Лекція 10
Тема: Тиристори
1. Структура та принцип дії тиристора
2. Вольт-амперна характеристика тиристора
3. Застосування тиристорів
4. Принцип дії тиристорів
1. Тиристором називають трьохелектродний напівпровідниковий прилад з трьома p-n переходами. Тиристори можуть виконуватися за наступними структурами (рисунок 10.1)
j1 j2 j3
А К
КЕ
j1 j2 j3
А
К
КЕ
А – анод; К – катод; КЕ – керуючий електрод.
Рисунок 10.1 – Структура тиристорів
Аноди і катоди у тиристорів виконують тіж самі функції, що і у діодів. За допомогою керуючого електрода можна змінювати величину струму, який проходить через тиристор, тому іноді тиристори називають керуючими діодами.
Умовні позначення тиристорів наведені на рисунку 10.2.
VS VS
а) б)
а – тиристор з катодним керуванням;
б – тиристор з анодним керуванням;
Рисунок 10.2 – Умовні позначення тиристорів.
Принцип дії тиристора пов’язаний з властивостями чотирьохшарової структури типу p-n-p-n при підключенні до неї зовнішнього джерела напруги (рисунок 10.3).
j1 j2 j3
р
n n p
+ U —
Рисунок 10.3 – Чотирьохшарова напівпровідникова структура.
При такому включенні структури p-n переходи j1 та j3 вмикаються у прямому напрямку, j2 – у зворотньому. Тому через структруру тече струм, який дорівнює зворотньому струму p-n переходу j2. Припустимо, що величина зовнішньої напруги збільшується, при якомусь її значенні відбувається електричний пробій другого p-n переходу. При цьому його опір зменшується, величина струму через p-n перехід j2 та через усю структуру збільшується. У цьому випадку між величиною напруги та величиною струму зберігається пряма пропорційність. Електричний пробій p-n переходу є оберненим.
2. Принцип дії тиристора базуються на властивостях чотирьох шарової напівпровідникової структури, але наявність керуючого електрода дещо змінює властивості структури у процесі роботи тиристор вмикається за поступною схемою (Рисунок 10.4)
—
Uk
+
+ U —
Рисунок 10.4 –Схема включення тиристора
При включенні тиристора в схемі на його керуючий електрод може подаватися плюсова (- позитивна, - негативна або нульова напруга), якщо на керуючий електрод подається нульова напруга та його властивості співпадають повністю з властивостями чотирьох шарової напівпровідної структури. При цьому вольт-амперна характеристика тиристора має наступний вигляд.
3
Uk 0
2 Uk=0
Uk 0
0
Рисунок 10.5— Вольт – амперна характеристика тиристора.
На вольт –амперній характеристиці тиристори виділяються наступні ділянки :
0.1—крізь структуру тече зворотній струм другого р-п переходу.
У точці 1 проходить електричний пробій другого р-п переходу, його опір зменшується, струм крізь структуру збільшується, при амперній характеристиці з’являється ділянка 1.2 так звана негативного опору. У подальшому на ділянці 2.3 між напругою та струмом зберігається пряма пропорційність. Якщо на керуючий електрод подати позитивну напругу то потенційний бар'єр у другому р-п переході знизиться тому пробій цього р-п переходу буде проходити при меншому значенні напруги між анодами та катодами.
3. В основному тиристори використовують для побудови схем керованих випрямлячів, тобто таких випрямлячів які дозволяють у процесі роботи змінювати величину струму у навантаженні без зміни, величина напруги мережі живлення. (Дивись лекцію 4 )
4.Якщо розглядати чотирьохшарову структуру (рисунок10.3),як напівпровідниковий прилад, то ми маємо двохелектродний – напівпровідниковий прилад з трьома переходами. Такий прилад називається динистор, він має наступне умовне позначення (Рисунок 10.6)
Рисунок 10.6—Умовне позначення тиристора.
Вольт-амперна характеристика динистора повторює, вольт- амперну характеристику тиристора при Vк =0. Застосовуються динистори які мають симетричну вольт-амперну характеристику (Рисунок 10.7)
Рисунок 10.7—Вольт-амперна характеристика симистора .
Такі прилади називають симетричними тиристорами або сими страми. Застосовують симистори для побудови так званих регуляторів світла.