Дослідження вхідних характеристик тірістора

Короткі теоретичні відомості

Тірістор — напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристалу напівпровідника з чотиришаровою структурою р-n-p-n-типу, і має при прямому ввімкненні два стійкі стани — станом низької провідності (тірістор закритий) і станом високої провідності (тірістор відкритий). У зворотному напрямку тірістор має тільки замикаючі властивості. Тобто тірістор — це керований діністор, або свого роду ключ, що керує потужною силовою частиною при подачі слабких керуючих імпульсів. Перехід тірістора із закритого стану у відкритий в електричній ланці здійснюється зовнішньою дією, наприклад: подачею напруги (струму) на керуючий електрод. Тірістор має нелінійну розривну вольтамперную характеристику (ВАХ).

Рисунок 9.1 – Умовне зображення тірістора

Рисунок 9.2 – Будова тірістора — чотиришарова p-n-p-n структура

Будова тірісторної структури представлена на рисунку 9.2. Вона являє собою чотириполюсний p-n-p-n прилад, що містить три послідовно з'єднаних p-n переходи J1, J2, J3. Контакт до зовнішнього p-шару називається анодом, до зовнішнього n-шару — катодом. У загальному випадку p-n-p-n прилад може мати два керуючі електрода (бази), приєднаних до внутрішніх шарів. Прилад без керуючих електродів називається діодним тірістором (або діністором). Прилад з одним керуючим електродом називають тріодним тірістором або тріністором (або просто тірістором).

Рисунок 9.3 – Вольтамперна характеристика тиристора з керуючими електродами або без них

Вольтамперна характеристика тиристора з керуючими електродами або без них наведена на рисунку 9.3. Вона має кілька ділянок:

- між точками 0 і 1 перебуває ділянка, що відповідає високому опору приладу - пряме запирання;

• у точці 1 відбувається включення тірістора;

• між точками 1 і 2 перебуває ділянка з негативним диференціальним опором;

• ділянка між точками 2 і 3 відповідає відкритому стану (прямій провідності).

У точці 2 через прилад протікає мінімальний утримуючий струм. Ділянка між 0 і 4 описує режим зворотного запирання приладу. Ділянка між 4 і 5 - режим зворотного пробою.

Двотранзисторна модель. Для пояснення характеристик приладу в режимі прямого запирання використаємо двотранзисторну модель. Тірістор можна розглядати як з'єднання p-n-p транзистора з n-p-n транзистором, причому колектор кожного з них з'єднаний з базою іншого, як показано на рисунку 10.4 для тріодного тірістора. Центральний перехід діє як колектор дірок, інжектуємих переходом J1, і електронів, інжектуємих переходом J3.

Рисунок 9.4 – Двотранзисторна модель тріодного тиристора

Двотранзисторна модель тріодного тиристора, з'єднання транзисторів і співвідношення струмів в p-n-p та n-p-n транзисторах. Колекторний струм n-p-n транзистора є одночасно базовим струмом p-n-p транзистора. Аналогічно колекторний струм p-n-p транзистора й керуючий струм подається на базу n-p-n транзистора. У результаті, коли загальний коефіцієнт підсилення в замкнутій петлі перевищить 1, виявляється можливим регенеративний процес.