Контрольные вопросы

1. Дайте определение транзистора.

2. Дайте определение эмиттера.

3. Дайте определение коллектора

4. Дайте определение базы.

5. В каких состояниях может находиться транзистор?

6. Определение биполярного транзистора.

7. Устройство биполярного транзистора.

8. Принцип действия биполярного транзистора.

4. Тиристор

Тиристор - полупроводниковый прибор, получаемый при объединении четырех полупроводниковых зон с разным типом проводимости.

Крайние области называются анодом (р-область) и катодом (п-область), две промежуточные области называются п-база и р-база (рис.8.12). Тиристор имеет три р-п-перехода П₁, П₂, П₃.

Анодное напряжение включено так, что переходы П₁ и П₃ работают в прямом направлении, П₂ – в обратном.

При включении анодного напряжения сопротивление обратного р-п-перехода П₂ велико и через тиристор ток не проходит.

1. При увеличении анодного н

Рисунок 8.12

апряжения оно достигнет некоторого определенного значения, которое называется напряжением переключения и в переходе П₂ напряженность электрического поля станет достаточной для ионизации и образования новых носителей заряда (электрон-дырка). Сопротивление перехода резко сокращается и тиристор открывается.

2. Если на р-базу подать управляющий импульс, то, как в транзисторе, электроны из катода пройдут через р-базу и попадут в п-базу, в которой будет наблюдаться избыток электронов. В результате возникает встречное движение дырок из р-области анода, которые проходят в р-базу и вызывают дополнительное движение электронов из п-области катода. Развивается лавинообразный процесс, и ток в цепи резко возрастает. При прекращении управляющего импульса, ток в цепи не изменяется и прекращается после отключения анодного напряжения.

Используется тиристор как переключающее устройство.

Т иристоры очень мощные устройства, они могут переключать цепи, токи в которых достигают сотен и даже тысяч ампер, напряжения могут быть до нескольких тысяч вольт.

В зависимости от способа управления прибором различают тиристоры диодные (динисторы) и триодные (тринисторы) (рис. 8.13).

Динисторы имеют два вывода (электрода) – анод и катод, тринисторы, кроме анода и катода, имеют еще и третий вывод – управляющий электрод.

П ринцип действия тиристора. При наличии между анодом и катодом обратного напряжения тиристор находится в закрытом состоянии. При наличии на тиристоре прямого напряжения тиристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний: закрытом и открытом. При этом условия перехода из закрытого состояния в открытое для динисторов и тринисторов отличаются.

К огда к динистору приложено прямое напряжение (рис. 8.14), переходы П₁ и П₃ открыты, но динистор заперт переходом П₂, который при этом включен в обратном направлении. Ток через динистор практически отсутствует. При увеличении прямого напряжения динистор будет находиться в закрытом состоянии, пока прямое напряжение не достигнет напряжения, называемого напряжением включения U_ВКЛ (рис.8.15). При этом практически происходит лавинный пробой перехода П₂, его сопротивление резко уменьшается. Напряжение на динисторе скачкообразно снижается, а ток возрастает – динистор открывается. Динистор будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него прямой ток не станет равным току выключения I_ВЫКЛ. Практически это происходит, когда на динистор подается обратное напряжение. При этом динистор закрывается. Для открытия динистора необходимо снова подать на него прямое напряжение, равное или превышающее напряжение включения.

Особенностью управляемого тиристора является то, что он может открываться при любом значении прямого напряжения. Необходимо подать электрический сигнал на управляющий электрод, тиристор открывается и находится в открытом состоянии, пока к нему приложено прямое напряжение. После открывания тиристора наличие отпирающего сигнала на управляющем электроде необязательно, т.е. управляющий сигнал является кратковременным импульсом. Перевести тиристор из открытого состояния в закрытое с помощью управляющего импульса невозможно. Для закрывания тиристора необходимо, так же, как и в случае с динистором, уменьшить прямой ток до величины тока удержания или подать на него обратное напряжение. В цепях переменного тока это происходит при смене полярности питающего напряжения. В цепях постоянного тока обратное переключение тиристора требует специальных устройств.

П ромышленностью выпускаются мощные силовые тиристоры различных типов на токи от 10 до 2000 А и более, маломощные неуправляемые тиристоры К_Н (динисторы) и управляемые тиристоры К_У (тринисторы) на токи до 10 А.

Конструкция силовых тиристоров. По конструктивному исполнению эти тиристоры разделяются на штыревые и таблеточные. Тиристоры штыревой конструкции (рис. 8.16) имеют герметичный корпус и три вывода. Основу конструкции составляет монокристаллическая кремниевая пластина со структурой p-n-p-n, являющаяся выпрямительным элементом. К выпрямительному элементу с обеих сторон припаивают термокомпенсирующие вольфрамовые пластины. Выпрямительный элемент укреплен на медном основании. Это основание является анодом тиристора, выполнено в виде шестигранника и имеет шпильку с резьбой для вворачивания тиристора в охладитель.

Катодом является гибкий медный вывод, соединенный через втулку с силовым выводом. Медный вывод припаян к вольфрамовой пластине. Выводом управляющего электрода служит медный провод небольшого сечения, который припаивают к отдельной термокомпенсирующей пластине, соединенной с соответствующей областью выпрямительного элемента. Вывод управляющего электрода изолирован от корпуса и силового вывода стеклянным изолятором.

Т иристор таблеточной конструкции (рис. 8.17) также состоит из четырехслойного кремниевого выпрямительного элемента, который соединен с вольфрамовыми термокомпенсирующими пластинами. Выпрямительный элемент помещен в металлокерамический корпус между нижним и верхним медными основаниями, которые являются соответственно анодом и катодом тиристора. Положение выпрямительного элемента внутри корпуса фиксируется втулкой из изоляционного материала. Управляющий электрод соединяют с гибким проводником, который выводят наружу через отверстие в корпусе. Тиристоры таблеточной конструкции в отличие от тиристоров штыревой конструкции не ввинчивают в охладители, а зажимают контактными поверхностями (основаниями) между двумя половинками охладителей, изолированных друг от друга и имеющих большую поверхность охлаждения. Тиристоры таблеточной конструкции более перспективны в использовании, так как обладают повышенной теплостойкостью.

Силовые управляемые тиристоры широко применяются в различных статических преобразователях (управляемые выпрямители, преобразователи частоты).