2.4.4. Тиристори

Тиристор – це напівпровідниковий пристрій, який має три p-n переходи (рис.2.31, а). Під час прикладення додатної відносно катода напруги перший П1 та третій П3 p-n переходи знаходяться у відкритому стані, а другий П2 –є увімкненим в зустрічному напрямі і є закритим, тому і тиристор в ціломузакритий (рис. 2.31, а). З практичної точки зору тиристор є ключовим елементом для комутації прикладеної напруги до навантаження (рис. 2.31, г). Прикладена від`ємна відносно катода напруга зміщує обидва p-n переходи П1 і П3 в зустрічному напрямку і тиристор в цілому є завжди закритим, аж до досягнення напругою значення напруги пробою U_пр, після чого тиристор виходить з ладу (рис. 2.31, г). В обох вище згадуваних випадках струм навантаження практично є нульовим (рис. 2.31, г). Для відкривання тиристора слід збільшити прикладену напругу до значення напруги вмикання U_вмк (рис.

Р ис. 2.31 – Структурна схема (а), позначення динистора (б) і тиристора (в) та вольт амперна характеристика тиристора

2.31, г), При цьому неосновні носії зарядів, нагромаджені в зонах n₁ та p₂, під дією цієї напруги з великою швидкістю проходять перехід П2, створюючи лавинне помноження нових носіїв зарядів. Цей процес є відновлювальним і не призводить до виходу з ладу тиристора. Якщо у тиристорі немає спеціального керуючого електрода, приєднаного до зони р₂, то він називається динистором або ж діаком. На схемах електричних принципіальних діак позначається як подано на рис. 2.31, б, а тиристор – 2.31, в. У схемі з діаком до досягнення прикладеною напругою U_ж порогового значення U_вмк напруга U_н навантаження практично рівна нулеві, При подальшому ж збільшенні прикладеної напруги U_ж діак вмикається і напруга навантаження стає рівною різниці між прикладеною напругою та напругою вмикання U_н=U_ж-U_вмк. Таким чином, діак може служити пороговим елементом для комутації силових кіл. Змінювати значення напруги U_вмк вмикання можна з допомогою спеціального керуючого електрода, який під`єднується до зони р₂ тиристора (на рис. 2.32, а коло керування показане пунктиром). З цією метою на керуючий електрод необхідно подати відносно катода імпульс керування, внаслідок чого в зону переходу П2 подаються додаткові носії заряду І_кер, що пришвидшує перехід тиристора у відкритий стан (рис. 2.31, г). Кут, який пропорційний часові від моменту подання прямої напруги до моменту переходу тиристора у відкритий стан називається кутом керування тиристора (рис. 2.32, а). Змінюючи значення кута керування тиристора в схемах випрямлячів, можна отримати різні середні значення випрямленої напруги, яка визначатиметься виразом

, (2.63)

де U_d0 – середнє значення випрямленої напруги (U_d0=U_m/π - для напівперіодних випрямлячів; U_d0=2U_m/π – для двопівперіодних випрямлячів).

Р ис. 2.32 - Схема включення тиристорного ключа (а) та часові діаграми (б) його роботи

Кут керування тиристором може змінюватись від 0 до 180⁰. Таким чином з`являється можливість зміни середньої потужності, що виділяється в навантаження, завдяки зміні середнього значення випрямленої напруги (див. (2.63)). Для від`ємних півхвиль тиристор буде завжди замкненим.

Форма випрямленого струму залежить від характеру навантаження – резистивний, індуктивний чи індуктивно-резистивний та, за аналогією до схем діодних випрямлячів, від її конфігурації – напівперіодна, двопівперіодна з нульовою точкою та мостова.

Існує декілька різновидів тиристорів, позначення яких на схемах електричних принципіальних подано на рис. 2.33. У вітчизняній документації

тиристори позначаються буквою Т. Некерований тиристор або динистор є двополюсником (рис.2.33, а); класичний тиристор - триполюсник, який включається зовнішнім керуючим сигналом, а виключається при зменшенні

Р ис. 2.33 – Позначення різних видів тиристорів на схемах електричних принципіальних

анодного струму до певного значення струму вимикання і є вимкненим при від`ємній полярності прикладеної напруги (рис. 2.33, б); тиристори, виключення яких можливе за сигналом керуючого електрода (рис. 2.33, в); ТС – симетричний тиристор (симистор, тріак), який може включатися в провідний стан при обох полярностях прикладеної напруги (рис. 2.33, г); ТП – тиристор, в якому протікає струм при від`ємній полярності (параметри провідного стану не нормуються); ТД – тиристор-діод (рис. 2.33, д) параметри провідного стану нормуються); ТФ – фототиристор, який керується зовнішнім оптичним сигналом (рис. 2.33, е); ТО – оптотиристор, який включається внутрішнім оптичним сигналом – випромінювач і фототиристор являють собою єдине конструктивне ціле (рис. 2.33, ж). Фото- та оптотиристор дуже зручно використовувати в електричних колах з гальванічно розділеними ланками, особливо в силових.