4.5. Симметричный тиристор
Симметричные тиристоры проводят ток в обоих направлениях, в зависимости от устройства управляющего электрода могут управляться импульсами любой полярности и не выходят из строя при возникновении больших переходных напряжений, так как это вызывает включение симмистора в соответствующем направлении.
На рис. 4.5, а, б показано условное обозначение симметричного тиристора и его вольт-амперная характеристика, которая иллюстрирует возможные состояния тиристора в процессе работы. Симметричный тиристор имеет два устойчивых состояния - открытое и закрытое - и может проводить ток как в прямом, так и в обратном направлении. Из рассмотренных возможных режимов работы симметричного тиристора можно сделать вывод, что он аналогичен двум триодным тиристорам, включенным встречно-параллельно.
Рис. 4.5 Симметричный тиристор: а ¾ условное обозначение; б ¾ вольт-амперная характеристика; в ¾ пятислойная структура с двуполярным управлением;
г ¾ схема включения для обеспечения несимметричных токов управления
.
Совмещением в одном монокристалле двух структур удается получить тиристоры с симметричной вольт-амперной характеристикой. Однако следует отметить, что токи управления для прямой и обратной ветвей различны. Это объясняется неидентичностью электрических параметров p-n переходов и нарушением геометрической симметрии кремниевой структуры в процессе изготовления. Для исключения такой несимметрии последовательно с тиристором в цепи управляющего электрода симметричного тиристора устанавливаются два переменных резистора, с помощью которых можно получить токи различной величины для положительной и отрицательной полярности (рис. 4.5, г)
Симметричный тиристор представляет собой пятислойный полупроводниковый прибор со структурой n-p-n-p-n, который можно получить из триодного тиристора введением дополнительного слоя. В зависимости от расположения дополнительного слоя и управляющего электрода симметричные тиристоры могут управляться:
1) током одной полярности в обоих направлениях;
2) током одной полярности в одном направлении, а в другом направлении - током противоположной полярности;
3) током определенной полярности в одном направлении, а в другом направлении - током любой полярности;
4) током любой полярности в обоих направлениях.
Одна из структур симметричного тиристора приведена на рис. 4.5, в. Здесь управляющий электрод расположен в центре электрода В2, а верхние металлические контакты левой и правой секций вентиля электрически связаны. При отсутствии управляющего сигнала тиристор заперт. Если на управляющий электрод симметричного тиристора подать положительное относительно электрода В2 напряжение, возникает дырочный ток, который будет способствовать смещению перехода П1 в прямом направлении. Это вызовет поток электронов в область p1, часть которых проникнет в область n2 и понизит ее потенциал относительно области p1. Снижение потенциала области n2 приведет к дополнительному потоку дырок из области p1 в область n2. А так как переход П3 смещен в обратном направлении, то дырки, дошедшие до этого перехода, перебрасываются его полем в область p2. Процесс продолжается до тех пор, пока структура не перейдет в проводящее состояние.
Если на электрод В1 подать положительный потенциал, а на В2 ¾ отрицательный, то при отрицательной полярности напряжения на управляющем электроде относительно электрода В2 переход П5 инжектирует электроны, которые перемещаются к переходу П2 и собираются этим переходом. В результате происходит снижение потенциала области n2 относительно области p1, что вызывает поток дырок из слоя p1 в слой n. Процесс продолжается до тех пор, пока структура не перейдет в проводящее состояние.
Таким образом, рассмотренный симметричный тиристор (рис. 4.5, в), переключается током положительной полярности в одном направлении и током отрицательной полярности в противоположном направлении.
На основе пятислойной структуры могут быть выполнены и динисторы, и триоды, и запираемые тиристоры. Это позволяет варьировать параметры тиристора в большем диапазоне и увеличивает возможности их управления.
Симметричный тиристор не может быть заперт так же, как триодный тиристор. При изменении полярности питающего напряжения на обратную симметричный тиристор переключится в проводящее состояние в 1 или 3 квадранте вольт-амперной характеристики. Для надежного запирания симметричного тиристора необходимо снизить напряжение до нуля, причем в этом режиме тиристор должен находиться в течение времени tзап, необходимого для рассасывания накопленных зарядов. Время tзап зависит не только от параметров запускающих импульсов и характера нагрузки, но и от полярности напряжения на силовых и управляющем электродах.