20-03-2013_10-45-00 / 11Тиристор

Тиристор - это полупроводниковый прибор с тремя и более р-n–переходами, вольтамперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, который используется для переключения токов больших мощностей.  На рис. приведены условные графические обозначения следующих тиристоров:    

1) диодный тиристор (динистор);

2) диодный симметричный тиристор (симистор, диак);

3) триодный незапираемый тиристор с управлением по аноду;

4) триодный незапираемый тиристор с управлением по катоду;

5) запираемый тринистор с управлением по аноду;

6) запираемый тринистор с управлением по катоду;

7) триодный симметричный незапираемый тиристор с управлением по аноду (симистор, триак).

Исходный полупроводниковый материал для тиристоров должен иметь большую ширину запрещенной зоны. В массовом производстве тиристоры делают только из кремния.

Диодный тиристор (динистор) – это тиристор, имеющий три выпрямляющих перехода и два омических (выводы -анод и катод). Структура диодного тиристора состоит из четырех областей полу­проводника с чередующимся типом электропроводности (рис. 8). На рис. 9 изображена ВАХ динистора.

Участок 1–2. Напряжение на аноде положительно, ток незначителен, то есть тиристор закрыт. Этот участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p-n–перехода.

Участок 2-3- участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением тиристора. В точках 2 и 3 дифференциальное сопротивление тиристора равно нулю. Координаты точек 2 и 3 являются параметрами тиристора: Uвкл=U₂ - напряжение включения; Iвкл =I₂- ток включения; Iуд=I₁ (Iвыкл) - ток удержания (ток выключения); Uуд(Uвыкл)=U₁ - напряжение удержания (напряжение выключения). Удерживающий ток тири­стора — это минимальный ток, который необходим для поддержа­ния тиристора в открытом состоянии.

Участок 3-4. Тиристор открыт и через него протекает прямой ток, ограниченный сопротивлением внешней цепи.

Участок 1-5. Напряжение на аноде отрицательно. Ток мал. Тиристор закрыт.

Участок 5-6. Резкое увеличение тока тиристора при увеличении отрицательного напряжения на аноде соответствует режиму электрического пробоя.

Включают динистор увеличением анодного напряжения до напряжения включения (рис.18).

Выключить динистор можно прервав ток в цепи динистора (размыканием цепи рис.14), шунтированием прибора (U_D=0, рис.15), снижением тока анода до I_выкл включением добавочного резистора (рис.16), подачей обратного напряжения при помощи конденсатора (рис.17)(см. соотв. 21-24).

Триодный тиристор (тринистор рис.3-7) — это тиристор, имеющий два основных и один управляющий вывод (анод, катод и управляющий электрод). Для переключения триодного тиристора из закрытого состоя­ния в открытое также необходимо накопление неравновесных носителей заряда в базовых областях. Уровень инжекции через прилегающий к базе эмиттерный переход можно уве­личить путем подачи положительного по отношению к катоду напряжения на управляющий электрод (рис.19). Из ВАХ тринистора видно, что при увеличении тока управления снижается напряжение включения (рис. 11). На рис.10 показана структура тринистора с дополнительным p-n-переходом около управляющего электрода. После включения управляющий электрод теряет свои управляющие свойства и с его помощью выключить тиристор нельзя (незапираемые -рис.3, 4 и7). Для выключения используются такие же методы, как и для динистора (рис.14-17, 21-24).

На рис.5 и 6 изображены условные обозначения запираемых тиристоров. Они отличаются от незапираемых тем, что они могут как включаться, так и выключаться с помощью тока управляющего электрода (рис.19)

Симисторы (рис. 2 и 7) используются для создания реверсивных выпрямителей или регуляторов переменного тока.

Симметричный диодный тиристор (диак) (рис. 2 и 12) — это диодный тиристор, способный переключаться как в прямом, так и в обратном направлениях. Структура симметричного диодного тиристора состоит из пяти областей с чередующимся типом электропроводности, которые образуют четыре р-n-перехода (рис. 12) Крайние переходы зашунтированы объемными сопротивлениями приле­гающих областей с электропроводностью р-типа. Вольт-мперная характеристика такого тиристора получается одинаковой при разных полярностях приложенного напряжения (рис. 13).

Симметричный триодный тиристор (триак) (рис. 7) — это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлениях. При увеличении тока управления снижается напряжение включения.

ВАХ фототиристора подобна характеристике обычного тиристора, представленной на рис.11, только роль тока управления обычного тиристора в фототиристоре играет световой поток Ф (Люмен) (рис.20). В обоих тиристорах имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В фототиристоре цепь управления изолирована от анодного напряжения. Фототиристорный оптрон коммутирует силовые цепи с напряжением 1300 В и током 300 А. Фототиристор остается открытым и после прекращения действия излучения. Чтобы перевести ФТ в высокоомное состояние (закрыть), необходимо снять внешнее напряжение с его электродов. Если тиристор включается в цепь переменного или пульсирующего напряжения, то его выключение происходит в каждый из периодов при снижении напряжения и тока через тиристор до значений, при которых не может поддерживаться включенное состояние структуры.

Тиристоры используются для коммутации больших токов. В устройствах связи и автоматики используются тиристоры, имеющие напряжение включения десятки и сотни вольт, остаточное напряжение на включенном приборе 1...2 В, постоянный анодный ток более 10 А при этом ток управления может составлять десятки микроампер. Мощные высоковольтные тиристоры, используемые в энергетических установках, могут коммутировать токи до 1000 А при напряжениях до 6 кВ. Единственная область, в которой тиристоры продемонстрировали высокую конкурентоспособность - это мощные токовые ключи различного назначения, в качестве которых они сейчас успешно и широко используются.