5.3 Симметричные тиристоры (симисторы)

Симистор (СТ) – тиристор, имеющий практически одинаковые характеристики при различных полярностях напряжения.

Могут быть двухвыводные симисторы и симисторы с управляющим электродом.

В зависимости от того, где расположен управляющий электрод, существуют различные способы управления этим СТ.

Крайние p-n-переходы (1-й и 4-й) зашунтированы объёмным сопротивлением соответствующих p-областей.

Если подать напряжение, то 1-й p-n-переход окажется включенным в обратном направлении. За счёт шунтирования -областью этот переход полностью выкл. из работы. В результате мы получаем структуру обычного тиристора, гдеI – катод, а II – катод. 2 и 4 – прямое направление; 3 – обратное направление смещения. Работа ничем не отличается от работы тиристора.

Если подать обратную полярность, то 4-й p-n-переход оказывается под обратным смещением и шунтирован зоной . При этом он полностью выкл. из работы. В результате получаем тиристор, у которогоI – катод и II – анод.

Если данную структуру сделать симметричной относительно зоны n, то получаем полностью симметричный прибор (одинаковое напряжение включения).

Данный прибор можно сделать управляемым. Для этого нужно в одну из зон поместить дополнительные носители. Если вводить в и, то управление будет несимметричным. Поэтому делают выпрямляющийp-n-переход в каждой из p-областей, соединяемых между собой.

Можно подключить управляющий электрод к средней зоне n. В этом случае также можно управлять процессом включения-выключения.

При применении симистора необходимо разобраться, какие сигналы могут подаваться на управляющий электрод. Туда могут подаваться как положительные импульсы, так и разнознаковые.

Симистор можно заменить двумя тиристорами.

5.4 Способы переключения. Процесс включения тиристора

1. Включение путём увеличения анодного напряжения до напряжения .

В этом случае тиристор включается по своей естественной характеристике.

2. Включение с помощью тока управления.

При таком включении в одну из областей тиристора через управляющий электрод обеспечивают инжекцию неравновесных носителей заряда. В некоторой области появляется избыточный заряд, и при достижении некоторого критического значения происходит включение тиристора.

Этот процесс не может происходить мгновенно, поэтому нужно, чтобы управляющий импульс имел соответствующую амплитуду и длительность. Процесс включения тиристора можно представить в виде двух интервалов времени.

− время задержки, определяющееся временем диффузии инжектированных носителей.

Одновременно на тиристоре происходит падение напряжения. Напряжение уменьшается до 0,9. В дальнейшем происходит накопление избыточных носителей заряда и увеличение тока.

В течение т. н. времени нарастания происходит резкое падение напряжения. Переход из точки 1 в точку 2, т. е. длительность импульса управления, должен происходить дольше времени , чтобы прибор включился. Это времяt не зависит от управляющего импульса. Оно сильно зависит от сопротивления нагрузки и от анодного напряжения. Чем меньше это время, тем меньше теряется мощности. Чем выше частота коммутации, тем больше вероятность перегрева тиристора.

3. Включение тиристора за счёт быстрого изменения анодного напряжения .

Через тиристор будет проходить ёмкостный ток, обусловленный наличием барьерных ёмкостей p-n-перехода:

=,

где и. То:

.

Рассмотрим выключение тиристора:

1. Выключение тиристора путём разрыва анодной цепи.

Тиристор может оказаться в выключенном состоянии только после рассасывания заряда в базовых областях. Если до полного рассасывания этого заряда вновь подать напряжение, то тиристор опять окажется во включённом состоянии, т. е. для выключения необходимо некоторое время . При выключении тиристора разрывом цепи рассасывание носителей заряда происходит только за счёт рекомбинации. Время выключения зависит только от времени жизни носителей заряда. У большинства тиристоровво много раз больше, чем. Время выключения задаёт частотные характеристики тиристора.

2. Выключение тиристора за счёт подачи обратного напряжения.

Такой процесс выключения не влияет на время выключения. Происходят те же процессы, что и при обрыве анодной цепи. Это связано с тем, что для выключения тиристора необходимо уменьшить потенциал коллекторного перехода.

Тиристор – прибор с неполным управлением.