5. Особенности работы и параметры тиристоров

Импульсный режим работы. В аппаратуре связи тиристоры находят широкое применение как переключающие устройства, ра­ботающие в импульсном режиме. Важнейшей характеристикой работы тиристора в этом режиме является время включения и выключения. Время включения t_ВКл определяется как промежуток времени между моментом подачи управляющего импульса и мо­ментом достижения током тиристора значения I = 0,9I_m (рис. 13). Время включения состоит из двух промежутков: времени задерж­ки t₃ и времени нарастания t_нар.

Время t_з определяется от момента подачи импульса управле­ния до момента, при котором I = 0,1I_m. Время задержки опреде­ляется для условного транзистора NРN тем промежутком, кото­рый требуется для диффузии электронов из N - эмиттера через Р - базу до коллекторного РN - перехода. Время нарастания связано с инерционностью процесса накопления неравновесных зарядов в базовых областях. Для уменьшения времени t_Вкл необходимо су-. жать базовые области тиристора. Однако это снизит и напряже­ние U_{а вкл}.

Время выключения - промежуток времени от момента, когда ток тиристора достиг нулевого уровня до момента восстановления запирающей способности тиристора. При подаче на тиристор за­пирающего обратного напряжения в цепи тиристора протекает некоторое время ток обратного направления. Это происходит в те­чение времени, которое требуется для рассасывания зарядов, на­копленных в среднем РN - переходе. Избыточные электроны из сред­него N - слоя рассасываются в средний Р - слой за счет диффузии и рекомбинации; аналогично избыточные дырки из среднего Р - слоя рассасываются в среднем N - слое. Этим объясняется появление обратного тока в цепи тиристора. Следует отметить, что даже после того, как обратный ток достигнет своего установившегося значения и тиристор восстановит свою запирающую способность, в среднем РN - переходе еще некоторое время сохраняются избы­точ- ные заряды. В этом случае при повторной подаче напряжения тиристор открывается при меньших прямых напряжениях, так как для отпирания его потребуется меньшее накопление новых избы­точных зарядов.

Время выключения тиристора обычно больше времени вклю­чения. Время включения и особенно время выключения опреде­ляют частотные свойства тиристора. В настоящее время созданы высокочастотные типы тиристоров, обеспечивающие время вклю­чения в сотни наносекунд, а время выключения до единиц микро­секунд. Это достигается за счет уменьшения толщины областей, а также путем создания ускоряющего электрического поля внутри более широкой внутренней области.

Рис. 13. Импульсы тока тиристора

Влияние температуры на работу тиристоров. Повышение тем­пературы окружающей среды приводит к увеличению обратного тока тиристора, а также к увеличению коэффициентов передачи токов α₁ и α₂. Это означает, что включение будет происходить при меньших значениях управляющих токов. С ростом температуры снижается допустимая мощность рассеивания и допустимое обрат­ное напряжение.

Параметры тиристора. Система параметров тиристоров состоит из параметров, связанных с процессами включения и выключения и импульсной работы, а также из предельно допустимых пара­метров.

Напряжение включения U_авкл и удерживающий ток I_уд были рассмотрены выше. Для тринисторов параметром включения яв­ляется I_упрвкл - минимальное значение постоянного тока управ­ляющего электрода, которое обеспечивает переключение тиристо­ра из закрытого состояния в открытое при определенном режиме в основной цепи. Току I_упрвкл соответствует отпирающее напря­жение на управляющем электроде U_упрвкл. Параметры тиристора для импульсного режима работы также были рассмотрены выше.

К предельным параметрам тиристора относятся: I_ПР.MAX - мак­симально допустимое среднее значение тока за период.

Тиристоры малой и средней мощности рассчитаны на токи до 10 А, существуют силовые транзисторы большей мощности, у ко­торых I_ПР.MAX составляет 1000 А и больше; Р_mах - максимально допустимая мощность, рассеиваемая на тиристоре; U_обрmах - мак­симально допустимое обратное напряжение.

Маркировка тиристоров. Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал К или 2 - кремний. Второй элемент (буква) указывает класс прибора: Н -динистор, У - тринисторы. Третий элемент - трехзначное число. Динисторы и тринисторы с прямым током до 0,3 А: 101-199, до 10 А: 201 -299, симметричные тиристоры с токами до 0,3: 501-599, до 10 А: 601- 699. Четвертый элемент (буква) указывает на раз­личия тиристора внутри данного типа по одному или нескольким параметрам. Например, КУ-203А - тринистор с током I_прmах до 10 А.