Пристрій і параметри тиристорів

Тиристором називають напівпровідниковий прилад з 3-ма (або більше) p-n-переходами, вольт-амперна риса якого має ділянку з негативним диференціальним опором і який вживається для комутацій в електронних ланцюгах.

Простим тиристором з 2-ма висновками є діодний тиристор (динистор). Тріодної тиристор (тринистор) має додатково 3-ий (управитель) електрод. Як діодний так і тріодний тиристори мають чотиришарову структуру з 3-ма р-n-переходами (рис. 1).

Останні області р1 і n2 іменуються анодом і катодом, відповідно, з однією з середніх областей р2 або n1 з`єднаний керуючий електрод. П1, П2, П3 - переходи між p- і n-областями.

n-р-n (рис. 1, б).

Рис.1. Структура (а) і двухтранзісторного схема заміщення (б) триодного тиристора

Як видно з рис.1, б, перехід П2 є загальним колекторним переходом обох транзисторів в схемі заміщення, а переходи П1 і П3 - еміттерними переходами. При підвищенні прямої напруги Uпр (що досягається підвищенням ЕРС джерела живлення Е) струм тиристора збільшується незначно до того часу, поки напруга Uпр не наблизиться до нікому критичного значення напруги пробою, рівному напрузі включення Uвкл (рис.2).

Мал. 2. Вольт-амперні властивості і умовне позначення триодного тиристора

При подальшому підвищенні напруги Uпр під впливом наростаючого електричного поля в переході П2 відбувається різке підвищення кількості носіїв заряду, що утворилися в результаті ударної іонізації при зіткненні носіїв заряду з атомами. В результаті струм в переході стрімко нарощується, бо електрони з шару n2 і дірки з шару р1 спрямовуються в шари р2 і n1 і насичують їх неосновними носіями заряду. При подальшому збільшенні ЕРС джерела Е або зменшення опору резистора R струм в приладі нарощується відповідно до вертикальним ділянкою ВАХ (рис.2)

Малий прямий струм, при якому тиристор залишається у включеному стані іменується струмом утримання Iуд. При зменшенні прямого струму до значення Іпр< I>

Напруга Uвкл, при якому починається лавиноподібне наростання струму, може бути знижено додатковим введенням неосновних носіїв заряду в будь-який з шарів, прилеглих до переходу П2. Ці додаткові носії заряду збільшують число актів іонізації в р-n-переході П2, в зв`язку з чим напруга включення Uвкл зменшується.

Додаткові носії заряду в тріодном тиристори, представленому на рис. 1, вводяться в шар р2 допоміжної ланцюгом, що живиться від незалежного джерела напруги. Якою мірою знижується напруга включення при зростанні струму управління, вказує сімейство кривих на рис. 2.

Будучи переведеним у відкрите (включене) стан, тиристор не вимикається навіть при зменшенні керуючого струму Iу до нуля. Вимкнути тиристор можна або зниженням зовнішнього напруги до деякого мінімального значення, при якому струм стає менше струму утримання, або подачею в ланцюг керуючого електрода негативного імпульсу струму, значення якого, втім, можна порівняти зі значенням комутованого прямого струму I пр.

Принциповим параметром триодного тиристора є отпирающий ток управління Iу вкл - струм керуючого електрода, який забезпечує перемикання тиристора у відкритий стан. Значення цього струму домагається декількох сотень міліампер.

З рис. 2 видно, що при подачі на тиристор оборотного напруги в ньому з`являється маленький струм, тому що в даному випадку закриті переходи П1 і П3. Щоб уникнути пробою тиристора в зворотному напрямку (який виводить тиристор з ладу через термічного пробою ходу) потрібно, щоб оборотне напруга була менше Uобр.макс.

У симетричних діодних і тріодних тиристорах зворотний ВАХ збігається з прямою. Це досягається зустрічно-паралельним включенням 2-ух схожих чотиришарових структур або застосуванням особливих п`ятишарових структур з 4-ма p-n-переходами.

В даний час випускаються тиристори на струми до 3000 А і напруги включення до 6000 В.

Головні недоліки більшості тиристорів - неповна маневреність (тиристор не вимикається після зняття сигналу управління) і відносно низьку швидкодію (10-ки мікросекунд). Але найближчим часом зроблені тиристори, у яких 1-ий недолік усунуто (замикаються тиристори можуть бути вимкнені за допомогою струму управління).

Потапов Л. А.

Школа для електрика