6.4. Тиристоры

Тиристорами называют широкий класс полупроводниковых приборов релейного типа. К ним относятся: динисторы - неуправляемые релейные приборы, выполненные из трех последовательно включенных « р-п» переходов; триодные управляемые полупроводниковые приборы, предназначенные для переключения напряжений одного знака, симисторы, используемые для переключения положительных и отрицательных напряжений и др.

Общим свойством всех тиристоров является их способность находиться в двух состояниях: – выключенном, когда его сопротивление велико и включенном, когда его сопротивление становится малым, а протекающий через него ток большим (десятки и сотни Ампер). Время переключения тиристора из одного состояния в другое мало (десятки мкс). После переключения из закрытого состояния в открытое, протекающий через тиристор ток остается большим до тех пор, пока не будет выключено или сменит свой знак напряжение между анодом и катодом. Ниже основное внимание уделяется рассмотрению триодных тиристоров. Триодные тиристоры широко используются при построении управляемых выпрямителей, переключателей электрических напряжений, а также в инверторах.

Триодным тиристором называют электронный прибор с тремя р-п переходами и тремя омическими выводами (см.рис.6.7.). Два вывода тиристора (анод и катод) подключаются к источнику питания, а третий к источнику управляющего напряжения (Uу). Триодный управляемый тиристор состоит из трех р-п переходов I, II, и III. Напряжение питания подаётся на тиристор таким образом, что переходы I и III открыты, а переход II закрыт. Сопротивление откры­тых переходов мало и поэтому почти всё напряжение питания Eприложено к закрытому переходу II, имеющему большое сопротивление.

При этом ток, протекающий через тиристор, очень мал ( единицы мА) и тиристор находится в закрытом состоянии. При выключенном управляющем напряжений по мере увеличения напряжения между анодом и катодом транзистора, что достигается увеличением э.д.с источника питания Е, ток тиристора уве­личивается незначительно до тех пор, пока это напряжение не достигнет напряжения пробоя «р-п» перехода II. После этого происходит лавинообразное увеличение числа носителей заряда за счёт лавинного умножения носителей в переходе II, что приводит к резкому уменьшению его сопротивления. В результате тиристор переходит в открытое состояние. Напряжение U_пер, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к переходу II. Добавочные носители заряда вводятся в р₂слой управляющей цепью, питаемой от независимого источника напряжения Uy.

схема тиристора при различных значениях управляющего тока

На рис.6.8. приведены статические вольтамперные характеристики управляемого триодного тиристора. По оси абсцисс отложено напряжение между анодом и катодом тиристора (U_АК), а по оси ординат ток, протекающий через тиристор (Iа). Из рисунка. видно, что при росте тока управления (Iу) напряжение включения тиристора снижается, т.е. ток Iу управляет напряжением включения тиристора. При большом значении управляющего тока требуется более низкое анодное напряжение, при котором происходит лавин­ное нарастание тока. Точка С, расположенная на нижнем участке прямой ветви ВАХ тиристора при отсутствии управляющего тока (1у=0), является граничной. При напряжении между анодом и катодом тиристора, соответствующем этой точке, происходит лавинный пробой р-п перехода II. Поэтому напряжение на тиристоре в этой точке называют напряжением переключения Unep. В исходном состоянии при токе управления равном нулю и напряжении на аноде тиристора U_АК меньшем напряжения переключения тиристора, тиристор закрыт.

При подаче управляющего импульсного напряжения тиристор открывается при Uа меньшем Uпер. Чем больше Iу, тем при меньшем Uа открывается тиристор. Обычно Iу выбирают таким образом, чтобы тиристор открывался при U равном 1..2 В. При открывании тиристора рабочая точка смещается из точки А в точку В на его ВАХ. После переключения тиристора в открытое состояние ток через него резко возрастает. Запирание тиристора происходит только при изменении знака приложенного к аноду напряжения с положительного на отрицательное. При этом прямой ток через тиристор уменьшается до нуля и после рассасывания заряда неосновных носителей тиристор запирается.

Ток и падение напряжения на тиристоре можно определить графически, построив на ВАХ тиристора линию нагрузки, соответствующую сопротивлению R. Для этого проводят прямую линию, проходящую через точки с координатами (0; E/R) и (Е; 0). Координаты точки пересечения этой линии с ВАХ тиристора определяют ток и напряжение на тиристоре в закрытом и открытом состояниях (точки А и В).