Устройство и принцип действия тиристора

ТИРИСТОР

Тиристор - полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более p-n переходов.

В вольтамперной характеристике тиристора имеется область отрицательного дифференциального сопротивления. Основное его назначение: пропускать ток (тиристор открыт) или не пропускать ток

а) б)

Рисунок 5.22. Схемотехническое изображение динистора (а) и его структурная схема (б)

(тиристор закрыт). Тиристоры можно считать аналогами электричес-ких ключей, которые могут быть замкнуты или разомкнуты. Мало-мощные тиристоры применяют в релейных схемах и маломощных коммутирующих устройствах. Мощные тиристоры используют при создании управляемых выпрямителей и различных преобразова-телей. Тиристоры делятся на:

· динисторы;

· тринисторы;

· симисторы.

Основу диодного тиристора, или динистора, составляет кристалл

полупроводника четырехслойной структуры. На рисунке 5.22 (а) приведена структурная схема динистора, а на рисунке 5.22 (б) его условное обозначение в схемах. Слой р₁ называют анодом (А), слой n₂ – катодом (К), а два более тонких слоя – базами.

Рисунок 5.23. Вольтамперная характеристика тиристора

Прибор содержит три последовательно включенных n – р – перехода: П₁,П₃ – эмиттерные переходы, П₂ – коллекторный. При включении динистора в электрическую цепь переходы П₁,П₃ смещаются в прямом направлении, а П₂ – в обратном.Поскольку все n – р – переходы соединены последовательно, через них протекает один и тот же ток. Так как переход П₂ закрыт, через тиристор протекает небольшой обратный ток (участок I). При повышении напряжения в переходе П₂ начинается ионизация. В этой области за счет сильного электрического поля возникают дополнительные носители заряда – дырки и электроны. Ток через переход П₂ начинает возрастать, одновременно увеличивается ток и через переходы П₁,П₃. Дырки из анода устремляются в базу n₁, частично рекомбинируют, а частично попадают в базу р₂. Электроны из катодной области таким же образом оказываются в базе n₁. Они компенсируют объмные заряды ионов на границах перехода П₂. Переход П₂ открывается. Это происходит при напряжении На участке II происходит лавинообразный процесс инжекции основных носителей из эмиттеров в базы. Это процесс неконтролируемый и происходит очень быстро. После этого динистор работает на участке III, который соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики диода. Рабочим участком динистора является участок III. Такое состояние тиристора называется открытым. Для выключения динистора необходимо приложить к нему напряжение обратной полярности. При изменении полярности напряжения переходы П₁,П₃ сместятся в обратном направлении, а переход П₂ останется смещенным в прямом направлении. Такое состояние называется закрытым. Линия ВАХ, соответствующая непроводящему состоянию, имеет такой же вид, как ВАХ диода смещенного в обратном направлении. Если снова сменим полярность напряжения, то попадем на участок I вольтамперной характеристики динистора.

Трехэлектродный тиристор, или тринистор кроме выводов от слоев анода и катода, имеет еще вывод с одной из баз. Этот электрод называется управляющим. Структурная схема такого тиристора приведена на рисунке 5.24 (а). Схемотехническое его изображение приведено на рисунке 5.24 (б).

а)

б)

Рисунок 5.24. Структурная схема тринистора (а), схемотехническое изображение тринистора (б)

Управляющий электрод подключается к постороннему источнику, который создает ток управления Напряжение включения тиристора определяется накоплением дырок и электронов в базах р₂ и n₁. При концентрация дырок в базе р₂ увеличивается за счет тока управления и переключение происходит при меньшем (см. рис. 5.23). Таким образом, можно управ-лять работой тринистора, воздействуя на объемные заряды на базах. Для того, чтобы закрыть тринистор, надо поменять полярности анода и катода. Кроме того, для переключения тринистора из закрытого состояния в открытое достаточно пропустить через управляющий электрод относительно короткие (менее 100 мкс) импульсы тока управления. После чего открытое состояние сохраняется. Особенностью рассмотренного тиристора является то обстоятельство, что тиристор можно только включить с помощью управляющего электрода. Для перехода из открытого состояния в закрытое (выключение) необходимо использовать дополнительные устройства, так называемые узлы принудительной коммутации. То есть тиристор не полностью управляемый ключевой элемент (незапираемый тиристор).

Последние пятнадцать лет разработаны тиристоры, которые можно включать и выключать по цепи управляющего электрода – запираемые тиристоры. Для включения и выключения запира-емого тиристора используются два отдельных источника, при этом устройство управления тиристором должно обеспечивать мощные

а)

б)

Рисунок 5.25. Структурная схема симистора (а) и его схемотехническое обозначение (б)

импульсы включающих и выключающих токов управления при ма-лых анодных токах и необходимую продолжительность отрицатель-ного импульса выключающего напряжения.

Существуют и широко используются так называемые сим-метричные тиристоры (симисторы, триаки). Каждый симистор подобен паре рассмотренных тринисторов, включенных встречно -

параллельно. Структурная схема (а) и схемотехническое изобра-жение симистора (б) приведены на рисунке 5.25. От рассмотренных тиристоров отличаются симметричной вольтамперной характерис-тикой, позволяющей работать на переменном токе.

Дата добавления: 2015-05-06