3. Вольт - амперная характеристика тиристора

Эта характеристика представляет собой зависимость резуль­тирующего тока I от изменения напряжения, приложенного меж­ду анодом и катодом

I = f (U_A) (рис. 5). На участке ВС резуль­тирующий ток мал. Это объясняется тем, что коллекторный пере­ход П2 находится под обратным напряжением и имеет большое сопротивление. Вольт - амперная характеристика на участке ВС практически отражает зависимость обратного тока коллекторного перехода П2 от обратного напряжения на этом переходе и напо­минает вольт-амперную характеристику полупроводникового диода при обратном включении. В точке С происходит компенсация обратного напряжения на коллекторном переходе, и ток тиристора увеличивается. После этого достаточно небольшого увеличения

Рис. 5. Вольт - амперная характеристи Рис. 6. Условное обозначение

ка тиристора динистора

прямого напряжения, и переход П2 откроется. В этом случае оба транзистора из активного режима перейдут в режим насыщения, при котором оба РN -перехода открыты. В режиме насыщения ток резко увеличивается, а напряжение резко уменьшается. Как из­вестно, дифференциальное сопротивление прибора определяется, как отношение приращения управляемого напряжения к прираще­нию управляемого тока. На участке СА отрицательному прира­щению напряжения соответствует положительное приращение то­ка, т. е.

R = - .

Таким образом, на участке СА тиристор обладает отрицатель­ным сопротивлением. Напоминаем, что подобное явление наблю­дается и в туннельных диодах.

В точке А создается минимальное напряжение на тиристоре, так как все три PN - перехода открыты и их сопротивление очень мало. Характеристика выше точки А напоминает вольт - амперную характеристику полупроводникового диода при прямом включении. Таким образом, на участке подачи прямого напряжения U_а имеются две точки перегиба. Первая точка - С. Напряжение в этой точке называется напряжением включения - прямое напря­жение, при котором происходит переключение тиристора. Вторая точка - А. Ток тиристора в этой точке называется током удер­жания - I_уд, это минимальный прямой ток тиристора, при кото­ром тиристор еще может находиться в открытом состоянии. При уменьшении тока до значения меньше I_уд тиристор переходит из открытого состояния в закрытое. При подаче обратного напря­жения между анодом и катодом переходы П1 и ПЗ оказываются под обратным напряжением, и наблюдается обычная вольт - ампер­ная характеристика полупроводникового диода при обратном включении. Тиристоры, которые были рассмотрены, называются динисторами, так как они имеют два вывода. Условное обозначе­ние показано на рис. 6.

4. Типы тиристоров

Тринисторы. В динисторах включение производится путем уве­личения анодного напряжения до значения U_а≥ U_вкл, при кото­ром ток через прибор резко увеличивается. Это является его боль­шим недостатком, так как включение производится большим напряжением, при протекании в цепи очень больших токов, что свидетельствует о малой эффективности управления. Поэтому динисторы получили малое распространение. Однако включить тиристор можно и другим образом, увеличивая ток только в од­ном из двух эквивалентных транзисторов путем подачи дополни­тельного управляющего напряжения на один из эмиттерных пере­ходов. Такой тиристор является трехэлектродным и называется тринистором (рис.7). На одной из внутренних областей тири­стора делается вывод, на который подается управляющее прямое напряжение. С увеличением управляющего прямого напряжения при неизменном напряжении между анодом и катодом ток соответствующего эмиттерного перехода растет, увеличивается коэф­фициент передачи тока а этого транзистора, и можно добиться, чтобы тиристор открылся при напряжении U_А< U_Авкл. Таким образом, условие α₁ + α₂ =1 выполняется при напряже­ниях U_А< U_Авкл за счет изменения управляющего напряжения. Чем больше I_упр, тем при меньшем напряжении U_а произойдет переключение тиристора (рис.8). Для управления включением требуются незначительные ток и напряжение, то есть управление производится с очень небольшой затратой мощности, но при этом в анодной цепи могут протекать токи в десятки и сотни ампер при напряжениях в тысячи вольт. Таким образом, тринистор является прибором, обладающим очень эффективным управлением.

Следует отметить, что после того как управляющий ток обес­печил отпирание тиристора, дальнейшее управление током за счет изменения управляющего напряжения не происходит. Условное обозначение тринистора показано на рис. 9.

Симметричные тиристоры. В некоторых схемах регулировки пе­ременного тока требуются тиристоры, которые можно включать как в прямом, так и в обратном направлении. Этому требованию отвечают так называемые симметричные тиристоры. Эти тиристо­ры имеют одинаковые вольт-амперные характеристики при раз­личных полярностях приложенного напряжения.

В симметричном тиристоре (рис. 10) имеется пять областей и четыре РN - перехода. Области N3 и Р2 подключены к катоду, а N1 и Р1 — к аноду. При полярности напряжения, указанной на рис. 5.10 плюсом на Р1 и минусом на N3, переходы П2 и П4 на­ходятся под прямым напряжением, а ПЗ — под обратным. РN - переход П1 находится под обратным напряжением, но он зашунтирован сопротивлением области Р1. В результате в цепи включен тиристор с обычной четырехслойной структурой Р1N2Р2NЗ с плюсом напря- жения на крайней области Р1 и минусом на N3.

Рис. 7. Структура тринистора Рис. 8.Вольт- амперные характери

стики тринистора

В такой структуре будут наблюдаться те же процессы, которые были рас­смотрены ранее. При смене полярности - подаче напряжения плюсом на Р2 и минусом на N1 — переходы П1 и ПЗ окажутся под прямым напряжением, а П2 - под обратным. В этом случае переход П4 также окажется под обратным напряжением, но он зашунтирован сопротивлением области Р2. Напомним, что ток идет по пути наименьшего сопротивления, поэтому он проходит через область Р2, а не через очень большое сопротивление пере­хода П4. Таким

образом, и в этом случае получена такая же четырехслойная Р2N2Р1N1, в которой произойдут процессы, характерные для тиристора, включенного под прямое напряжение. Обычно в такой структуре добавляется управляющий электрод, как и в тринисторе. Управляющий симметричный тринистор получил название - триак. Его вольт - амперная характеристика показана на рис. 11, а условное обозначение - на рис. 12.

Рис. 9. Условные обозначения Рис. 10. Условное обозначение

тринистора триака

Рис. 11. Вольт - амперные характе­ристики Рис. 12. Структура

триака симметричного тиристора