5. Физические процессы в тринисторе

По конструктивному выполнению тринисторы отличаются от динисторов тем, что первые имеют наружный вывод от тонкой базы p₂, прилегающей к катоду (рис. 1), и общий вывод для катодной цепи и цепи управления. Схема включения тринистора и его условное обозначение показаны на рис. 8. К наружным выводам от слоев управления p₂ и n₂ присоединяется источник постоянного напряжения или тока (статическая система управления), или же, что чаще применяется, импульсный источник напряжения либо тока (импульсное управление).

Н аправления движений носителей заряда и соотношения токов в слоях тринистора показаны на рис. 9. Ток управления I_у, втекающий в базу p₂, вводит в нее дырки (ток I_уp). Повышение концентрации дырок в базе p₂ приводит к понижению потенциального барьера перехода П₃ и увеличению инжекции электронов из эмиттера n₂ в базу p₂:

. (10)

Следствием этого является увеличение коэффициента передачи α_n и транзитной составляющей электронного тока I_nα_n. Условие лавинообразного нарастания тока через тринистор (α_p + α_n ) → 1 (см. формулу 8) выполняется при меньшем токе анода I_а.

Зависимость коэффициента α_p от тока анода I_а показана на рис. 10,а. Ниже на рис. 10,б приведена зависимость α_n от тока катода I_к = I_а + I_у, смещенная влево на величину тока управления I_у относительно кривой α_p = f(I_а). На рис. 10,в построена зависимость (α_p + α_n ) = f(I_а). Из построения видно, что чем больше I_у, тем при меньших токах анода тиристора достигается равенство α_p + α_n = 1.

В соответствии с уменьшением I_вкл имеет место снижение напряжения включения U_вкл. Связь между напряжением включения U_вкл и током управления I_у показывает кривая, приведенная на рис. 11. На рис. 12 показано семейство вольтамперных характеристик тринистора для ряда величин тока управления 0  I_у  I_спр. Чем больше ток управления, тем меньше напряжение включения.

В еличина тока управления, при котором на вольтамперной характеристике тринистора пропадает участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, и вольтамперная характеристика тринистора становится подобной вольтамперной характеристике диода, называется током спрямления I_спр.

Н а семействе вольтамперных характеристик (рис. 12) построена нагрузочная прямая MN, соответствующая напряжению питания E < U_вкл0. При I_у = 0 тринистор находится в закрытом состоянии. Для открытия тринистора необходимо подать на управляющий электрод ток управления (I_у2), при котором напряжение включения становится меньше напряжения питания U_вкл2 < E (точка А смещается влево от нагрузочной прямой MN).

При импульсном управлении на управляющий электрод подают импульс тока, равного или превышающего ток спрямления I_{у имп}  I_спр. При этом тринистор переходит в открытое состояние независимо от величины напряжения питания Е.

Для закрытия тринистора необходимо выключить источник питания или изменить его полярность на обратную.

Основные параметры тиристора:

1. Максимальное прямое напряжение на тринисторе, называемое напряжением включения U_вкл0 и определяемое как напряжение, при котором dU_а/dI_а = 0.

2. Ток включения I_вкл, определяемый как максимальный прямой ток через тринистор в закрытом состоянии при dU_а/dI_а = 0.

3. Минимальное прямое напряжение на тринисторе в открытом состоянии, при котором dU_а/dI_а = 0, называемое напряжением выключения U_выкл.

4. Ток выключения I_выкл, который характеризуется минимальным значением тока через тринистор, находящийся в открытом состоянии.

5. Остаточное напряжение U_ост, т. е. падение напряжения на тринисторе в открытом состоянии при максимально допустимом токе через тринистор I_max.

6. Ток утечки I_ут, определяемый как ток через тринистор в закрытом состоянии при напряжении, равном U_вкл /2.

7. Предельно допустимое обратное напряжение U_{обр.доп.}

8. Ток утечки в обратном направлении I_обр.ут, соответствующий предельно допустимому обратному напряжению U_{обр.доп}.

9. Ток спрямления I_спр, определяемый как ток управляющего электрода, при котором исчезает участок ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением.