10.6. Тиристоры

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями и тремя или более последовательно включенными p-n переходами. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чередующимися слоями полупроводников p— и n-типов (рис. 10.26).

Различают управляемые, или триодные, и неуправляемые, или диодные, тиристоры.

Диодный тиристор имеет два вывода — анодный А и катодный Кат. Его переключение из одного устойчивого состояния в другое в цепи переменного тока (см. рис. 6.7) определяется методом нагрузочной характеристики (см. рис. 6.8). Здесь и в дальнейшем примем, что ВАХ тиристоров безынерционные, т. е. J(U) = i(u). При плавном увеличении от нулевого значения ЭДС e_эк диодный тиристор сначала будет закрыт и ток в цепи мал (точка 1 на ВАХ по рис. 10.26). В точке 2 ВАХ диодного тиристора напряжение на нем достигнет напряжения включения U = U_вкл. Дальнейшее даже незначительное увеличение ЭДС е_эк приведет к резкому изменению режима работы цепи (точка 3

на ВАХ), т. е. открываем диодного тиристора. При уменьшении ЭДС e_ЭК процессы в цепи протекают в обратном порядке. В точке 4 ВАХ напряжение достигнет напряжения выключения. Дальнейшее уменьшение ЭДС е_эк приводит к закрыванию диодного тиристора.

Находят применение также симметричные диодные тиристоры, условное обозначение которых и их ВАХ приведены на рис. 10.27.

Триодный тиристор кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода УЭ. Последний подключается либо к ближайшей к катоду p-области, либо к ближайшей к аноду n-обпасти. В соответствии с этим различают катодное и анодное управление тиристором. Первое подключение более распространено. Структура тиристора с катодным управлением, его условное изображение и ВАХ приведены на рис. 10.28. При изменении напряжения управления U_уп изменяется и напряжение включения тиристора U_вкл. Следовательно, его можно использовать как управляемый ключ.

Для запирания триодного тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.

Типовая конструкция триодного тиристора большой мощности приведена на рис. 10.29, где 1 — основание из меди; 2 — трубка из стали со стеклоизолятором; 3, 4 — четырехслойная структура p-n-p-n с припаянными к ней вольфрамовыми дисками 5 и 6; 7, 8 — стержневые выводы катода и управляющего электрода соответственно, которые через переходные втулки 9 соединяются с гибкими наружными выводами.

Разновидностью управляемых тиристоров являются запираемые триодные тиристоры, в которых запирание возможно при помощи коротких по длительности импульсов напряжения U_уп обратной полярности. Их условное изображение приведено на рис. 10.30, а и б для катодного и анодного управлений соответственно.

Основная область применения тиристоров — преобразовательная техника. Номинальные значения токов у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения напряжений в закрытом состоянии — до 5000 В.