2.3. Тиристоры

Тиристоры — это полупроводниковые приборы с тремя (и более) РN-переходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные ключи.

Диодные тиристоры (динисторы) имеют два вывода, от крайних чередующихся Р- и N-областей (рис. 16, а).

Рис. 16. Тиристор диодный (а), его условное обозначение (б), эквивалентная схема (в) и вольт-амперные характеристики (г)

Вывод соединенный с крайней Р-областью, называется анодом, а с крайней N-областью— катодом. Внешнее напряжение U является прямым по отношению к переходам П₁ и П₃ и обратным для перехода П₂, поэтому переходы П₁ и П₃ открыты (подобно открытым диодам), а переход П₂ заперт. В результате напряжение U почти целиком приложено к П₂ и через тиристор протекает лишь небольшой ток, являющийся обратным током I_o РN-перехода (ср. рис. 7, а).

С увеличением напряжения ток через тиристор несколько возрастает (участок ОВ характеристики на рис. 16, г), а при достижении напряжением, приложенным между анодом и катодом, значения U_вкл лавинообразно увеличивается, ограничиваясь только сопротивлением нагрузки. Поясним этот процесс.

Тиристор можно представить как два биполярных транзистора (рис. 16, в) T₁ (РNР-типа) и Т₂ (NРN-типа). Небольшое приращение тока ΔI_Э1 =ΔI вызывает (как в обычном транзисторе) приращение тока коллектора ΔI_К1, который, поступая в базу транзистора Т₂, вызывает приращение его коллекторного тока ΔI_K2 =ΔI_Б2₂= ΔI_К1₂, где ₂ — коэффициент передачи тока Т₂. Но ток коллектора второго транзистора, как показано на схеме, является базовым для первого (ΔI_K2 =ΔI_Б1), поэтому ток I_К1 в свою очередь увеличивается:

Рис. 17. Тиристоры триодные: управляемый по катоду (а); по аноду (б) и их вольт-амперные характеристики (в)

Этот процесс соответствует участку ВС вольт-амперной характеристики с отрицательным сопротивлением и переводит тиристор в открытое состояние, когда он ведет себя как диод в прямом направлении.

Чтобы запереть (погасить) тиристор, необходимо каким-либо образом уменьшить ток I, протекающий через него, до значения, меньшего удерживающего I_уд. Если напряжение U, питающее схему, переменное, то тиристор запирается в отрицательный полупериод, когда ток I достигает нуля, если же оно — постоянное, то для запирания тиристора применяют так называемые схемы гашения.

Перевод тиристора из запертого состояния в открытое можно вызвать не только повышением анодного напряжения, но и кратковременным увеличением тока базы в одном из транзисторов его эквивалентной схемы. Для этого от одной из баз делают вывод — управляющий электрод УЭ (рис. 16, в). Подавая импульс тока управления I_у, можно вызвать лавинообразное увеличение тока при U<U_вкл. Такие тиристоры называют триодными (управляемыми) тиристорами.

Различают тиристоры с управлением по катоду (если УЭ присоединен к базе транзистора Т₂, т. е. ближе к катоду, как показано на рис. 17, а) и с управлением по аноду (если УЭ присоединен к базе транзистора Т₁, как на рис. 17, б). При управлении по катоду на УЭ подается положительный импульс тока относительно катода (эмиттера Т₂), а при управлении по аноду — отрицательный относительно анода (эмиттера Т₁). Характеристики обоих видов управляемых тиристоров примерно одинаковы. Чем больше импульс тока управления, тем меньше напряжение между анодом и катодом, при котором включится тиристор.