Тиристоры

Тиристоры представляют собой переключающие приборы. Их название происходит от греческого слова тира, обозначающего дверь, вход. Структура диодного тиристора (динистора) и его эквивалентная схема приведены на рис. 7.

Как следует из рис., тиристор имеет три p-n перехода, причем два крайних перехода (П₁ и П₂) работают в прямом направлении, а средний (П₂) - в обратном. Крайнюю область р (на рис. она вверху) называют анодом, а крайнюю область n (на рис. внизу) – катодом. Тиристор можно представить в виде эквивалентной схемы, состоящей из двух транзисторов Т₁ и Т₂, соединенных между собой так, как показано на рис. 6,б. Получается, что переходы П₁ и П₃ являются эмиттерными переходами соответственно транзисторов Т₁ и Т₂, а переход П₂ работает в обоих транзисторах в качестве коллекторного перехода. Область базы первого транзистора является одновременно коллекторной областью второго, а область базы второго транзистора – коллекторной областью первого.

Тиристоры обычно делают из кремния, причем эмиттерные переходы могут быть сплавными, а коллекторный переход изготовляют методом диффузии. Концентрация примеси в базовых (средних) областях значительно ниже, чем в эмиттерных (крайних).

Физические процессы в тиристоре можно представить следующим образом. Если бы был только один переход П₂, работающий при обратном напряжении, то существовал былишь небольшой обратный ток, вызванный перемещением чрез него неосновных носителей, которых мало. Но в транзисторе может быть получен большой коллекторный ток, являющийся тем не менее обратным током коллекторного перехода, если в базу транзистора со стороны эмиттерного перехода инжектируются в большом количестве неосновные носители. Чем больше прямое напряжение на эмиттерном переходе, тем больше этих носителей приходит к коллекторному переходу, тем больше становится ток коллектора. Напряжение на коллекторном переходе наоборот становится меньше, так как при этом уменьшается сопротивление коллекторного перехода и возрастает падение напряжения на нагрузке, включенной в цепь коллекторного перехода. Так в схемах переключения транзистор переходит в режим насыщения (открывается) путем подачи на его эмиттерный переход соответствующего прямого напряжения. При этом ток коллектора достигает максимально значения, а напряжение между коллектором и базой снижается до десятых долей вольта.

Нечто подобное происходит и в тиристоре. Через переходы П₁ и П₃, работающие в прямом направлении, в в области, примыкающие к переходу П₂, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают его сопротивление. Вольт-амперная характеристика тиристора представлена на рис. 8.

При повышении напряжения на входах тиристора вначале ток растет медленно, участок 0А характеристики, рис. 8. В этом режиме тиристор можно считать закрытым. На сопротивление коллекторного перехода П₂ влияют два взаимно противоположных процесса. С одной стороны повышение обратного напряжения на этом переходе увеличивает его сопротивление, так как под влиянием обратного напряжения основные носители уходят в разные стороны о т границы перехода, в результате чего переход П₂ все более обедняется основными носителями. С другой стороны повышение прямых напряжений на эмиттерных переходах П₁ и П₃ усиливает инжекцию носителей, которые подходят к переходу П₂, обогащают его и уменьшают его сопротивление. До точки А перевес имеет первый процесс и сопротивление по мере увеличения напряжения растет, но все медленнее, так как усиливается второй процесс. Около точки А при некотором напряжении (десятки и сотни вольта), называемом напряжением включения, U_вкл, влияние обоих процессов уравновешивается.

Дальнейшее, даже ничтожно малое повышение напряжения создает перевес второго процесса и сопротивление перехода П₂ начинает резко падать. Возникает лавинообразный процесс быстрого отпирания тиристора. Ток скачком возрастает (участок АБ характеристики), так как увеличение напряжения на П₁ и П₃ уменьшает сопротивление П₂ и напряжение на нем, за счет чего еще более возрастают напряжения на П₁ и П₃ и т.д. В результате устанавливается режим, напоминающий режим насыщения транзистора: большой ток при малом напряжении (участок БВ характеристики). Ток в этом режиме (тиристор открыт) определяет главным образом сопротивление нагрузки, включенной последовательно с прибором. За счет большого тока почти все напряжение падает на нагрузке.

Диодный тиристор характеризуется максимально допустимым значением прямого тока I_max при котором на тиристоре будет небольшое напряжение U_откр. Если же ток уменьшать,, то при некотором значении тока, называемом удерживающим током, I_уд, (точка Б) ток резко уменьшается, а напряжение повышается. Тиристор переходит в закрытое состояние, соответствующее участку 0А характеристики.

Помимо диодных тиристоров, существуют еще и триодные тиристоры (тринисторы). Тринисторы отличаются от динисторов тем, что в них отодной из базовых областей сделан вывод. Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать U_вкл. Чем больше ток через такой управляющий переход, тем ниже U_вкл. Обычные триодные тиристоры не запираются с помощью управляющей цепи и для запирания необходимо уменьшить ток в тиристоре до I_уд. Однако разработаны и применяются, так называемые запираемые тиристоры, которые запираются при подаче через управляющий электрод короткого импульса обратного напряжения на эмиттерный переход. Разработаны также симметричные тиристоры или симисторы, имеющие структуру n-p-n-p-n или p-n-p-n-p. Симисторы отпираются при любой полярности напряжения и проводят ток в оба направления.

Условные графические обозначения тиристоров приведены на рис. 9.

	а) б) в) г) д) е)     Рис.9. Условные графические обозначения тиристоров: а –диодный тиристор; б и в – незапираемые триодные тиристоры с выводом от р и n областей; г и д - запираемые триодные тиристоры с выводом от р и n областей; е – симметричный тиристор.

Дата добавления: 2014-01-15