5.2. Принцип работы тринистора
Триодные тиристоры (тринисторы), имеют структуру, идентичную изображенной на рис. 5.1, но отличаются от динисторов наличием управляющего электрода (УЭ), контакт которого установлен на одной из баз, например, на базе p2 (рис. 5.3).
Напряжение между анодом и катодом подается от источника постоянного напряжения Uп. Переменный резистор Rогр служит для установки различных значений анодного тока IA через открытый тиристор. На управляющий электрод УЭ, связанный с базой p-типа (в данном случае вблизи катода), может подаваться положительный потенциал от дополнительного источника Еу; переменный резистор Rу служит для регулировки величины управляющего тока.
Рис. 5.3. Структура и схема подключения тринистора
При положительном потенциале анода эмиттерные p-n-переходы П1 и П2 включены в прямом направлении, коллекторный П3 в обратном.
При отсутствии управляющего тока (Iу = 0) все процессы, протекающие в тринисторе, идентичны процессам, происходящим в динисторе, в частности, при значительных напряжениях Uвкл тринистор переключается из закрытого состояния в открытое аналогично процессу, изложенному выше (рис. 5.2, б; рис. 5.4, а).
Рассмотрим механизм включения тиристора с помощью управляющего тока Iу (рис. 5.3). Как было отмечено выше, процесс включения динистора связан со спонтанным переключением p-n-перехода П3 и объясняется накоплением вблизи границ инжектированных зарядов (электронов и дырок), перешедших из соответствующих баз.
Как интенсифицировать, ускорить и управлять данным процессом? Очевидно, необходимо дополнительно подать между объемами в области точек C и D (рис. 5.3) такую разность потенциалов, чтобы p-n-переход П3 включился в прямом направлении (в необходимый момент времени), другими словами, необходимо уменьшить внутреннее поле Е p-n-перехода П3. Очевидно, это легко сделать, подавая, например, на область р2 (объем в области точки D) положительный потенциал от управляющего электрода, т.е. реализовать управление по катоду. Легко понять, что идентичный результат будет получен, если управляющий электрод установить на область n1 и подать на УЭ отрицательный потенциал (управление по аноду).
Другими словами, если в необходимый момент времени на управляющий электрод (рис. 5.3) подан (импульсно) положительный потенциал, то в цепи управления начинает протекать кратковременный ток Iуi. Возрастание положительного потенциала p2-базы тиристора приводит к ускоренному открытию p-n-перехода П3, и, соответственно, переключению тринистора в открытое состояние.
а) б)
Рис. 5.4. ВАХ (а) и управляющая (б) характеристика тринистора
По мере увеличения тока управления Iуi процесс переключения, очевидно, происходит при все меньших напряжениях Uвклi, чем значение Uвкл,. характеризующее неуправляемый тиристор (рис. 5.4, а). Управляющая характеристика тринистора Uвкл(Iу) (зависимость напряжения включения Uвкл от величины управляющего тока Iу), приведена на рис. 5.4, б. Видно, что напряжение включения Uвкл нелинейно уменьшается по мере роста тока управления Iу, составляющего обычно единицы-десятки миллиампер.
Таким образом, тиристор переходит в открытое состояние; при этом p-n-переход П3 полностью переключен в прямом направлении; дальнейшее возрастание напряжения приводит к резкому увеличению анодного тока в соответствии с характеристикой, представленной на рис. 5.2, б, 5.4, а).
Отметим, что после включения тиристора, роль управляющего тока уже не важна, и именно поэтому импульс управляющего тока Iу должен быть кратковременным лишь в тот момент времени, когда необходимо включить тиристор.
Выключение тринистора, аналогично динистору, может быть произведено перечисленными выше способами. Дополнительно, выключение тринистора возможно также путем подачи напряжения (соответствующего знака) на управляющий электрод или изменения направления тока управления. Например, при подаче отрицательного потенциала на УЭ (рис. 5.3) происходит экстракция (вывод) неравновесных носителей (дырок) из р2-базы, и потенциальный барьер на коллекторном p-n-переходе П3 вновь возрастает, а тиристор "запирается" и ток через него прекращается.