4. Классификация, условные обозначения и применение

тиристоров.

Тиристоры классифицируют по следующим признакам:

• по количеству выводов;

• по виду выходной ВАХ;

• по способу включения и управления;

• по другим признакам (например, по мощности).

По количеству выводов различают:

• диодные тиристоры (динисторы), имеющие два вывода – анод и катод (рис. 6,а);

• Триодные тиристоры (тринисторы), имеющие три вывода – анод, катод и управляющий электрод ( рис. 6,б - е);

• четырехэлектродные (тетродные) тиристоры, имеющие два входных и два выходных вывода (рис. 6,ж) ;

По виду ВАХ различают:

• тиристоры, не проводящие в обратном направлении (рис. 6, а – г);

• Тиристоры, проводящие в обратном направлении (тиристоры с обратной проводимостью, или тиристоры – диоды), (рис 6,е);

• симметричные (двухпроводные, симисторы или триаки), которые могут переключаться в открытое состояние при любой полярности напряжения (рис. 6, д).

По способу включения тиристоры делятся на незапираемые(выключение обеспечивается только уменьшением тока до величины, меньшей удерживающего тока, либо отключением анодного напряжения) изапираемые (выключение возможно по входной управляющей цепи).

По способу управления различают: тиристоры, фототиристорыи оптотиристоры.Первые управляются внешним электрическим сигналом по управляющему электроду. Фототиристор управляется внешним оптическим сигналом, а оптотиристор – внутренним оптическим сигналом (излучатель – светодиод и фототиристор составляют единую конструкцию).

Приведенная классификация указывает, что управление тиристором можно выполнять не только по катодному p-n переходу, но и по анодному. Действительно, наличие внутренней ПОС не делает разницы между тем, какой из эмиттеров будет усиливать инжекцию носителей при подаче управляющего сигнала. Причем, как уже отмечалось при выводе уравнения ВАХ, наличие управляющего тока необходимо только до момента переключения тиристора в открытое состояние, а затем он уже не нужен. То есть, управляющий сигнал может быть в форме кратковременного импульса.

Обычные тиристоры, рассмотренные здесь, относятся к незапираемым, то есть перевести их из открытого состояния в закрытое можно либо снижением тока нижеI_уд, либо выключением анодного напряжения, Но разработаны и широко применяются запираемые тиристоры, которые выключаются подачей на управляющий электрод импульса напряжения обратной полярности.

Весьма полезны для многих практических задач симметричные тиристоры (симисторы, триаки), которые имеют одинаковый вид ВАХ при подаче на них как прямого, так и обратного напряжения (рис.7).

О применении тиристоров в качестве электронных ключей упоминалось во введении. Такие ключи находят очень широкое применение во многих практических схемах. Например, управляемые выпрямители с возможностью регулирования тока через нагрузку (рис.8).

Если на анод тиристора подать переменное напряжение, то тиристор будет выполнять еще и функцию выпрямителя переменного напряжения, то есть ток через тиристор и нагрузку R_Aсможет протекать только в положительные полупериоды, и по форме будет представлять последовательность импульсов. В каждом таком импульсе тиристор откроется только в момент времениt₁, (рис. 8,б), когда напряжение на нем достигнет напряжения включения. В этот момент тиристор открывается, напряжение на нем резко падает, а ток через тиристор и нагрузку возрастает скачком. В конце импульса напряжение на тиристоре становится равным нулю и тиристор выключается .Изменением напряжения на управляющем электроде можно изменять ток управления и. те самым, момент включения тиристора и длительность импульса тока. А от этого будет зависеть среднее значение за период тока в нагрузке и мощности.

Второй пример – это генератор пилообразного напряжения (рис.9). В этой схеме конденсатор сравнительно медленно заряжается через резисторRот источника внешнего напряжения Е2. Пока напряжение на конденсатореU_C

меньше напряжения включения тиристор закрыт. Когда U_C =U_вклтиристор открывается и конденсатор быстро разряжается через малое сопротивление самого тиристора и сопротивление нагрузки, которое одновременно ограничивает ток тиристора. В конце разряда конденсатора ток через тиристор снижается до удерживающего тока, после чего тиристор запирается и снова начинается цикл заряда конденсатора.

Из курса теоретической электротехники известно, что напряжение на конденсаторе, включенном в цепь постоянной ЭДС, нарастает по закону:

(2.9)

где _з = RC (2.10)

постоянная времени заряда конденсатора. Скорость разряда будет зависеть от постоянной времени разряда _р

_р = R_НС.(2.11)

Изменение напряжения на конденсаторе при разряде описывается выражением:

(2.12)

Таким образом, выбором сопротивлений R и R_Нможно регулировать скорость нарастания и спада напряжения на конденсаторе. Его амплитудное значение определяется величинойU_вкл(U_вкл=U_CO), которое можно регулировать изменением напряжения управляющего электродаU_у. В цепь управления обычно тоже включают ограничительный резистор.

Если зафиксирована величина U_вкл, то период пилообразного напряжения можно изменять регулировкой сопротивленийR и R_Н. При заданных величинахR и R_Нпериод можно изменять изменением величиныU_вкл.

Маркировка динисторов начинается с букв КН (кремниевый, неуправляемый), после чего следуют три цифры и буква, которые кодируют эксплуатационные параметры динистора. Маркировка тринисторов содержит первыми буквы КУ (кремниевый, управляемый), за которыми следуют три цифры и буквенный индекс, обозначающие определенный набор параметров. В 1973 г. была введена новая система обозначений диодов и транзисторов. В этой системе в обозначении тринисторов используется первой буква Т – тиристор. Далее может быть (или не быть) вторая буква, обозначающая: ТП – тиристор, проводящий в обратном направлении; ТД – тиристор-диод; ТЛ – лавинный тиристор; ТС – симметричный тиристор (симистор, триак); ТФ – фототиристор; ТО – оптотиристор. После этих букв следует набор цифр, обозначающих эксплуатационные параметры тиристора.

Основные параметры динисторов: I_ср.max– максимально допустимый средний ток в открытом состоянии;U_от– наименьшее значение прямого напряжения, необходимое для переключения динистора из закрытого состояния в открытое;U_обр.max– максимально допустимое постоянное обратное напряжение;U_ос- постоянное напряжение на тиристоре в открытом состоянии;I_зс– постоянный ток в закрытом состоянии.

Для тринисторов к числу основных параметров добавляются еще параметры цепи управления: I_у.от– отпирающий постоянный ток управления – это наименьший ток управления, необходимый для включения тиристора;U_у.от – постоянное отпирающее напряжение управления, то есть напряжение управления, соответствующееI_у.от;I_у.от.ииU_у.от.и– отпирающие импульсные ток и напряжение управления;I_у.з.ииU_у.з.и - запирающие импульсные ток и напряжение управления, т.е. наименьшие импульсные значения тока и напряжения, необходимые для выключения тиристора (для запираемых тиристоров).

Важными параметрами тиристоров являются также время включения t_вкл, время выключенияt_выкл.общая емкостьC_общ, максимальное значение импульсного прямого токаI_имп.max. Время включения тиристоров составляет обычно единицы микросекунд, а время выключения – десятки микросекунд. Это связано с тем, что для рассасывания избыточного заряда, накопленного базовыми областями, которое происходит путем рекомбинации, требуется определенное время. Поэтому тиристоры могут работать только в низкочастотном диапазоне. Верхняя граничная частота этого диапазона указывается в справочниках и обычно составляет единицы килогерц.