Уређај и параметри тиристора

Тиристор је полупроводнички уређај са три (или више) п-н споја, чија струјно-напонска карактеристика има негативан диференцијални отпор и који се користи за пребацивање у електричним колима.

Најједноставнији тиристор са два излаза је диодни тиристор (динистор). Триодни тиристор (СЦР) додатно има и трећу (контролну) електроду. И диодни и триодни тиристори имају четворослојну структуру са три п–н споја (слика 1).

Крајње области п1 и н2 називају се анода, односно катода, контролна електрода је повезана са једним од средњих области п2 или н1. П1, П2, П3- прелази између п- и н-области.

Извор Е спољашњег напона напајања је повезан на аноду са позитивним полом у односу на катоду. Ако је струја Иу кроз контролну електроду триодног тиристора нула, његов рад се не разликује од рада диоде. У неким случајевима, погодно је представити тиристор као коло еквивалентно два транзистора, користећи транзисторе са различитим врстама електричне проводљивости п-н-п и н-Р-н (слика 1, б).

Шипак. 1.Структура (а) и двотранзисторско еквивалентно коло (б) триодног тиристора

Као што се види са сл. 1, б, прелаз П2 је заједнички колекторски прелаз два транзистора у еквивалентном колу, а прелази П1 и П3 су емитерски спојеви. Како напредни напон Упр расте (што се постиже повећањем емф извора напајања Е), тиристорска струја лагано расте све док се напон Упр не приближи одређеној критичној вредности пробојног напона, једнаком напону укључивања Уин (сл. . 2).

Пиринач. 2. Струјно-напонске карактеристике и конвенционална ознака триодног тиристора

Са даљим повећањем напона Упр под утицајем растућег електричног поља у прелазу П2, примећује се нагло повећање броја носилаца наелектрисања насталих као резултат ударне јонизације приликом судара носача наелектрисања са атомима. Као резултат, струја споја се брзо повећава како електрони из н2 слоја и рупе из п1 слоја јуре у п2 и н1 слојеве и засићују их мањинским носиоцима наелектрисања. Са даљим повећањем ЕМФ извора Е или смањењем отпора отпорника Р, струја у уређају се повећава у складу са вертикалним пресеком И — В карактеристике (слика 2)

Минимална предња струја при којој тиристор остаје укључен назива се струја задржавања Исп. Када се права струја смањи на вредност Ипр <Исп (силазна грана И — В карактеристике на слици 2), високи отпор везе се обнавља и тиристор се искључује. Време опоравка отпора п — н споја је типично 1 — 100 µс.

Напон Уин при којем почиње повећање струје налик лавини може се смањити даљим увођењем мањинских носилаца наелектрисања у сваки од слојева који су суседни П2 споју. Ови додатни носиоци наелектрисања повећавају број деловања јонизације у П2 п-н споју и стога се напон укључивања Уинцл смањује.

Додатни носиоци наелектрисања у триодном тиристору приказаном на сл. 1, уводе се у слој п2 помоћу помоћног кола напајаног из независног извора напона. У којој мери се напон укључивања смањује како се контролна струја повећава, приказано је фамилијом кривих на Сл. 2.

Прелазећи у отворено (укључено) стање, тиристор се не искључује чак ни када се управљачка струја Ии смањи на нулу. Тиристор се може искључити или спуштањем спољашњег напона на одређену минималну вредност, при којој струја постаје мања од струје задржавања, или довођењем негативног струјног импулса у коло контролне електроде, чија вредност, међутим, , сразмерно је вредности струје прекидача унапред Ипр.

Важан параметар триодног тиристора је контролна струја откључавања Иу он — струја контролне електроде, која обезбеђује пребацивање тиристора у отвореном стању. Вредност ове струје достиже неколико стотина милиампера.

Шипак. 2 може се видети да када се на тиристор примени обрнути напон, у њему се јавља мала струја, пошто су у овом случају прелази П1 и П3 затворени. Да би се избегло оштећење тиристора у обрнутом смеру (што доводи тиристор ван рада због термичког слома хода), реверзни напон је потребан да буде мањи од Урев.мак.

У симетричним диодним и триодним тиристорима, инверзна И — В карактеристика се поклапа са предњом. Ово се постиже антипаралелним повезивањем две идентичне четворослојне структуре или коришћењем посебних петослојних структура са четири п-н споја.

Пиринач. 3. Структура симетричног тиристора (а), његов шематски приказ (б) и струјно-напонска карактеристика (ц)

Тренутно се тиристори производе за струје до 3000 А и напоне укључивања до 6000 В.

Главни недостаци већине тиристора су непотпуна управљивост (тиристор се не искључује након уклањања контролног сигнала) и релативно мала брзина (десетине микросекунди). Међутим, недавно су створени тиристори код којих је уклоњен први недостатак (тиристори за закључавање се могу искључити помоћу контролне струје).

Потапов Л.А.