8.9. Симисторы Симисторы представляют собой соединение двух встречно-параллельных n-p-n-p структур, обеспечивающих вах с отрицательным дифференциальным сопротивлением в 1 и 3 квадрантах.
Различают неуправляемый или диодный симистор-диак, а также управляемый симистор или триак.
Т
риак
– это интегральное соединение двух
встречно - параллельных тиристоров. Он
представляет собой трех электродный,
пятислойный прибор, который может
блокировать или проводить ток в любом
направлении при наличии одного
управляющего электрода.
2
Рисунок 8.37 - Базовая структура триака
Рисунок 8.38 - Вольт-амперная характеристика триака
С помощью триака, таким образом можно легко управлять мощностью переменного тока. Базовая структура триака показана на рисунке 8.37. Он состоит из двух тиристоров А и В с общим электродом и управляющим электродом УЭ. Слои металлизации эмиттеров N2 и N4 простираются соответственно на слои Р2 и Р1, так что последние являются одновременно контактами катодного и анодного эмиттеров.
Вольт-амперная характеристика триака (рисунок 8.38) симметрична относительно начала координат. Прибор может работать либо в первом, либо в третьем электрических квадрантах (с положительными выводами 1 и 2).
В любом квадранте триак может включаться и положительным и отрицательным управляющими импульсами. Прибор имеет четыре самостоятельных режима включения с помощью управляющего электрода: первый квадрант с положительным управлением, первый квадрант с отрицательным управлением, третий квадрант с положительным управлением и третий квадрант с отрицательным управлением.
8.9.1. Режимы включения триака
Первый квадрант с отрицательным сигналом управления. В этом режиме вывод 1 имеет отрицательный потенциал относительно вывода 2, управляющий электрод отрицательный потенциал относительно вывода 1. Переход П4 под управляющим электродом, таким образом, смещён в прямом направлении и инжектирует электроны в слой Р2 . Переход П4 ведёт себя как инжектирующий управляющий электрод, т.е. инжектированные электроны движутся в базу N1, вынуждая слой Р1 инжектировать дырки, которые приводят к переключению тиристора А во включенное состояние. Тиристор В не работает в течение этого процесса, поскольку П5 смещен в обратном направлении и не может проводить ток.
Первый квадрант с положительным сигналом управления. В этом режиме вывод 2 имеет отрицательный потенциал относительно вывода 1, и переход П4 под управляющим электродом смещен в прямом направлении. Управляющий электрод функционирует как так называемый удалённый электрод, т.е. инжектирует электроны в слой Р2. Эти электроны собираются переходом П2 и снижают потенциал слоя N1 относительно Р2 .Это вызывает усиление инжекции дырок через переход П2 , тиристор В переключается в проводящее состояние. Следует иметь ввиду, что хотя переход П2 смещен в прямом направлении, он может действовать как коллектор электронов, диффундирующих через базу Р2. Это связано с тем, что электрическое поле в p-n переходе всегда имеет одно направление (и при обратном смещении, и при небольшом прямом смещении), что обусловлено наличием встроенного поля. Более того, напряженность поля остаётся высокой при прямом смещении, поскольку слой объемного заряда очень узкий [21].
Третий квадрант с положительным сигналом управления. При этом режиме вывод 2 имеет отрицательный потенциал относительно вывода 1, а p-n переход П4, расположенный под управляющим электродом, смещен в обратном направлении, снова функционирует, как удалённый управляющий электрод. Поскольку управляющий электрод смещён положительно, то потенциал слоя Р2 увеличивается, что приводит к прямому смещению эмиттерного перехода П3. Этот переход начинает инжектировать электроны, которые захватываются переходом П2.
Рисунок 8.39 - Реализуемая на практике структура триака: а – верхняя часть;
б – сечение; в – нижняя часть
Затем включение прибора происходит аналогичным образом, как и в случае ранее рассмотренного режима с отрицательным управляющим сигналом. Тиристор В находится в состоянии проводимости, а эмиттер N2 больше не участвует в процессе проводимости, так как дырочный ток течет к слою металлизации.
Значения управляющего тока, требуемые для включения триака, неодинаковы в различных режимах работы управляющего электрода. Как правило, минимальный ток управления – спрямления характерен для обычного режима работы управляющего электрода (первый квадрант) и максимальный – для удалённого управляющего электрода при относительно слабой эффективности собирания смещённого в прямом направлении перехода П2 (третий квадрант).