Thyrister Characteristics

• The Thyrister reverse bias ( cathode เป็นบวก เมื่อเทียบกับ anode )
  Junction หนึ่ง และสาม เกิด reverse bias และ Junction สอง เกิด forward bias มีเพียง leakage current เพียงเล็กน้อย ที่ไหลจาก cathode ไป anode
  เมื่อมี กระแสบวก เข้าที่ gate ของ thyrister ในขณะที่ anode เป็นลบ thyrister จะทำตัวเหมือน transister และ leakage current จะเพิ่ม จนถึงค่า ที่เท่ากับ กระแส gate ทำให้เกิด การสูญเสีย พลังงาน โดยเปล่าประโยชน์
  กระแส anode จะเท่ากับ reverse saturation current ของ junction หนึ่ง บวกกับ กระแส gate. saturation current ขึ้นกับ อุณหภูมิ คือเมื่อ อุณหภูมิของ junction เพิ่ม saturation current จะเพิ่มด้วย ค่าสูงสุดของ gate voltage ในขณะที่ thyrister เกิด reverse bias จะถูกกำหนดมา โดยผู้ผลิต
  การเพิ่ม reverse bias voltage ทำให้ depletion layer ของ junction หนึ่งและสาม กว้างขึ้น ปกติ junction หนึ่ง จะ block voltage ระหว่าง anode กับ cathode ทำให้ junction หนึ่งมี depletion layer ที่กว้าง
  
  
• The Thyrister forward biased and blocking ( anode เป็นบวก เมื่อเทียบกับ cathode )
  junction หนึ่งและสาม เกิด forward bias แต่ junction สอง เกิด reverse bias โดยกระแส anode น้อยมาก หลังจาก p-n junction หนึ่งเกิด reverse bias และ กระแส anodeเท่ากับ saturation current ที่ junction สองบวกกับ gate current ขณะที่ gate current จะเพิ่ม กระแส anode แต่ gate current ต้องมี ขนาดน้อยมาก
  
  
• The Thyrister forward biased and conducting
  มีสี่วิธีการที่จะทำให้ thyrister on แต่ขณะที่ on จะเหมือน เกือบไม่มี impedance เลย เพื่อให้กระแส ไหลผ่าน ดังรูป
  ขณะที่ thyrister นำกระแส จะมี voltage drop ระหว่าง anode กับ cathode ประมาณ 1 ถึง 1.5 และ ยังไม่ขึ้นกับ กระแส anode
  สี่ทางที่จะ triggering thyrister มีโดย gate signals ทั้ง electric signals หรือ การกระตุ้นด้วยแสง ,โดย การ forward bias ด้วย high voltage หรือ เพิ่ม forward voltage ในอัตราเร่งสูง การ triggering โดย gate signals สำคัญที่สุด และ ใช้มากที่สุด ด้วย ขณะที่ จะหลีกเลี่ยง วิธีอื่นๆ
  
  
  • Light turn-on
    ลำแสงฉายลงไปที่ junction ระหว่าง gate กับ cathode จนสามารถ ทำให้เกิด พลังงาน ที่เพียงพอ ที่จะทำลาย พันธะ electron ในสาร กึ่งตัวนำ และ minority carriers จะทำให้ thyrister on ขึ้นมา
    
