失僅達ldB/km;頻帶寬;直徑細及重量輕,18芯的光纜可比標準同軸電纜輕100倍,可節(jié)約大量銅材、鋁材,且不受腐蝕及電波干擾等。
顯然,光控晶閘管的主要特性是相當于晶閘管觸發(fā)電流坫的光觸發(fā)有效輻照,由于LTT是根據(jù)入射光的能量大小而工作的,故光觸發(fā)靈敏度不是以光的亮度來衡量,而是以能量的大小來規(guī)定的,通常采用最小觸發(fā)光功率Pn,j。來表示LTT的觸發(fā)靈敏度。此外,由于觸發(fā)靈敏度和LTT動態(tài)特性之間存在矛盾,所以,在給出最小光觸發(fā)功率的同時,還應(yīng)給出LTT的通態(tài)電流臨界上升率d//dt容量及斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt耐量。
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