Модуль 5 тиристоры

Особую группу полупроводниковых приборов составляют многослойные приборы с тремя и более p-n -переходами,используемые в качестве электронных переключателей.Они объединяются общим на-званием – тиристоры. В зависимости от числа наружных выводов различают двухэлектродный тири-стор, или динистор, и трехэлектродный – тринистор.

Динисторы. Структура и условное графическое обозначение динистора приведены на рис. 27, а, б. Прибор содержит четыре полупроводниковые области с чередующимися типами электрической прово-димости: р-п-р-п. Крайняя р -область называется анодом, а крайняя n -область – катодом. Так как между двумя прилегающими друг к другу областями с различными типами электропроводности образуется электронно-дырочный переход, то в динисторе таких переходов оказывается три: 1, 2 и 3.

Анод (А)			I		В
	I откр.max		U откр
p
	А
n				Б
			I уд
p				А
	К
n	U обр.max	I зкр
	б)	^0U пр.зкр.max U вкл	U
	Катод (К)
		Г	I обр
		I обр
	а)		в)

Рис. 27 Структура, условное графическое изображение и вольтамперная характеристика динистора

Если динистор подключен к источнику напряжения так, что «минус» подается на анод, а «плюс» – на катод, то крайние р-n- переходы оказываются включенными в обратном направлении и через дини-стор протекает небольшой обратный ток (участок ОГ) – рис. 27, в.

При изменении полярности источника внешнего напряжения переходы 1 и 3 включаются в прямом направлении, а средний переход 2 в обратном. Сопротивление между анодом и катодом динистора в этом случае также велико (сотни ки-

лоом), и через него протекает небольшой ток I _зкр, измеряемый при напряжении U _{пр.зкр.max}, которое назы-вают максимально допустимым постоянным прямым напряжением на закрытом тиристоре.

При некотором значении прямого напряжения, называемого напряжением включения U _вкл, средний переход открывается, сопротивление между анодом и катодом уменьшается до десятых долей ома. Та-кое состояние динистора называют открытым. Падение напряжения на открытом динисторе составляет всего 1...2 В (участок БВ) и мало зависит от величины тока, протекающего через динистор. В справоч-ных данных обычно указывается значение напряжения открытого тиристора U _откр при максимально до-пустимом постоянном токе I _откр.max. Напряжение включения для динисторов составляет, как правило, десятки-сотни вольт. В открытом состоянии динистор находится до тех пор, пока через него протекает ток, не меньший, чем ток удержания I _уд. Для перевода динистора из открытого состояния в закрытое следует уменьшить напряжение внешнего источника примерно до 1 В или отключить его.

Трехэлектродные тиристоры (тринисторы). Тринистор отличается от динистора наличиемтретьего вывода от одной из средних областей. Благодаря третьему – управляющему – электроду три-нистор можно открывать при напряжениях меньших, чем U _вкл и даже U _{пр.зкр.max}.

	А	УЭ	А		I	I у′.от> I у′′.от> I у′′′.от
	p	p	А
	n	А УЭ	n
УЭ				^I у^′.от	^I у^′′.от
p	К	p	К		I у′′′.от
	n		n	УЭ		′	′′	I вкл′′′U
	К		К			^I вкл	^I вкл
	а)	б)			в)
			Рис. 28	Структура, условное графическое изображение
				и вольтамперная характеристика тринистора

Для этого нужно на управляющий электрод тринистора подать короткий (длительностью в несколько микросекунд) управляющий импульс положительной (если управляющий вывод электрода сделан от р -области)или отрицательной(при выводе от n -области)полярности(рис. 28, а, б).Семейство вольам-перных характеристик тринистора, снятых при различных токах управляющего электрода, приведено на рис. 28, в.

Для перевода тринистора из открытого состояния в закрытое необходимо уменьшить основной ток до значения меньшего, чем I _уд. В цепях постоянного тока это осуществляется пропусканием через открытый тринистор короткого импульса обратного тока, превышающего прямой, для чего используется специаль-ное коммутирующее устройство.

Тринистор, работающий в цепях переменного тока, запирается автоматически в момент окончания положительной полуволны основного тока. Этим объясняется широкое применение тринисторов в уст-ройствах переменного тока – для управления электродвигателями переменного тока, в выпрямителях и инверторах, импульсных схемах, устройствах автоматики и др.

А-К		Ток и напряжение цепи управления небольшие, а основной ток может
	составлять единицы, десятки и сотни ампер при анодных напряжениях от
			десятков-сотен до нескольких тысяч вольт. Поэтому коэффициент усиле-
			ния по мощности у тринисторов достигает 10^4...10^5.
		УЭ	Симметричные тиристоры. Динисторы и тринисторы пропускают
		рабочий (основной) ток только в одном направлении. Для того чтобы ос-
			новной ток протекал в обоих направлениях, можно использовать встреч-
А-К		но-параллельное включение двух тиристоров (рис. 29).
Рис. 29 Встречно-параллельное	Эту же задачу можно решить и более простым способом, применив
включение тиристоров	двухсторонние полупроводниковые ключи. Структура таких приборов
для работы на переменном токе	значительно сложнее, чем у несимметричных, и в простейшем случае со-
			держит пять областей с различными типами проводимости, как показано
на рис. 30, а. Здесь же приведено условное графическое обозначение этого типа тиристоров.
			I	^I у^′.от ^> ^I у^′′.от
n	УЭ	УЭ
p			^I у^′.от	^I у^′′.от
n
				U
p
n
	а)		б)

Рис. 30 Структура и условное графическое изображение симистора

Такой симметричный тиристор по принципу действия аналогичен несимметричному тиристору и имеет аналогичную вольтамперную характеристику. Электрическая симметрия относительно его край-них выводов, называемых символическими анодом и катодом, приводит к симметричной вольтампер-ной характеристике относительно начала координат, общий вид которой приведен на рис. 30, б.

Такие приборы называют симисторами, или триаками. Они широко применяются в устройствах силовой электроники, работающих на переменном токе.

Следует отметить основные особенности данного класса полупроводниковых приборов. По способу управления (управление током) они аналогичны биполярным транзисторам. При этом они имеют весь-ма существенное отличие от транзисторов: в них практически отсутствует активный режим, т.е. воз-можность плавного управления выходным током. Все типы тиристоров работают в так называемом ключевом режиме,который характеризуется двумя противоположными состояниями прибора–откры-тым и закрытым. В промежуточном состоянии тиристор находится в течение очень короткого отрезка времени, при этом процесс перехода из одного состояния в другое практически неуправляем. Поэтому при анализе работы тиристоров не используют статические характеристики (характеристики, снятые без нагрузки в выходной цепи). Очевидно, что подключение открытого тиристора непосредственно к выходу источника питания соответствует короткому замыканию, что неизбежно приведет к выходу из строя оборудования. Эти особенности тиристоров необходимо учитывать при разработке и расчете уст-ройств на их основе. Следует также отметить, что принципы управления тиристорами в значительной степени отличаются от схемотехнических решений, использующихся при работе с другими типами электронных приборов, и изучаются в рамках специальных дисциплин.

Контрольные вопросы

1 Какие полупроводниковые приборы называют тиристорами?

2 Опишите устройство и принцип работы двухэлектродного тиристора.

3 Поясните вольтамперную характеристику тиристора.

4 Перечислите статические параметры тиристора.

5 Какими параметрами характеризуется быстродействие

тиристора?

6 В ЧЕМ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ТРИНИСТОРОМ И СИМИСТОРОМ?

Дата добавления: 2015-05-06