    
  • Gate turn-on
    minority carrier จะถูกส่งไปใน บริเวณ gateทำให้ thyrister on. ถ้ากระแส gate มากพอ thyrister จะ on ทันทีที่ anode เป็นบวก เมื่อเทียบ กับ cathode โดย กระแส gate จะมีค่า ระหว่าง ไม่กี่ mA จนถึง 250 mA หรือ มากว่านั้น
    thyrister ต้องการ เวลาเล็กน้อย ที่จะนำ กระแสได้ เต็มที่ เมื่อ thyrister ถูก turn-on ที่ gate คุณสมบัติ การขยายตัว ที่จะเป็น ตัวกำหนด ความถี่สูงสุด ของ thyrister อ้างถึง อัตราการ เพิ่มของ พื้นที่ ของ สารกึ่งตัวนำ ผ่าน ที่ๆ เกิดการ นำไฟฟ้า คุณสมบัติ การแผ่ ขยาย นี้ มีผลกระทบ ตรงข้ามกับ การเพิ่มความหนาของ thyrister
    Turn-on time คือเวลาตั้งแต่ ที่เริ่ม triggering ตั้งแต่ ที่ thyrister ยังมี impedance เป็น infinite จน เวลาที่ thyrister มี through put ที่อยู่ใน steady state. turn-on time จะมีค่าอยู่ ระหว่าง 1 ถึง 3 micro sec. สำหรับ thyrister ที่ใช้ใน ทางการค้า และมี thyrister ที่สร้าง พิเศษ สำหรับ radar-pulse modulators ที่จะมี rise time 300 nano sec.
    ถ้า กระแส gate น้อยกว่า กระแส gate ที่น้อยที่สุด ที่จะ ทำให้ thyrister turn on ได้ thyrister จะไม่ on. Fast turn on times จะเกิดขึ้นเมื่อ กระแส ที่มากกว่า กระแสที่ น้อยที่สุดที่ thyrister on ถูกป้อน ให้กับ gate เพราะ การนำ กระแส ของ anode เริ่มหลังจาก ประจุ ถูกส่ง เข้าสู่ gate ; กระแส gate ที่มีค่ามาก , เวลา ที่น้อยนิด ที่จะสร้าง minority carriers เพื่อจะ on thyrister ความเร็วในการ switch ถูกทำให้ ลดลง เพราะ load แบบ inductive ในวงจร anode ถ้า กระแส เท่ากับ ตอนที่ใช้ resistive load แต่จะ สิ้น เปลือง พลังงาน น้อยกว่า
    รูปร่างของ gate signals ที่ดีที่สุด คือ signals ที่มี ลักษณะ สันที่แหลม คม และ signals ที่สั้นกว่า ที่สำคัญ กว่า คือขนาด ที่เชื่อได้ว่าจะทำให้ thyrister on. ในขณะที่ thyrister on แล้ว กระแส gate จะไม่มี ความจำเป็น อีกต่อไป thyrister จะยังคง on อยู่ ดังนั้น gate pulse จึงเพียงพอ สำหรับ thyrister. สำหรับ thyrister ที่ใช้ใน อุตสาหกรรม ทั่วไป gate pulse ที่มี rise time ประมาณ 10 A/us จะ turn on thyrister ในเวลา 0.1 us แม้ว่า ความยาว ของ pulse น้อยกว่า 0.2 us จะไม่มี ประสิทธิภาพ พอก็ตาม thyrister สำหรับ application เช่น pulse modulators จะ ต้องการ gate signal ที่มี rise time ประมาณ 40 A/us
    ถ้า gate signal ลดลงเหลือ ศูนย์ ก่อนที่ กระแส anode จะถึง latching current, thyrister จะ turn off ถ้ากระแส anode มากกว่า latching current, thyrister จะยังคง on อยู่จนกว่า กระแส anode จะลดลง ต่ำกว่า holding current โดย holding current จะต่ำกว่า latching current
    ตลอดเวลาการ เริ่ม turn-on มีเพียง พื้นที่เล็กๆ ใกล้กับ gate ที่นำไฟฟ้า กระแส anode ที่เพิ่มขึ้นใน เวลาอันสั้น ทำให้เกิด di/dt มหาศาล จะทำให้ thyrister เสียหาย เนื่องจาก ความร้อน ที่เพิ่มขึ้น ทำให้ต้อง มีการกำหนด ค่าสูงสุด ของ di/dt ของการ turn-on ไว้ระหว่าง 3 ถึง 30 A/us แม้ว่า thyrister สามารถ ใช้ได้ถึง 1000 A/us. ตัวเหนี่ยวนำ ที่ต่ออนุกรม กับ anode จะ เป็นตัว ลด di/dt ถ้า thyrister นำกระแส อย่าง เต็มที่ จะทำให้ ตัวเหนี่ยวนำ saturate ทำให้เกิด di/dt ขนาดมหาศาล ตัวเหนี่ยวนำ นี้ จะลด การสูญเสีย พลังงาน จาก turn-on และ turn-off แต่จะ ทำให้เกิด reverse voltage ขนาดใหญ่ ที่จะทำ ให้เสียหายได้ กระแส gate ที่สูงขึ้น จะเพิ่ม ความสามารถ ในการ ต้านทาน di/dt ที่ anode
    จากรูป แสดงให้เห็น ลักษณะของ กระแส ที่เพิ่มขึ้น ตลอด การ เปลี่ยนแปลง จาก สภาวะที่ ไม่นำกระแส จนถึง สภาวะ ที่นำกระแส เต็มที่, เวลา t0 แสดง การเริ่ม ของ การ turn-on ที่สร้าง โดย step function ของ voltage ที่ให้เข้า มาทาง gate. ช่วงเวลา T1 เป็น delay time ระหว่าง pulse หน้า กับ การเริ่มต้น ของ กระแส anode โดย gate pulse จะต้องมี ช่วงเวลา อย่างน้อย T1 วินาที พลังงาน จะสูญเสีย มากที่สุดใน ช่วงเวลา T2 เพราะว่า กระแส เพิ่มขึ้น อย่างรวดเร็ว บน พื้นที่เล็ก ขณะที่ voltage drop ยังคง ประเมินได้ และ ช่วงเวลา T3 เป็นช่วงเวลา การนำไฟฟ้า และเป็น เวลาที่ voltage คงที่
    
