1.5. Тиристоры
1.5.1. Классификация тиристоров
Тиристор – это четырёхслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется внешним воздействием на прибор напряжением, током или светом.
Виды тиристоров:
1. Диодные тиристоры (динисторы).
В них переход прибора из закрытого состояния в открытое происходит при достижении напряжения между анодом и катодом некоторой граничной величины, являющейся параметром прибора.
2. Триодные тиристоры.
В них управление состоянием прибора происходит по цепи третьего управляющего электрода. По цепи УЭ могут выполняться одна или две операции. В однооперационных тиристорах по цепи УЭ осуществляется только отпирание тиристора. Запирание происходит путём изменения полярности напряжения анод-катод. В двухоперационных тиристорах по цепи управления происходит и отпирание и запирание тиристора. Для отпирания на УЭ подают положительный импульс, для запирания – отрицательный
3. Фототиристоры – отпирание прибора происходит с помощью светового импульса.
4. Симметричные тиристоры (симисторы) – позволяют проводить ток в двух направлениях. Выполняют функции двух обычных тиристоров, включенных встречно-параллельно.
1.5.2. Принцип работы диодного тиристора
Динисторы изготавливают из кремния. Они содержат четыре чередующиеся p и n области (рисунок 1.36). Область р1, в которую попадает ток из внешней цепи, называют анод, область n2 – катод, области n1 и р2 – базы. Если подключить плюс к аноду, а минус к катоду, то переход П2 окажется закрытым, а переходы П1 и П3 – открытыми. Переход П2 называют коллекторным переходом.
а) б) в)
Рисунок 1.36
Так как коллекторный переход смещён в обратном направлении, то почти всё приложенное напряжение, в начале падает на нём. Такая структура может быть представлена в виде двух транзисторов разной электропроводности (рисунок 1.36,б и в). Ток в цепи определяется током коллекторного перехода П2. Он зависит от потока дырок из эмиттера транзистора VT1 (p-n-p типа), потока электронов из эмиттера транзистора VT2 (n-p-n типа), и обратного тока перехода p2-n1. Так как переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, из них в области баз инжектируются носители заряда: дырки из области p1, электроны из области n2. Эти носители зарядов, диффундируя в областях баз n1 и р2, приближаются к коллекторному переходу и его полем перебрасывается через p-n-переход, создавая общий ток I.
При малых значениях внешнего напряжения всё оно практически падает на переходе П2. Поэтому к П1 и П3, имеющим малое сопротивление, приложена малая разность потенциалов и инжекция носителей невелика. Ток I мал и равен обратному току через переход П2. При увеличении внешнего напряжения ток в цепи вначале меняется незначительно. При дальнейшем увеличении напряжения, по мере увеличения ширины перехода П2, всё большую роль начинают играть носители заряда, образовавшиеся вследствие ударной ионизации. При некотором напряжении носители заряда ускоряются настолько, что при столкновении с атомами в области р-n перехода ионизируют их, вызывая лавинное размножение зарядов. Образовавшиеся при этом дырки, под влиянием электрического поля переходят в область р2, а электроны – в область n1. Ток через переход П2 увеличивается, а его сопротивление и падение напряжения на нём уменьшается. Это приводит к увеличению напряжения, приложенного к переходам П1 и П3, увеличению инжекции через них, что вызывает увеличение коллекторного тока. Процесс протекает лавинообразно, что приводит к уменьшению сопротивления всех областей тиристора и уменьшению падения напряжения на нём. После переключения прибора ВАХ аналогично характеристики диода, смещённого в прямом направлении. Для запирания динистора нужно уменьшить рабочий ток через него до значения I<Iуд (ток удержания тиристора).