Устройство и принцип действия тиристора

ТИРИСТОР

Тиристор - полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более p-n переходов.

В вольтамперной характеристике тиристора имеется область отрицательного дифференциального сопротивления. Основное его назначение: пропускать ток (тиристор открыт) или не пропускать ток

а) б)

Рисунок 5.22. Схемотехническое изображение динистора (а) и его структурная схема (б)

(тиристор закрыт). Тиристоры можно считать аналогами электричес-ких ключей, которые могут быть замкнуты или разомкнуты. Мало-мощные тиристоры применяют в релейных схемах и маломощных коммутирующих устройствах. Мощные тиристоры используют при создании управляемых выпрямителей и различных преобразова-телей. Тиристоры делятся на:

· динисторы;

· тринисторы;

· симисторы.

Основу диодного тиристора, или динистора, составляет кристалл

полупроводника четырехслойной структуры. На рисунке 5.22 (а) приведена структурная схема динистора, а на рисунке 5.22 (б) его условное обозначение в схемах. Слой р₁ называют анодом (А), слой n₂ – катодом (К), а два более тонких слоя – базами.

Рисунок 5.23. Вольтамперная характеристика тиристора

Прибор содержит три последовательно включенных n – р – перехода: П₁,П₃ – эмиттерные переходы, П₂ – коллекторный. При включении динистора в электрическую цепь переходы П₁,П₃ смещаются в прямом направлении, а П₂ – в обратном.Поскольку все n – р – переходы соединены последовательно, через них протекает один и тот же ток. Так как переход П₂ закрыт, через тиристор протекает небольшой обратный ток (участок I). При повышении напряжения в переходе П₂ начинается ионизация. В этой области за счет сильного электрического поля возникают дополнительные носители заряда – дырки и электроны. Ток через переход П₂ начинает возрастать, одновременно увеличивается ток и через переходы П₁,П₃. Дырки из анода устремляются в базу n₁, частично рекомбинируют, а частично попадают в базу р₂. Электроны из катодной области таким же образом оказываются в базе n₁. Они компенсируют объмные заряды ионов на границах перехода П₂. Переход П₂ открывается. Это происходит при напряжении На участке II происходит лавинообразный процесс инжекции основных носителей из эмиттеров в базы. Это процесс неконтролируемый и происходит очень быстро. После этого динистор работает на участке III, который соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики диода. Рабочим участком динистора является участок III. Такое состояние тиристора называется открытым. Для выключения динистора необходимо приложить к нему напряжение обратной полярности. При изменении полярности напряжения переходы П₁,П₃ сместятся в обратном направлении, а переход П₂ останется смещенным в прямом направлении. Такое состояние называется закрытым. Линия ВАХ, соответствующая непроводящему состоянию, имеет такой же вид, как ВАХ диода смещенного в обратном направлении. Если снова сменим полярность напряжения, то попадем на участок I вольтамперной характеристики динистора.

Трехэлектродный тиристор, или тринистор кроме выводов от слоев анода и катода, имеет еще вывод с одной из баз. Этот электрод называется управляющим. Структурная схема такого тиристора приведена на рисунке 5.24 (а). Схемотехническое его изображение приведено на рисунке 5.24 (б).

а)