4.12. Тиристоры

а) б)

Рис. 4.34. Условное графическое изображение тиристора: а) схематическое; б) функциональное

Тиристоры – это электрически управляемые элементы, особенностью которых является работа только в ключевом режиме. Наиболее предпочтительным является применение тиристоров в силовых регуляторах переменного напряжения. В силу низкого быстродействия и сложной схемы управления в информационной электронике тиристоры практически не применяются. В силовой электронике они тоже заменяются более простыми в управлении МДП-транзисторами. Схематическое устройство тиристора изображено на рис. 4.34 и функционально может быть представлено в виде соединенных в кольцо двух транзисторов р-п-р- и п-р-п-типа.

Если между анодом (А) и катодом (К) приложено положительное напряжение, то обе транзисторные структуры оказываются в активном усилительном режиме. Транзисторы соединены так, что ток коллектора одного из них является током базы другого, и наоборот. Благодаря усилительным свойствам даже кратковременное задание тока базы одному транзистору через управляющий элемент (УЭ) приводит к лавинообразному нарастанию тока в этой кольцевой структуре. В результате оба транзистора оказываются в насыщении, а сопротивление участка анод-катод снижается до минимально возможной величины. Войдя в насыщение, транзисторы теряют усилительные свойства и теряют управляемость – запереть их воздействием на УЭ невозможно.

Запирание транзистора теперь возможно только за счет смены полярности напряжения анод-катод на противоположную. При знакопеременном источнике отключение происходит автоматически каждую отрицательную полуволну.

Поэтому наиболее удобно использовать тиристор в качестве регулято-ров знакопеременного напряжения промышленной сети.

На рис. 4.35 приведена схема тиристорного регулятора и временные диаграммы, поясняющие процесс регулировки количества энергии в нагрузке за счет изменения временного положения импульса тока управления.

Д ля регулирования в течение каждой полуволны знакопеременного ис

точника применяются симисторы (симметричные тиристоры), конструкция которых в упрощенном варианте представляет встречно-параллельное соединение двух тиристоров с общим управляющим электродом.

Импульсный характер тока управления тиристора обеспечивает низкое среднее значение мощности управления, но МДП-структуры и по этому параметру превосходят тиристоры.

Основные результаты 4 главы

Управляемые (усилительные) элементы составляют основу современной электронной техники. Основными параметрами для них являются: крутизна управления, мощность, потребляемая в цепи управления, быстродействие, электрическая прочность (допустимые токи, напряжения). Выбор конкретного типа управляющего элемента (биполярного или полевого транзистора, тиристора) зависит от многих факторов, и его обоснованность базируется на достаточно глубоком понимании особенности физических процессов в каждом элементе.

Биполярные и полевые транзисторы являются многофункциональными. Их можно использовать для построения линейных усилительных устройств, ключевых элементов с огромной скоростью переключения, аналоговых коммутаторов, мощных регуляторов. Тиристоры, работающие только в ключевом режиме и обладающие низкой скоростью переключения, используются в мощных регуляторах на частоте до нескольких десятков килогерц.

Функциональная зависимость вход-выход всех управляемых элементов носит ярко выраженный нелинейный характер, поэтому параметры их линеаризованных моделей очень сильно зависят от режима покоя, оптимальный выбор которого является достаточно сложной инженерной задачей.

Надежная работа управляемых элементов достигается только при изменении выходного тока и напряжения в границах области безопасной работы (ОБР), которая обязательно приводится в справочных данных.