59. Структура, принцип работы тиристора и вольт-амперная и пусковая харак-ки.

Тиристоры-ключевой полупроводниковый прибор, имеющий 3 или более p-n переходов, обладающий лишь 2-мя устойчивыми состояниями.

1) низкой проводимости – тиристор закрыт или выключен;

2) высокой проводимости – открыт или включен.

Разработаны первые образцы – в конце 50-ых годов. В тиристорах вводится 3-й слой, так называемый «управляющий» электрод, который присоед-ся к тонкой базе.

Рис. 16.1. Токи в структуре тиристора

- внешнее сопротивление для ограничения тока управления.

- источник управляющего напряжения. При все процессы в тиристоре точно такие же, как и в динисторе, такая же и ВАХ.

Рис. 16.2. ВАХ тиристора при прямом смещении.

При он вводит в базу p₂ дырки, которые подсмещают J₃ в прямом направлении. В результате J₃ увеличивает инжекцию электронов и ток возрастает. Часть из инжектированных электронов идёт на компенсацию дырок тока управления, а большая часть доходит до J₂ и увеличивает его ток. Это вызывает увеличение и так далее. Полный ток через переход J₂ оказывается равен .

С другой стороны ; . , таким образом в анодном токе тиристора появл-ся доп-ая составляющая .

Это, во-первых, приводит к увел-ю начального тока тиристора. Во-вторых, уже на начальном участке ВАХ за счёт протекания доп-ого тока через переход J₃ начальное значение оказыв-ся повышенным (так как увел-ся ). Поэтому равенство выполн-ся при меньшем , то есть тиристор перекл-ся при меньшем напряжении. При некотором начальное стремится к 1. Поэтому равенство выполн-ся сразу же после начального увеличения , то есть токи и сразу же смещают J₂ в прямом направлении. Участок закр-ого состояния тиристора на прямой ВАХ исчезает. Харак-ка прибл-ся к ВАХ прямой ветви p-n перехода. Набл-ся так называемое спрямление ВАХ тиристора. Соответствующий этому режиму ток называют током управления спрямления ВАХ - .

Положительный ток влияет и на обратную ВАХ тиристора. Как было показано, при обратном напряжении переходы J₁ и J₃ смещаются в обратном направлении, а J₂ – в прямом. Полож-ый , вводя в базу p₂ дырки, ещё больше смещает J₂ в прямом направлении. В результате J₂ инжектирует дырки в базу n₁, а электроны в базу p_2­. Эти носители явл-ся в этих областях неосновными неравновесными носителями, увеличивающими обратные токи запертных переходов J₁ и J₃ , а следовательно и обратный ток через структуру.

Рис. 16.3. ВАХ тиристора при обратном смещении.

может быть не только полож-ый, но и отриц-ый. Входная цепь в этом случае имеет вид.

Рис. 16.4. Отрицательный ток управления тиристора (прямое анодное напряжение, тиристор закрыт)

Пусть - прямое напряжение, а тиристор находится в закрытом состоянии. При этом J₁ – открыт, J₂ – закрыт. При переход J₂ тоже открыт. Но в этой схеме источник запирает эмиттерный переход J₃, а ток отводит дырки из базы p₂. При закрытом J₃ тиристорная струк-ра превращается в транзистор p₁-n₁-p₂ типа со свободной базой n₁. Этот транзистор включён последовательно с и пит-сяя напряжением .

При малых ток управления будет отводить весь ток из базы p₂ и этот ток будет определяться как сквозной ток p₁-n₁-p₂ транзистора в схеме со свободной базой. То есть в этом случае: . При этом запирающее напряжение на эмиттерном переходе . С ростом ток будет увел-ся за счёт роста тока и , при этом будет умень-ся. При этом рабочая точка обычно заходит на участок пробоя коллекторного перехода J₂, где и резко увел-ся при приближении к . При некотором ; и при дальнейшем увеличении падение напряжения на превышает и эмиттерный переход J₃ – открыв-ся, появл-ся сильная полож-ая обратная связь между внутренними токами структуры. Тиристор вкл-ся. Чем больше отриц-ое , тем больший ток необходим для его компенсации, тем сильнее должно быть лавинное умножение в переходе J₂, то есть тем больше при котором отпирается тиристор.

Рис. 16.5. Влияние отрицательного тока управления на прямую ВАХ тиристора.

На обратную ветвь ВАХ почти не влияет, так как J₁ и J₃ уже заперты анодным напряжением, и приводит лишь к большему запиранию J₃. Пусковая характеристика тиристора

Возможны два вида пусковой характеристики:

1. Если в тиристоре и - сильно зависят от тока в области малых токов, то уже при тиристор перекл-ся при . В этом случае ток - сильно влияет на величину и быстро умень-ся с ростом – кривая 1 на рис. 16.5. Для увеличения до необходимо подавать . Как уже отмечалось, такие приборы имеют мало воспроизводимые и сильную зависимость этого напряжения от температуры.

Рис. 16.6. Пусковая характеристика тиристора.

2. В реальных тиристорах в области малых токов и - слабо зависят от тока, поэтому переключение тиристора при возможно лишь за счёт лавинного умножения в коллекторном переходе. Условие переключения: . При и при токах , то есть переключении возможно лишь при , а значит, когда . Поэтому при начальном увел-ии и хотя и увел-ся и переключение происходит при меньшем токе , но остаётся равным .

Рис. 16.7. ВАХ тиристора при прямом смещении.

Необходим повышенный ток управления, при котором сумма , то есть переключение происходит при . Обозначим этот ток как . При дальнейшем увеличении : , - начинает резко зависеть от тока и резко уменьшается – кривая 2 на рис.16.5.