Тиристоры

Тиристорами называют управляемые полупроводниковые приборы на основе многослойных (четыре слоя или более) р-n структур, способные под действием сигнала управления переходить их из закрытого (непроводящего) состояния в открытое (проводящее).

а)

Рис.1.9. Структура тиристора.

Наиболее распространенная разновидность тиристора основана на четырехслойной р-n-р-n структуре, ВАХ которой приведена на рис 1.10а. Схемное обозначение тиристора имеет три вывода во внешнюю цепь. Электроды прибора называются: А -анод, К - катод, УЭ -управляющий электрод (рис.1.10б).

б)
а)	в)
Рис.1.10. ВАХ (а), условное обозначение (б) и включение тиристора (в).

Если включить тиристор в электрическую цепь (рис 1.10в), то при нулевом сигнале на управляющем электроде ток в цепи будет отсутствовать. Это связано с тем, что при прямом закрытом состоянии (участок I на ВАХ) сопротивление тиристора очень велико.

Если на управляющий электрод подать отпирающий импульс положительной полярности, то тиристор включается и через нагрузку Rн начинает протекать ток. Ввиду малого падения напряжения на включенном тиристоре (участок II) анодный ток после включения определяется как Iа=Еа/Rн. Поэтому для включения тиристора, в отличие от диода, требуется не только напряжение прямого смещения, но и наличие управляющего напряжения на УЭ.

Отключается тиристор как и диод подачей обратного смещения.

Включение тиристора может произойти и без сигнала управления, если увеличить ЭДС источника питания Еа до значения большего напряжения Uвкл показанного на рис 1.10а. В этом случае рабочая точка с участка 1 ВАХ переходит на участок II минуя падающий участок III. На практике такое включение <по аноду для большинства типов тиристоров нежелательно из-за возможного повреждения прибора.

Важнейшей особенностью тиристора является то, что после его включения открытое состояние сохраняется вне зависимости от наличия сигнала на управляющем электроде.

На рис. 1.11. (а) приведено включение тиристора по однополупериодной схеме и диаграммы его работы (б).

а)	б)
Рис. 1.11. Схема включения тиристора и диаграмма его работы.

В момент времени 0 на тиристор подается прямое смещение, но тиристор отключен, так как управляющее напряжение отсутствует. В момент 1 подается управляющий импульс. Тиристор включается и вся оставшаяся часть полуволны проходит в нагрузку. В момент 2 тиристор закрывается. Интервал от 0 до 1, обозначается буквой a и называется углом регулирования или запуска тиристора (измеряется в электрических градусах). Изменяя величину a, можно регулировать напряжение в нагрузке. Поэтому тиристоры являются управляемыми диодами.

В паспортных данных тиристора имеются следующие параметры: максимально допустимый средний прямой ток, импульсное прямое напряжение и максимальное обратное напряжение, которые имеют тот же смысл, что и для диодов. В современных мощных тиристорах допустимый средний прямой ток достигает 1000 - 2000 А.

Для расчета параметров сигнала, который необходимо подать на управляющий электрод, пользуются параметрами: управляющий ток отпирания и управляющее напряжение отпирания. При таких значениях тока и напряжения в управляющей цепи обеспечивается надежное отпирание тиристора даже при малых (5 -10 В) напряжениях Uа и при наименьшей рабочей температуре, когда отпирание затруднено.

К важнейшим динамическим параметрам тиристора относится величина (di/dt)- критическая скорость нарастания анодного тока при включении тиристора. При превышении допустимого значения (di/dt)_max возможен перегрев отдельных участков полупроводниковой структуры и тепловой пробой перехода; обычно (di/dt)_max =10 -100 А/мкс, но у специальных быстродействующих или импульсных тиристоров (di/dt)_max доходит до 500-1000 А/мкс.

К параметрам тиристоров относится время выключения - временной интервал, спустя который после прекращения протекания анодного тока к прибору можно приложить прямое напряжение и при этом не произойдет его повторного включения. Время выключения у низкочастотных тиристоров 100 -500 мкс, у быстродействующих 10-100 мкс. Параметр (dU/dt)_max - допустимая скорость нарастания прямого напряжения. Это ограничение по скорости анодного напряже­ния связано с наличием емкостей переходов, протекание тока через которые при быстром нарастании анодного напряжения может привести к самопроизвольному отпиранию тиристора: (dU/dt)_max=20100 В/мкс, у быстродействующих до 200 -500В/мкс.

Помимо рассмотренного основного типа тиристоров, работа которых описана выше, промышленность выпускает ряд разновидностей тиристоров:

1. Динистор - это тиристор без управляющего электрода. Он аналогичен обычному тиристору, у которого не подается сигнал на управляющей электрод. Для включения динистора к нему необходимо приложить UаUвкл. При приложении обратного напряжения динистор всегда заперт.

2. Симистор - многослойный переключающий прибор с симметричной ВАХ для прямого и обратного напряжений. Симистор может коммутировать ток любого направления и заменяет собой цепь из двух обычных тиристоров, включенных встречно-параллельно.

3. Двухоперационные (запираемые) тиристоры появились в конце 60 -х годов. В этих приборах при подаче отрицательного импульса на управляющий электрод возможно осуществить запирание анодного тока. Требуемая мощность запирающего управляющего импульса значительно выше мощности отпирающего импульса. В последние годы разработаны двухоперационные тиристоры на токи до 200-500А и напряжение до 1000-2000 В. При этом их применение в энергетической электронике в области малых и средних мощностей становится все более широким.

Дата добавления: 2014-01-15