Тиристоры

Тиристоры

Тиристором называется четырёхслойный полупроводниковый прибор, состоящий из последо- вательно чередующихся областей p- и n – типов проводимости.

Первый вид тиристоров – это динисторы.

· Динисторы – это диодные тиристоры, или неуправляемые переключательные диоды.

· Тринисторы – это управляемые переключательные диоды.

· Симисторы – это симметричные тиристоры, т. е. тиристоры с симметричной ВАХ. Рассмотрим эти приборы.

1) Устройство и принцип действия динисторов.

2) Основные параметры тиристоров.

3) Тринисторы.

4) Понятие о симисторах.

1) Устройство и принцип действия динисторов. Наружная p-область и вывод от неё называется анодом (смотрите Рис. 109).

Наружная n-область и вывод от неё называется катодом. Внутренние p- и n-области называют- ся базами динистора. Крайние p-n переходы называются эмиттерными, а средний p-n переход называется коллекторным. Подадим на анод «-», а на катод «+». При этом эмиттерные перехо- ды будут закрыты, коллекторный открыт. Основные носители зарядов из анода и катода не смогут перейти в базу, поэтому через динистор будет протекать только маленький обратный ток, вызванный не основными носителями заряда.

Если на анод подать «+», а на катод «-», эмиттерные переходы открываются, а коллекторный закрывается.

Динисторы применяются в виде бесконтактных переключательных устройств, управляемых напряжением.

Принцип действия.

Основные носители зарядов переходят из анода в базу 1, а из катода – в базу 2, где они стано- вятся не основными и в базах происходит интенсивная рекомбинация зарядов, в результате ко- торой количество свободных носителей зарядов уменьшается. Эти носители заряда подходят к коллекторному переходу, поле которых для них будет ускоряющим, затем проходят базу и переходят через открытый эмиттерный переход, т. к. в базах они опять становятся основными. Пройдя эмиттерные переходы, электроны переходят в анод, а дырки – в катод, где они вторич- но становятся не основными и вторично происходит интенсивная рекомбинация. В результате количество зарядов, прошедших через динистор, будет очень мало и прямой ток также будет очень мал. При увеличении напряжения прямой ток незначительно возрастает, т. к. увеличива- ется скорость движения носителей, а интенсивность рекомбинации уменьшается. При увели- чении напряжения до определённой величины происходит электрический пробой коллектор- ного перехода. Сопротивление динистора резко уменьшается, ток через него сильно увеличи-

вается и падение напряжения на нём значительно уменьшается. Считается, что динистор перешёл из выключенного состояния во включённое.

2) Основные параметры тиристоров.

Напряжение включения (Uвкл) – это напряжение, при котором ток через динистор на- чинает сильно возрастать.

Ток включения (Iвкл) – это ток, соответствующий напряжению включения.

Ток выключения (Iвыкл) – это минимальный ток через тиристор, при котором он остаётся ещё во включённом состоянии.

Остаточное напряжение (Uост) – это минимальное напряжение на тиристоре во вклю- чённом состоянии.

Ток утечки (Io) – это ток через тиристор в выключенном состоянии при заданном напряжении на аноде.

Максимально допустимое обратное напряжение (Uобр.max). Максимально допустимое прямое напряжение (Uпр.max).

Время включения (tвкл) – это время, за которое напряжение на тиристоре уменьшится до 0,1 напряжения включения.

Время включения (tвыкл) – это время, за которое тиристор переходит из включённого в выключенное состояние.

3) Тринисторы.

Тринисторы можно включать при напряжениях, меньших напряжения включения динистора. Для этого достаточно на одну из баз подать дополнительное напряжение таким образом, что- бы создаваемое им поле совпадало по направлению с полем анода на коллекторном переходе. Можно подать ток управления на вторую базу, но для этого на управляющий электрод необхо- димо подавать напряжение отрицательной полярности относительно анода, и поэтому разли- чают тринисторы с управлением по катоду и с управлением по аноду.

На рисунках 114 – 119 изображены условные графические обозначения (УГО) рассматривае- мых в данной теме приборов. На рисунке 114 – УГО динистора, на 115 – тринистора с управ-

лением по катоду, на 116 – тринистора с управлением по аноду, на 117 – неуправляемого си- мистора, на 118 – симистора с управлением по аноду, и на 119, соответственно, симистора с управлением по катоду.

Маркировка расшифровывается так:

КН102Б – кремниевый динистор; КУ202А – кремниевый тринистор. Первая буква «К» обозна- чает материал кремний. Вторая – тип прибора – динистор или тринистор. Третья группа – трёхзначный цифровой код, и четвёртая группа, расшифровываются так же, как и все рассмот- ренные ранее полупроводниковые приборы.

4) Понятие о симисторах.

Подадим положительное напряжение на области p1, n1, а отрицательное на области p2, n3.

Переход П1 закрыт, и выключается из работы область n1. Переходы П2 и П4 открыты и вы- полняют функцию эмиттерных переходов. Переход П3 закрыт и выполняет функцию коллек- торного перехода.

Таким образом, структура симистора будет представлять собой области p1, n2, p2, n3, где p1 будет выполнять функции анода, а n3 – катода при прямом включении. Подадим напряжение плюсом на области p2, n3, а минусом на области p1, n1. Переход П4 закроется и выключит из работы область n3. Переходы П1 и П3 откроются и будут играть роль эмиттерных переходов. Переход П2 закроется и будет выполнять функцию коллекторного перехода.

Структура симистора будет иметь вид p2-n2, p1-n1, где область p2 ,будет являться анодом, а n1 – катодом. В результате будет получаться структура в прямом включении, но при обратном напряжении. ВАХ будет иметь вид, изображённый на Рис. 121.