Тиристори. Структура та принцип роботи
Перші промислові зразки тиристорів з'явилися наприкінці 50-х років. В даний час ці прилади набули широкого поширення. Переваги тиристорів такі: малі маса і габарити, великий термін служби, високий ККД, мала чутливість до вібрації та механічних навантажень, здатність працювати при низьких (прямих) і високих (зворотних) напругах, а також при дуже великих струмах, що досягають сотень ампер.
Основна властивість тиристора, що забезпечує йому найрізноманітніші застосування в автоматиці, електроніці, енергетиці, це здатність перебувати у двох стійких станах: закритому і відкритому. У закритому стані опір тиристора становить десятки мільйонів ом і він практично не пропускає струм при напругах до тисячі вольт; у відкритому - опір тиристора незначний. Падіння напруги на ньому близько 1 В при струмах у десятки та сотні ампер. Перехід тиристора з одного стану до іншого відбувається за дуже короткий час, практично стрибком. Серед тиристорів виділяють диністори та триністори.
Діністор — це тиристор із двома електродами (висновками). Перехід диністора з одного стану до іншого здійснюється зміною значення або полярності напруги на висновках.
Тиристор, з третім (керуючим) електродом, називається триністором. Керуючий електрод дозволяє за допомогою невеликого сигналу управління (імпульсу напруги) перевести тиристор із закритого стану у відкритий при незмінному (заданому) напрузі на основних електродах. Зворотний перехід із відкритого стану в закрите за допомогою напруги, що управляє, неможливий.
Структура тиристора містить чотири (р-n-р-n) або п'ять (р-n-р-n-р) шарів. У разі тиристор називають симетричним.
Чотиришароваструктуру тиристора зображено. Тиристор містить три р-n-переходи: /7, П2, Яз. Щоб підвищити ефективність керуючого сигналу, шар, до якого підключений керуючий електрод, роблять тонше інших.
Фізичні процеси в четырехсложной структурі і більше їх математичне опис досить складні, тому обмежимося лише загальними сильно спрощеними уявленнями.
Малюнок 2.11 Подання тиристора у вигляді двох транзисторів
Малюнок 2.12 Схематичне зображення тиристора:
а - диністор; б - триністор
Чотиришарову структуру тиристора можна подати у вигляді двох відповідним чином з'єднаних транзисторів р-п-р- та п-р-п-типів (рис. 2.11). Як видно зі схеми, до переходів П і Пз підведено пряму напругу, а до переходу Я2 - зворотне. Якби не було переходів П\ і Я3, тиристор перетворився б на діод і через перехід Я2 проходив зворотний струм /о. За наявності переходів П\ і Яз через перехід Я2 проходять два додаткові струми: колекторний струм /К транзистора р-п-р та колекторний струм /кг транзистора п-р-п. Струм 1К створює дирки, а струм / "2 - електрони. Тому струм / через перехід Я2, що дорівнює струму через опір навантаження, можна розглядати як суму трьох струмів:
Виразивши колекторні струми транзисторів через емітерні струми, отримаємо
Уточнимо поняття про коефіцієнти а! та а2, за допомогою яких колекторні струми виражаються через емітерні). Ми встановили, що залежить від того, яка частина емітованих носіїв заряду досягає колектора, і вважали для кожного конкретного транзистора коефіцієнт постійним. Однак це справедливо тільки для нормальних ре-
жимов роботи, близьких до номінального. При великих відхиленнях струму емітера від номінальних значенькоефіцієнт а суттєво змінюється. Зокрема, при малих струмах емітера коефіцієнт близький до нуля, оскільки майже всі носії, емітовані в основу, рекомбінують у ній, не доходячи до колектора.
Резистори
Є найпростішими пасивними елементами. Основне їхнє призначення обмежити струм в електричному ланцюзі. Найпростішим прикладом є включення світлодіода, показане малюнку 2.13. За допомогою резисторів також підбирається режим роботи підсилювальних каскадів за різних схем включення транзисторів.
Малюнок 2.13 Схеми включення світлодіода
Раніше резистори називалися опорами, це якраз їхня фізична властивість. Щоб не плутати деталь із її властивістю опору перейменували на резистори.
Опір, як властивість властиве всім провідникам, і характеризується питомим опором та лінійними розмірами провідника. Ну, приблизно так само, як у механіці питома вага та обсяг.
Формула для підрахунку опору провідника: R = ρ*L/S, де питомий опір матеріалу, L довжина в метрах, S площа перерізу мм2. Неважко побачити, що чим довше і тонше провід, тим більший опір.
Можна подумати, що опір не найкраща властивість провідників, ну просто перешкоджає проходженню струму. Але в ряді випадків ця перешкода є корисною. Справа в тому, що при проходженні струму через провідник на ньому виділяється теплова потужність P = I2 * R. Тут P, I, R відповідно потужність, струм та опір. Ця потужність використовується в різних нагрівальних приладах та лампах розжарювання.