Классификация тиристоров

• тиристор диодный (доп. название "динистор") - тиристор, имеющий два вывода

  • тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении

  • тиристор диодный, проводящий в обратном направлении

  • тиристор диодный симметричный (доп. название "диак")

• тиристор триодный (доп. название "тринистор") - тиристор, имеющий три вывода

  • тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название "тиристор")

  • тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название "тиристор-диод")

  • тиристор триодный симметричный (иначе отечественное название "симистор", название в США - "триак"^[5])

  • тиристор триодный асимметричный

  • запираемый тиристор (доп. название "тиристор триодный выключаемый")

Ранее тиристоры в отечественной литературе назывались "управляемыми диодами".

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике (ВАХ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

• Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения V_BO – Breakover voltage.

• Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (V_BO или U_вкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.

• Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током I_max, который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (V_BO) составляет  32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении (“+” к катоду, а “-” к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

 

Рис. 4.2. Условные обозначения тиристоров: а – динистора; б – однооперационного  тиристора; в – двухоперационного тиристора; г – симистора

18. Устройство, принцип работы, обозначения диодных и триодных тиристоров . Приборы с четырехслойной структурой р-п-р-п представляют собой один из видов многочисленного семейства полупроводниковых приборов, свой­ства которых определяются наличием в толще полупроводниковой пластины смежных слоев с различными типами проводимости. Основу такого прибора со­ставляет кремниевая пластина, имеющая четырехслойную структуру, в которой чередуются слои с дырочной р и электронной n проводимостями (рис. l.a) Эти четыре слоя образуют три р-пперехода J1,J2, J3. Выводы в приборах с че- тырехслойной структурой делаются от двух крайних областей (р и n), а в боль­шинстве приборов - и от внутренней областир.  К райнюю область р структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом A , крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника,-катодом К, а вывод от внутренней области р-управляющим электродом УЭ. Естественно, что для полупроводникового прибора такие определения носят ус­ловный характер, однако они получили широкое распространение по аналогии с тиратронами и ими удобно пользоваться при описании схем с этими приборами.  Согласно ГОСТ 15133-77 все переключающие полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми состояниями, имеющие три или более р-п перехода, на  Рис.. Схематическое устройство полупроводникового прибора с четырехслой- ной структурой (а), представление его в виде двухтранзисторной схемы (б, в)  зываются тиристорами. Приборы с двумя выводами (анод и катод) назы­ваются диодными тиристорами или динисторами, а приборы с тремя выводами (анод, катод, управляющий электрод) - т р и о д н ы м и - тристорами или тринисторами.  Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой может быть мо­делирован комбинацией двух обычных транзисторов с различными типами про­водимости (рис. 1.б.в); VT1 со структурой p-n-pi и VT2 со структурой п-р-п. У транзистора VT1 переход J1 является эмиттерным, а переход J2 коллекторным, у транзистора УТ2эмиттерным служит переход J3, а коллекторным J2, таким образом, оба транзистора имеют общий коллекторный переход J2 (рис. 1.б). Крайние области четырехслойной полупроводниковой структуры являются эмит­терами, а внутренние-базами и коллекторами составляющих транзисторов VT1 и VT2.  База и коллектор транзистора VT` соединяются соответственно с коллекто­ром и базой транзистора VT2, образуя цепь внутренней положительной обратной связи (рис. 1.б.в). Действительно, из рис. l.в видно, что коллекторный ток Ik1 транзистора VT1 одновременно является базовым током Iб2, отпирающим тран­зистор VT2, а коллекторный ток Ik2 последнего-базовым током Iб1, отпирающим трамзистор VT1, т. е. база каждого транзистора питается коллек­торным током другого транзистора. 

Правило 1. Для того чтобы тиристор (триак) перевести в открытое состояние: ток затвора Е I_GT необходимо подавать до достижения тока нагрузки Е I_L. Эти условия должны выполняться при минимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.

Правило 2. Для переключения тиристора , ток нагрузки должен быть < I_H (ниже значения тока удержания ) в течение достаточного времени позволяющего вернуться к состоянию отсутствия проводимости. Это условие должно быть выполнено при самой высокой ожидаемой рабочей температуре перехода.

19. Оптоэлектроника

Оптоэлектроника — раздел электроники, связанный с преобразованием электромагнитного излучения оптического диапазона вэлектрический ток и обратно.

Приборы оптоэлектроники:

1. Для преобразования света в электрический ток — фото-сопротивления (фоторезисторы), фотодиоды (pin, лавинный),фототранзисторы, фототиристоры, пироэлектрические приёмники, приборы с зарядовой связью (ПЗС), фотоэлектронные умножители (ФЭУ).

2. Для преобразования тока в световое излучение — различного рода лампы накаливания, электролюминесцентные индикаторы, полупроводниковые светодиоды и лазеры (газовые, твердотельные, полупроводниковые).

3. Для изоляции электрических цепей (последовательного преобразования «ток-свет-ток») служат отдельные устройства оптоэлектроники — оптопары — резисторные, диодные, транзисторные, тиристорные, оптопары на одно-переходных фототранзисторах и оптопары с открытым оптическим каналом.

4. Для применения в различных электронных устройствах служат оптоэлектронные интегральные схемы — интегральные микросхемы, в которых осуществляется оптическая связь между отдельными узлами или компонентами с целью изоляции их друг от друга (гальванической развязки).

В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). При этом изменяется проводимость вещества или возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы.

Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим основным:

– поглощение света и фотопроводимость;

– фотоэффект в p-n переходе;

– электролюминесценция;

– стимулированное когерентное излучение.

20. Фотодио́д — приёмник оптического излучения^[1], который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд иЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.