    
  • Breakover voltage turn-on
    การเพิ่ม กระแส forward ให้กับ anode ไปยัง cathode จะเป็นการ เพิ่ม depletion layer ที่ junction สอง และ จะเพิ่ม accelerating voltage ให้กับ minority carriers ให้ข้าม junction นั้น carrier นี้จะชนกับ atom ที่อยู่กับที่ และ กระจาย ออกจากกัน จนกระทั่ง เกิด การ breakdown ของ junction ทำให้ junction สอง เกิด forward bias กระแส anode จะถูกจำกัดโดย impedance ของ load ที่นำมาต่อ
    ที่ forward breakover voltage นี้ thyrister จะ เปลี่ยนแปลง คุณลักษณะ ของการ มี high voltage กับ leakage current ไปยัง การมี low voltage กับ forward current ปริมาณ มหาศาล ที่ voltage นี้ thyrister turn-on
    ผลกระทบ ของ พื้นผิว ของแผ่น silicon อาจทำให้ space-charge layer ลดลง และ ลด breakdown voltage ผลกระทบนี้ ปกติ จะไม่ เหมือนกัน รอบๆ junction ทำให้ กระแส ทั้งหมด ไหลผ่าน minute area และ p-n junction จะถูก ทำลาย โดย ความร้อน ที่ สูงเกินไป, ความบกพร่อง รอบนอก มักจะเกิด ใน โครงสร้าง ที่ voltage สูง, รูปร่าง ที่ เหมาะสม ลาดเอียง ที่ ด้านของ wafer ที่ที่ junction ขยายไป ถึง surface ทำให้ การผลิต high voltage thyrister มีความน่าเชื่อถือ
    breakover voltage มีขนาด สูงกว่า reverse voltage rating และ ใช้เป็นเพียง วิธีเดียว ที่จะ turn-on diode ที่เป็น แบบ four-layer , n-p-n-p
    
    
  • dv/dt turn-on
    การเพิ่มขึ้น อย่างรวดเร็ว ของ forward current ระหว่าง anode ไปยัง cathode จะทำให้เกิด transient gate current โดย capacitances ระหว่าง anode กับ gate และ gate กับ cathode จะทำให้ thyrister on ได้ แต่ควร หลีกเลี่ยง วิธีนี้ thyrister จะถูก limit dv/dt ที่ anode เพียง 20 ถึง 200 V/us แม้ว่า จะมี device ที่ใช้ได้กับ high voltage ( 1600 V ) และ dv/dt 500 V/us แต่มี gate sensitive ต่ำ ในทางปฏิบัติ แล้ว dv/dt สำหรับ switch จะเพิ่มขึ้น โดยใช้ ความต้านทาน ภายนอก ระหว่าง gate กับ cathode เล็กน้อย