Лекция 7.Тиристоры

Тиристор – это как минимум четырехслойная полупроводниковая структура, состоящая из полупроводников n-типа и р-типа. Вывод от внешнего проводника n-типа называют катодом (К), вывод от внешнего проводника р-типа – анодом (А), вывод от внутреннего проводника р-типа – управляющим электродом (УЭ). Структура полупроводникового тиристора и его условное графическое обозначение показаны на рис.1.

Классификация тиристоров:

- по управлению: неуправляемые, управляемые;

- по запиранию: незапираемые, запираемые.

- по типу (области применения): диодные (динисторы), низкочастотные, лавинные, высокочастотные, быстродействующие, симметричные, оптронные, силовые модули.

Маркировка тиристоров:

- разработанных после 1964 г.: состоит из четырех элементов: первый – буква или цифра, обозначающая материал (Г или 1 – германий, К или 2 – кремний); второй – буква, определяющее управляемость (Н – неуправляемые, У - управляемые; третий – группу мощности, четвертый - разновидность данного тиристора.

Маркировка тиристоров:

- разработанных после 1979 г.: состоит из пяти элементов: первый – буква, обозначающая тип прибора (Д – диод, Т – тиристор); второй – буква, определяющее область применения (С – симистор, Ч – высокочастотный,

Б – быстродействующий, О – оптронный, Л – лавинный, М – силовой модуль), третий – конструктивный типоразмер из трех цифр (первая цифра – порядковый номер модификации, вторая цифра – конструктивный размер от 0 до 9, третья цифра – конструктивное исполнение: 0 – бескорпусное, 1 – штыревое с гибким выводом, 2 – штыревое с жестким выводом, 3 – таблеточное), четвертый – номинальный ток, пятый – класс напряжения.

Неуправляемый тиристор (динистор) представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру, показанную на рис.1.

В ольтамперная характеристика (ВАХ) динистора показана на рис.2. ВАХ состоит их двух ветвей: прямая ветвь расположена в первом квадранте, обратная ветвь – в третьем квадранте.

На прямой ветви ВАХ можно выделить три характерных участка:

• Участок 0А: 0 ≤ U ≤ U_макс , I~0, динистор закрыт.

• Участок АВ: U > U_макс , 0 < I < Iуд, динистор начинает открываться.

• Участок ВС: : U₀ ≤ U ≤ U_макс , I > Iуд, динистор открыт.

На обратной ветви ВАХ можно выделить два участка:

• Участок 1: U_пр < U < 0, I~0, динистор закрыт.

• Участок 2: U < U_пр , I < 0, ток динистора резко увеличивается, что чревато выходом полупроводниковой структуры из строя.

Динисторы используются в качестве релейных элементов в схемах контроля и защиты, приемников излучения в оптоэлектронных парах, в устройствах автоматики.

Марки некоторых маломощных динисторов указаны в табл.1.

Основные данные динисторов. Таблица 1.

Марка	Максимальный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
КН102И	0,2	50	1,5	Динистор	-40…+60	10000
КН102Ж	0,2	30	1,5	Динистор	-40…+60	10000

Н езапираемый тиристор (однооперационный тиристор, тринистор) представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру, показанную на рис.3.

Под действием внешнего напряжения полупроводниковый тиристор может находиться в двух состояниях: открытом (проводящем), когда напряжение приложено в прямом направлении (плюс на аноде, минус на катоде), а на управляющий электрод подано напряжение управления (плюс на УЭ, минус на катоде); и закрытом (непроводящем), когда напряжение приложено в обратном направлении (плюс на катоде, минус на аноде). Вольтамперная характеристика (ВАХ) тиристора показана на рис.4. В настоящее время в качестве основного материала для тиристора выступает кремний. ВАХ имеет прямую ветвь (тиристор находится в проводящем состоянии, где его сопротивление составляет порядка 1,0…1,5 Ом) и обратную ветвь (тиристор находится в непроводящем состоянии, где его сопротивление составляет сотни кОм).

Условия нахождения тиристора в проводящем состоянии:

U₀ ≤ U ≤ U_макс и I > Iуд.

Условия нахождения тиристора в запертом состоянии:

I < Iуд или U_пр < U < 0.

Тиристоры, также как выпрямительные диоды, выбираются по величине среднего прямого тока I_ср и допустимому обратному напряжению U_обр = (0,6…0,7)U_пр .

Марки некоторых тиристоров указаны в табл.2.

Основные данные однооперационных тиристоров. Таблица 2.

Марка	Максима-льный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряже- ния, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
КУ201Л	2	300	2	и.тиристор	-60…+100	4000
КУ202Н	10	400	2	и.тиристор	-25…+55	4000
КУ208Г	5	400	2	и.тиристор	-55…+70	4000
Т112-16	16	100-1200	1,2	н/ч тиристор	-60…+125	500
Т253-1250	1250	400-1200	1,0	н/ч тиристор	-60…+125	500
МТТ160	160	400-1600	1,1	два тиристора	-60…+125	500

Пример обозначения тиристора: Т132-50-7 (50 – средний ток в амперах, 7 – максимальное напряжение в сотнях вольт).

Симметричный тиристор (симистор) представляет собой двойную четырехслойную полупроводниковую структуру, показанную на рис.5.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) симистора показана на рис.6. ВАХ имеет одинаковые формы прямой и обратной ветвей.

Марки некоторых симисторов указаны в табл.3.

Основные данные симисторов. Таблица 3.

Марка	Максима-льный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
ТС112-10	10	100-1200	1,3	симистор	-60…+125	500
ТС171-250	250	200-1200	0,8	симистор	-60…+110	500

Оптический тиристор (оптотиристор) представляет собой полупроводниковую структуру, показанную на рис.7 и сочетающую в одном корпусе светодиод и управляемый световым потоком динистор.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) оптотиристора аналогична ВАХ однооперационного тиристора (рис.4).

Марки некоторых оптотиристоров указаны в табл.4.

Основные данные оптотиристоров. Таблица 4.

Марка	Максима-льный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
ТО142-80	80	600-1200	1,1	оптотиристор	-40…+100	500
МТОТО160	160	400-1600	1,1	Пара опто-тиристоров	-50…+100	500

Специальные тиристоры (быстродействующие, лавинные, тиристор-диоды) представляют собой группу силовых полупроводниковых приборов с улучшенными характеристиками (см. табл.5).

Быстродействующие тиристоры (ТБ) имеют время включения не более 4 мкс и время выключения не более 63 мкс.

Лавинные тиристоры (ТЛ) обладают повышенной устойчивостью к резкому нарастанию напряжения и тока через тиристор.

Тиристор-диоды (ТД) допускают работу в обратном направлении в качестве диода.

Основные данные специальных тиристоров. Таблица 5.

Марка	Максима-льный ток, А	Максимальное напряжение, В	Прямое падение напряжения, В	Тип прибора	Диапазон температур,0С	Частота, Гц
ТБ151-50	50	500-1200	1,4	б/д тиристор	-60…+125	10000
ТЛ171-320	320	500-1100	0,9	Лавинный тиристор	-60…+140	500
ТДЧ153-400/160	400/160	600-1600	1,2	Тиристор-диод	-60…+125	1000