Uređaj i parametri tiristora

Tiristor je poluvodički uređaj s tri (ili više) p-n spojeva, čija strujno-naponska karakteristika ima dio negativnog diferencijalnog otpora i koji se koristi za sklopke u električnim krugovima.

Najjednostavniji tiristor s dva izlaza je diodni tiristor (dinistor). Triodni tiristor (SCR) dodatno ima treću (upravljačku) elektrodu. I diodni i triodni tiristori imaju četveroslojnu strukturu s tri p–n spoja (slika 1).

Krajnja područja p1 i n2 nazivaju se anoda odnosno katoda, kontrolna elektroda je spojena na jedno od srednjih područja p2 ili n1. P1, P2, P3- prijelazi između p- i n-područja.

Izvor E vanjskog napona napajanja spojen je na anodu s pozitivnim polom u odnosu na katodu. Ako je struja Iu kroz upravljačku elektrodu triodnog tiristora jednaka nuli, njegov rad se ne razlikuje od rada diode. U nekim je slučajevima prikladno predstaviti tiristor kao krug ekvivalentan dvama tranzistorima, koristeći tranzistore s različitim vrstama električne vodljivosti p-n-p i n-R-n (slika 1, b).

sl. 1.Struktura (a) i dvotranzistorski ekvivalentni krug (b) triodnog tiristora

Kao što se može vidjeti sa sl. 1, b, prijelaz P2 je zajednički kolektorski prijelaz dvaju tranzistora u ekvivalentnom krugu, a prijelazi P1 i P3 su emiterski spojevi. Kako se prednji napon Upr povećava (što se postiže povećanjem EMF izvora energije E), struja tiristora lagano raste sve dok se napon Upr ne približi određenoj kritičnoj vrijednosti probojnog napona, jednakom naponu uključivanja Uin (Sl. 2).

Riža. 2. Strujno-naponska karakteristika i konvencionalna oznaka triodnog tiristora

S daljnjim povećanjem napona Upr pod utjecajem rastućeg električnog polja u prijelazu P2, opaža se nagli porast broja nositelja naboja nastalih kao rezultat udarne ionizacije tijekom sudara nositelja naboja s atomima. Kao rezultat toga, struja spoja brzo raste kako elektroni iz n2 sloja i šupljine iz p1 sloja jure u p2 i n1 slojeve i zasićuju ih manjinskim nositeljima naboja. S daljnjim povećanjem EMF izvora E ili smanjenjem otpora otpornika R, struja u uređaju se povećava u skladu s vertikalnim presjekom I - V karakteristike (slika 2)

Minimalna prednja struja pri kojoj tiristor ostaje uključen naziva se struja zadržavanja Isp. Kada se prednja struja smanji na vrijednost Ipr <Isp (silaznu granu I — V karakteristike na sl. 2), uspostavlja se veliki otpor veze i tiristor se isključuje. Vrijeme oporavka otpora p-n spoja je obično 1-100 µs.

Napon Uin pri kojem počinje povećanje struje poput lavine može se smanjiti daljnjim uvođenjem manjinskih nositelja naboja u svaki od slojeva uz P2 spoj. Ovi dodatni nositelji naboja povećavaju broj ionizacijskih radnji u P2 p-n spoju i stoga se napon uključivanja Uincl smanjuje.

Dodatni nositelji naboja u triodnom tiristoru prikazanom na sl. 1, uvode se u p2 sloj pomoću pomoćnog kruga napajanog neovisnim izvorom napona. Razmjer do kojeg se napon uključivanja smanjuje kako se povećava upravljačka struja prikazan je skupom krivulja na slici. 2.

Prelazeći u otvoreno (uključeno) stanje, tiristor se ne isključuje čak ni kada upravljačka struja Iy padne na nulu. Tiristor se može isključiti ili snižavanjem vanjskog napona na određenu minimalnu vrijednost, pri kojoj struja postaje manja od struje zadržavanja, ili dovođenjem negativnog strujnog impulsa u krug kontrolne elektrode, čija vrijednost, međutim , razmjerna je vrijednosti struje prekidača naprijed Ipr.

Važan parametar triodnog tiristora je upravljačka struja otključavanja Iu on - struja upravljačke elektrode, koja osigurava prebacivanje tiristora u otvorenom stanju. Vrijednost ove struje doseže nekoliko stotina miliampera.

sl. 2 može se vidjeti da kada se na tiristor primijeni obrnuti napon, u njemu se javlja mala struja, jer su u ovom slučaju prijelazi P1 i P3 zatvoreni. Kako bi se izbjeglo oštećenje tiristora u obrnutom smjeru (koje tiristor stavlja izvan pogona zbog toplinskog sloma takta), obrnuti napon mora biti manji od Urev.max.

U simetričnim diodnim i triodnim tiristorima, inverzna I-V karakteristika podudara se s prednjom. To se postiže antiparalelnim spajanjem dviju identičnih četveroslojnih struktura ili korištenjem posebnih peteroslojnih struktura s četiri p-n spoja.

Riža. 3. Struktura simetričnog tiristora (a), njegov shematski prikaz (b) i strujno-naponska karakteristika (c)

Trenutno se tiristori proizvode za struje do 3000 A i napone uključivanja do 6000 V.

Glavni nedostaci većine tiristora su nepotpuna upravljivost (tiristor se ne isključuje nakon uklanjanja upravljačkog signala) i relativno mala brzina (desetci mikrosekundi). Međutim, nedavno su stvoreni tiristori u kojima je uklonjen prvi nedostatak (tiristori za zaključavanje mogu se isključiti pomoću upravljačke struje).

Potapov L.A.