Принцип действия. Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (VS закрыт) и состоянием

Тиристоры (VS)

Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (VS закрыт) и состоянием высокой проводимости (VS открыт).

Перевод VS из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор. К числу таких воздействий относятся воздействия напряжением (током) или светом (фототиристоры).

Тиристоры используются в цепях эл. питания устройств связи и энергетики, различных автоматических управляющих устройствах в качестве регуляторов освещения, устройствах цветомузыки и т.д.

По своей структуре тиристоры отличаются от биполярных транзисторов тем, что у них не три, а четыре (и более) полупроводниковых слоя, в которых проводимость последовательно чередуется. Вследствии этого в тиристоре образуется три и более перехода вместо двух, как у биполярного транзистора. Рассмотрим устройство тиристора (рис. 1). Крайнюю область Р1 называют анодом, крайнюю область N2 – катодом.

Подадим на тиристор напряжение «+» к аноду, «–» к катоду. При такой полярности включения внешнего напряжения к крайним переходам П1 и П3 приложено прямое напряжение, а к среднему переходу П2 – обратное. Следовательно, переходы П1 и П3 открыты, а П3 – закрыт. Это приводит к тому, что большая часть внешнего напряжения приложена к переходу П2, имеющему очень большое сопротивление, и только незначительная часть этого напряжения приложена к переходам П1 и П3, сопротивление которых намного меньше. При этом VS находится в закрытом состоянии, благодаря большому сопротивлению перехода П2.

Для того, чтобы осуществить переключение, т.е. открыть VS, необходимо скомпенсировать потенциальный барьер на границе областей N1 – P2. Рассмотрим, как это происходит.

VS, имеющий три p – n – перехода, удобно представить в виде двух биполярных транзисторов p – n – p и n – p – n. Это дает возможность для анализа работы тиристора использовать положения и выводы из теории работы биполярных транзисторов.

Как видно из рис.2, оба транзистора работают в активном режиме. На эмиттерные переходы P1N1 и N2P2 подается прямое напряжение, на коллекторный переход P2N1, общий для обоих транзисторов, – обратное напряжение.

Рис.1. - Структура тиристора
Рис. 2. - Эквивалентная схема тиристора в виде двух транзисторов

Под действием прямых напряжений, приложенных к эмиттерным переходам, происходит инжекция основных носителей заряда из эмиттеров P1 и N2 в соответствующие базы N1 и P2. В транзисторе n – p – n электроны из эмиттера N2 переходят в базу P2, где становятся неосновными носителями. Часть этих электронов рекомбинирует в базе, а остальные переходят на коллектор N1 под действием обратного напряжения коллекторного перехода. В результате этого перехода в области N1 создается избыточный заряд. Аналогичные явления происходят в транзисторе p – n – p. Дырки из эмиттера P1 инжектируют в базу N1, где часть их рекомбинирует с электронами базы, а остальные перебрасываются в коллектор P2, создавая в нем избыточный положительный заряд. Напомним, что за счет обратного напряжения на границе перехода имеется двойной электронный слой, состоящий из нескомпенсированных положительных зарядов в области N1 и отрицательных зарядов в области P2, которые образуют потенциальный барьер.

Избыточные электроны в области N1 и дырки в области P2, накапливаясь, создают свое электрическое поле, которое снижает потенциальный барьер на границе перехода P2N1.

При повышении внешнего напряжения, приложенного между анодом и катодом, возрастает прямое напряжение на эмиттерных переходах П1 и П3, большее число носителей заряда переходит на коллекторы соответствующих транзисторов. Это приводит к возрастающему накоплению избыточных зарядов основных носителей в областях P2 и N1, что способствует понижению потенциального барьера на переходе П2 вплоть до его полной компенсации.

При полной компенсации обратного напряжения на коллекторном переходе он откроется и его сопротивление будет таким же малым, как и у обоих эмиттерных переходов, ток тиристора резко возрастет.

Дата добавления: 2015-06-04