¿Qué distingue a un tiristor ordinario de un tiristor GTO?

Un tiristor, lo sé, es una estructura PNPN de cuatro capas, con un ánodo en la primera sección P, una puerta en la segunda sección P y un cátodo en la segunda sección N. Esta estructura simple sugiere que cualquier tiristor debería ser posible apagar, enrutando toda la corriente del ánodo a través de la puerta, haciendo que la corriente del cátodo vaya a cero, desbloqueando así el tiristor.

En un simulador, un modelo de dos transistores de un tiristor, como se muestra a continuación, de hecho se apaga cuando se proporciona una ruta a tierra de resistencia suficientemente baja.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Y uno puede comprar tiristores diseñados específicamente para usarse de esta manera, llamados tiristores GTO (puerta de apagado).

Entonces mi pregunta es esta: ¿Qué hace que un tiristor GTO sea especial? ¿Es solo un tiristor ordinario pero con características específicas para este modo de operación? ¿O hay alguna estructura de silicio diferente dentro de él que hace que funcione de manera fundamentalmente diferente?

thyristor scr

— Hogar
fuente

Como alguien que está interesado en la electrónica pero no está particularmente familiarizado con los tiristores, sería útil una definición de "GTO". ¿Puerta cerrada?

— chrylis -on strike- el

@chrylis Sí, GTO significa puerta cerrada. Lo editaré en la pregunta en alguna parte.

— Hogar

¡Interesante pregunta!

Comencemos con cómo usamos típicamente un tiristor. El cátodo generalmente se conectará a tierra y el ánodo para suministrar a través de la carga:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Entonces los electrones entran en el Cátodo y viajan al Ánodo.

En los dibujos a continuación, ¡Cathode está en la parte superior! ¡Entonces los electrones fluyen de arriba hacia abajo (solo en los perfiles de dopaje, no en el esquema anterior)!

Después de algunas búsquedas, encontré estos dos dibujos de los perfiles de dopaje de ambos dispositivos.

Este es el perfil de dopaje de un tiristor "normal", de este sitio .

Y aquí está el perfil de dopaje de un GTO (misma fuente que la anterior, presione Siguiente varias veces).

La principal diferencia que veo es que el GTO tiene una región P + adicional (región P altamente dopada) para el contacto Gate. Dicha región altamente dopada se usa para hacer un "mejor", más bajo contacto óhmico a esa región de dopaje.

De acuerdo con Wikipedia:

El apagado se logra mediante un pulso de "voltaje negativo" entre la puerta y los terminales del cátodo. Parte de la corriente directa (aproximadamente un tercio a un quinto) se "roba" y se usa para inducir un voltaje de puerta de cátodo que a su vez hace que la corriente directa caiga y el GTO se desconecte (pasando al 'bloqueo' estado.)

Para mí, eso podría explicar por qué el GTO se puede apagar mientras que el Tiristor normal no. En un tiristor normal, la puerta no tiene un contacto tan bueno con la región P superior que evita que desvíe suficientes electrones para hacer que el tiristor se apague.

En un GTO, el contacto con esa región P es mucho mejor, por lo que se pueden eliminar muchos más electrones (a través de la puerta) de esa región P. Además, el voltaje de esta región P se puede controlar mucho mejor a través del contacto de baja resistencia. Eso también permite que la puerta baje el voltaje de esta región P en relación con el cátodo, lo que sesgará la unión del cátodo (N +) a la puerta (P) en reversa y bloqueará la corriente del cátodo.

— Bimpelrekkie
fuente

Entonces, si estoy leyendo esto correctamente, ¿un tiristor no GTO no se puede apagar tirando la corriente a través de la terminal de la puerta? ¿O es simplemente mucho más difícil?

— Hogar

Probablemente hay tiristores no GTO que puede apagar a través de la puerta bajo ciertas circunstancias, por ejemplo, cuando la corriente del ánodo es pequeña, cerca de la corriente de retención. También es posible que necesite un voltaje tan bajo (negativo) en la puerta para apagarlo que necesitaría exceder el voltaje de ruptura de la puerta y el cátodo. Entonces sí, mucho más difícil y tampoco se puede hacer de manera confiable (como se puede hacer con un GTO).

— Bimpelrekkie

Pensaría que tener la puerta conectada a tierra a través de un camino de resistencia suficientemente baja funcionaría, ¿no? ¿Siempre y cuando la unión GK no esté sesgada en la conducción? ¿O eso no funcionaría?

— Hogar

Por cierto, la misma fuente que proporcionó para el perfil de dopaje de un tiristor estándar tiene, a pocos clics de la "página siguiente" , un perfil de dopaje similar de un tiristor GTO, que podría ser mejor que el artículo de Wikipedia, ya que muestra que la falta de una región p + por la puerta y ap en lugar de la región anódica p + no son simples simplificaciones que hicieron que Wikipedia no hizo.

— Hogar

Pensaría que tener la puerta conectada a tierra a través de un camino de resistencia suficientemente baja funcionaría, ¿no? Probablemente la región P de la puerta en sí tiene demasiada resistencia para que eso funcione. Además, la región P + en el GTO permite una capacidad adicional para la recombinación de electrones en la región de la puerta. Eso podría ser necesario para "atrapar" suficientes electrones para poder apagar el dispositivo. Actualicé la segunda imagen, gracias por ese consejo.

— Bimpelrekkie