Дослідження вихідних 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 10.1 – Умовне зображення тірістора

Будова тірісторної структури представлена на рисунку 10.2. 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 10.2 – Будова тірістора — чотиришарова p-n-p-n структура

Вольтамперна характеристика тиристора з керуючими електродами або без них наведена на рисунку 10.3. 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.

Рисунок 10.3 – Вольтамперна характеристика тиристора з керуючими електродами або без них

Режим прямого запирання. При прямому запиранні напруга на аноді позитивна відносно катода й зворотньо зміщений тільки перехід J2. Переходи J1 і J3 зміщені в прямому напрямку. Більша частина прикладеної напруги падає на переході J2. Через переходи J1 і J3 в області, що приєднані до переходу J2, інжектуються неосновні носії, які зменшують опір переходу J2, збільшують струм через нього й зменшують спад напруги на ньому. При підвищенні прямої напруги струм через тірістор спочатку росте повільно, що відповідає ділянці 0-1 на ВАХ. У цьому режимі тірістор можна вважати закритим, тому що опір переходу J2 все ще дуже великий. По мірі збільшення напруги на тірісторі знижується частка напруги, що спадає на J2, і швидше зростають напруги на J1 і J3, що викликає подальше збільшення струму через тірістор і підсилення інжекції неосновних носіїв в область J2. При деякім значенні напруги (порядку десятків або сотень вольт), називається напругою перемикання (точка 1 на ВАХ), процес набуває лавиноподібного характеру, тірістор переходить у стан з високою провідністю (включається), і в ньому встановлюється струм, обумовлений напругою джерела й опором зовнішньої ланки.