Пристрій та параметри тиристорів - Школа для електрика все про електротехніку та електроніку
Найпростішим тиристором із двома висновками є діодний тиристор (диністор). Тріодний тиристор (триністор) має додатково третій (керуючий) електрод. Як діодний і тріодний тиристори мають чотиришарову структуру з трьома р– n -переходами (рис. 1).
Крайні області р1 і n2 називаються анодом і катодом, відповідно, з однією із середніх областей р2 або n1 з'єднаний електрод, що управляє. П1, П2, П3 - переходи між p-і n-областями.
Джерело Е зовнішньої напруги живлення підключений до анода позитивним щодо катода полюсом. Якщо струм Iу через керуючий електрод тріодного тиристора дорівнює нулю, його робота не відрізняється від діодної роботи. В окремих випадках буває зручно уявити тиристор двотранзисторною схемою заміщення з використанням транзисторів з різним типом електропровідності р-n-р та n-р-n (рис. 1,б).
Рис.1. Структура (а) та двотранзисторна схема заміщення (б) тріодного тиристора
Як очевидно з рис.1,б, перехід П2 є загальним колекторним переходом обох транзисторів у схемі заміщення, а переходи П1 і П3 – емітерними переходами. При підвищенні прямої напруги Uпр (що досягається збільшенням ЕРС джерела живлення Е) струм тиристора збільшується незначно доти, поки напруга Uпр не наблизиться до деякого критичного значення напруги пробою, що дорівнює напруги включення Uвкл (рис. 2).
Мал. 2. Вольт-амперні характеристики та умовне позначеннятріодного тиристора
При подальшому підвищенні напруги Uпр під впливом наростаючого електричного поля в переході П2 відбувається різке збільшення кількості зарядних носіїв, що утворилися в результаті ударної іонізації при зіткненні носіїв заряду з атомами. В результаті струм у переході швидко наростає, так як електрони з шару n 2 і дірки з шару р1 спрямовуються шари р2 і n 1 і насичують їх неосновними носіями заряду. При подальшому збільшенні ЕРС джерела Е або зменшення опору резистора R струм у приладі наростає відповідно до вертикальної ділянки ВАХ (рис. 2)
Мінімальний прямий струм, у якому тиристор залишається у включеному стані називається струмом утримання Iуд. При зменшенні прямого струму до значення Iпр
Напруга Uвкл, при якому починається лавиноподібне наростання струму, може бути знижено додатковим введенням неосновних носіїв заряду в будь-який шар, прилеглих до переходу П2. Ці додаткові носії заряду збільшують кількість актів іонізації в р-n-переході П2, у зв'язку з чим напруга включення Uвкл зменшується.
Додаткові носії заряду в тріодному тиристорі, представленому на рис. 1, вводяться в шар р2 допоміжним ланцюгом, що живиться від незалежного джерела напруги. Наскільки знижується напруга включення при зростанні струму управління, показує сімейство кривих на рис. 2.
Переведений у відкритий (включений) стан, тиристор не вимикається навіть при зменшенні керуючого струму Iу до нуля. Вимкнути тиристор можна або зниженням зовнішньої напруги до деякого мінімального значення, при якому струм стає менше струму утримання, або подачею в ланцюг керуючого електрода негативного імпульсу струму, значення якого, втім, можна порівняти зі значеннямкомутованого прямого струму Iпр.
Важливим параметром тріодного тиристора є струм керування, що відмикає Iу вкл - струм керуючого електрода, який забезпечує перемикання тиристора у відкритий стан. Значення цього струму досягає кількох сотень міліампер.
З рис. 2 видно, що при подачі на тиристор зворотної напруги в ньому виникає невеликий струм, оскільки в цьому випадку закриті переходи П1 та П3. Щоб уникнути пробою тиристора у зворотному напрямку (який виводить тиристор з ладу через тепловий пробій ходу) необхідно, щоб зворотна напруга була меншою за Uобр.макс.
У симетричних діодних та тріодних тиристорах зворотна ВАХ збігається з прямою. Це досягається зустрічно-паралельним включенням двох однакових чотиришарових структур або застосуванням спеціальних п'ятишарових структур із чотирма p-n-переходами.
В даний час випускаються тиристори на струми до 3000 А та напруги включення до 6000 В.
Основні недоліки більшості тиристорів – неповна керованість (тиристор не вимикається після зняття сигналу управління) та відносно низька швидкодія (десятки мікросекунд). Однак останнім часом створені тиристори, у яких перший недолік усунений (тиристори, що замикаються, можуть бути вимкнені за допомогою струму управління).