Электротехника, электроника и схемотехника (часть 2)

### Тема 1: Полупроводниковые приборы

назад | оглавление | вперед

### 1.9: Тиристоры

Тиристором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более p-n переходами, используемый для переключения, в вольтамперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления.

Классификация, обозначения и типовые ВАХ тиристоров приведены в табл. 1.5.

Простейшим тиристором является динистор — неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.45, a). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние p-n переходы называются эмиттерными, а средний p-n переход — коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней «-областью, называется катодом, а с внешней p-областью — анодом.

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.45, а, коллекторный p-n переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.45, а).

Рисунок 1. 45 Рисунок 1.46

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.45, б). В л-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд. Напряжение Uвкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триод-ным, или тринисторным. Схема включения тринистора показана на рис. 1.46. Возможность снижения напряжения Uвкл при росте тока управления, показывает семейство ВАХ, изображенных в табл. 1.5.

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.46), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

В отличие от рассмотренных несимметричных тиристоров в симметричных обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n переходами.

Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.

Таблица 1.5

Наименование | Обозначения | Основные характеристики

Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении.

Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении

Тиристор диодный симметричный

Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду

по катоду

Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду

по катоду

Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении, с управлением:

По аноду

По катоду

Тиристор триодный симметричный

назад | оглавление | вперед