Тиристоры

Тиристоры - это обширный класс полупроводни­ковых приборов, используемых для электронного пе­реключения. Эти полупроводниковые устройства об­ладают двумя устойчивыми состояниями и имеют три или более p-n-переходов(рис.39).

Тиристоры широко используются при управле­нии мощностью постоянного и переменного токов. Они применяются для включения и выключения мощности, подаваемой на нагрузку, а также для ре­гулирования ее величины, например для управления освещенностью или скоростью вращения дви­гателя. Тиристоры изготавливаются из кремния и состоят из четырех полупроводниковых слоев p - типа и n-типа, расположенных поочередно. На рисунке изображены упрощенная схема тиристора (а), его вольтамперная характеристика (б) и его схема­тическое обозначение (е).

Данный тиристор не содержит управляющего электрода, и управле­ние его открыванием и закрыванием осуществля­ется путем изменения приложенного к нему напря­жения. Такие тиристоры называютсядинисторами.

При указанной на рисункеполярности прило­женного к тиристору напряжения, основная его часть придется на закрытый p-n-переход 2, тогда как пере­ходы 1 и 3 окажутся открытыми. При этом дырки, переходящие из слоя р₁в слой р₂, частично рекомбинируют с электронами в слое n₁ Их нескoмпенси­рованный заряд в слое р₂вызовет вторичную встреч­ную инжекцию электронов из слоя n₂, и электроны из слоя n₂ пройдут через слой р₂в слой n₁, частично рекомбинируя с дырками в слое р₂. Они вызовут вто­ричную встречную инжекцию дырок из слоя р_1. Эти явления создадут необходимые условия для разви­тия лавинного процесса. Однако лавинный процесс начнется только при некотором достаточно большом внешнем напряжении U_пер. При этом тиристор пе­рейдет из точки А вольтамперной характеристики на участок ВС, и ток через него резко возрастет.

Рис.39. Схема, вольтамперная характеристика и условное обозначение тиристора.

При этом благодаря обилию зарядов в пе­реходе 2напряжение на нем сильно упадет (пример­но до 1 В), и энергия, выделяемая в этом переходе, окажется недостаточной для развития необратимых процессов в структуре прибора.

Если ток через тиристор сильно уменьшить до некоторого значения I_уд(тока удержания), то тирис­тор закроется и перейдет в состояние с низкой про­водимостью (участок ОАна рисунке). Если к тиристору приложить напряжение обратной поляр­ности, то его вольтамперная характеристика будет такой же, как у полупроводникового диода (участок OD на рисунке).

Рассмотренный неуправляемый тиристор имеет существенный недостаток: его открывание и зак­рывание возможно лишь при больших изменениях внешнего напряжения и тока.

Значительно чаще используют тиристоры, кото­рые имеют управляющий электрод (рис.40).

Рис.40. Управляемый тиристор.

Если на управляющий электрод подать положи­тельное напряжение по отношению к катоду (рис.42), эмиттерный переход n-p-nтиристора будет смещен в прямом направлении. Кратковременная подача уп­равляющего напряжения переключает цепь в прово­дящее состояние, и она продолжает проводить ток даже при отключении управляющего напряжения. Ток анода ограничен только внешней цепью. Для переключения тиристора в непроводящее состояние необходимо уменьшить напряжение анод - катод до нуля. Это обеспечит запирание обоих p-n-переходов, и они останутся запертыми до тех пор, пока опять не будет подано управляющее напряжение.

Рис.42 Схематическое обозначение управляемого тиристора.

Тиристор включается положительным управля­ющим напряжением и выключается уменьшением напряжения анод-катод до нуля. На рис.41 изображено семейство вольтамперных характеристик управляемого тиристора при различных токах цепи управления.

Рис.41. Семейство вольтамперных характеристик управляемого тиристора.

Схема включения тиристора показана на рис. 43. Переключатель используется для подачи и снятия управляющего напряжения.

Рис.43. Схема включения тиристора.

Резистор R₂используется для ограничения тока управляющего электрода. Напряжение между анодом и катодом обеспечивается источником пере­менного напряжения. Последовательно включенный резистор R₁ используется для ограничения тока анод-катод во включенном состоянии.

Дата добавления: 2014-12-17