1.6. Тиристоры.

Первые промышленные образцы тиристоров по­явились в конце пятидесятых годов. В настоящее время эти приборы получили широкое распростране­ние. Преимущества тиристоров: малые масса и габариты, большой срок службы, высокий КПД, малая чувствительность к вибрации и механи­ческим перегрузкам, способность работать при низ­ких (прямых) и высоких (обратных) напряжениях и при очень больших токах( сотни ампер).

Основное свойство тиристора, обеспечивающее ему применение в автоматике, элек­тронике, энергетике - это способность находиться в двух устойчивых состояниях: закрытом и открытом. В закрытом состоянии сопро-тивление тиристора состав­ляет десятки миллионов Ом и он не пропускает ток при напряжениях до тысячи Вольт; в открытом — сопротивление тиристора незначитель­но. Падение напряжения на нем около 1 В при токах в десятки и сотни ампер. Переход тиристора из од­ного состояния в другое происходит за очень корот­кое время, практически скачком.

Тиристоры делятся на динисторы и тринисторы.

Д инистор — это тиристор с двумя электродами (выводами). Переход динистора из одного состояния в другое осуществляется изменением значения или полярности напряжения на выводах.

Р ис.1.25. Структурное изображение и условное обозначе- ние динистора: ЭП1,ЭП2-эмиттерные переходы; КП - коллекторный переход.

Рис.1.26. Вольт-амперная характеристика динистора.

Работа динистора в пределах участка I его ВАХ (рис.1.26) соответствует закрытому состоянию. Переход в открытое состояние происходит благодаря лавинному размножению носителей эл. зарядов (дырок и электронов на участках II и III). Сущность лавинного размножения сводится к следующим физи­ческим процессам. Из эмиттерной области р₁ дырки, преодолевая потенциальный барьер эмиттерного пе­рехода ЭП₁ инжектируют в базовую область n₁ и входят в базовую область р₂. Потенциальный барьер эмиттерного перехода ЭП₂ задерживает некоторую часть дырок в р₂, образуя положительный заряд, снижающий высоту потенциального барьера перехода ЭП₂. Это увеличивает инжекцию электронов из эмиттерной области п₂ в базовую область р₂ , а затем в базу п₁. В базовой области n₁, как и в базовой области р₂, создается избыточный заряд электронов, что приводит к еще большей инжекции дырок из эмиттерной области р₂. Т.о. в динисторе при некотором прямом напряжении включения динистора (U_вкл), наблюдается лавинный рост тока с одновременным уменьшением напряжения на тиристоре. Лавинный рост тока ограничивается напряжением на резисторе R, включаемым в анодную цепь тиристора. Переход коллекторного перехода в открытое состояние обусловлен большими зарядами в базах и поддерживаемы­м током динистора. При уменьшении тока до величины I_выкл ти­ристор закрывается.

Т .о., динистор может находиться в закрытом и открытом состояниях. Основное применение динисторов- схемы с клю­чевым режимом работы

Рис.1.27.Структурные изображения и условные обозначения тринистора.

Наличие на ВАХ падающего участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением расширяет прак­тическое использование динисторов. Недостаток динистора – невозможность управлять напряжением включения, не меняя внешнего напряжения, решается в управляемом тиристоре (тринисторе), где один из эмиттеров - управляющий.

У правление напряжением переключения в тринисторе осуществляется подачей напряжения на третий—управляю­щий электрод (см. рис.1.27),подключенный к любой из баз тринистора. Использование той или иной базы приводит лишь к изменению полярности источника управляющего напряжения. Полярность управляющего напряжения должна облегчить включение тринистора.

Рис.1.28. ВАХ тринистора.

С ростом управляющего тока уменьша­ется потенциальный барьер и увели­чивается число инжектированных зарядов, растёт ток и снижается напряжение переключения. Управляющий ток открывает тринистор. Для этого в цепь эмиттера подают импульс, зна­чительно меньший, чем ток в нагрузке. После открытия тринистора управляющий электрод теряет свои управляющие свойства. Для закрывания тринистора напряжение на аноде уменьшают до величины, меньшей тока включения или подают импульс обратной полярности.

Пара­метры тиристоров:

1.Напряжение включенияU_вкл- прямое напряже­ние, при котором тиристор переходит из закрытого в открытое состояние (до нескольких тысяч вольт).

2.Ток включения I_вкл- прямой ток перехода тиристора в открытое состояние.

3.Ток управления I_упр — наименьший ток в цепи управляющего электрода, для перехода из закрытого состояния в открытое при данном напряжении на аноде.

4.Ток выключения I_выкл- ток, ниже которого тиристор закрывается.

5.Остаточное напряжение U_ост-напряжение открытого тиристора(1-2В).

6.Время включения t_вкл-время возрастания тока до 0,9 значения(не больше 1мкс).

7.Время выключения t_выкл- время закрывания тиристора (не больше10 - 20 мкс).

Тиристоры изготавливаются из кремния методом сплавления и диффузии или методом последователь­ной диффузии. Укремния зависимость коэффициен- та передачи тока α(I)выражена ярче, чем у германия, а также у него меньшие токи при обратном включении р-п-перехода и он выдерживает более высокие температуры.

Маркировка тиристоров. Первый эле­мент: К или 2 - материал, из которого выполнен тиристор. Второй элемент элемент: Н - неуправляемый и У- управляемый тиристоры. Третий элемент — трехзнач­ные числа, определяющие, на какой ток рассчитан тиристор:101-199 - с предельным током до 0,3 А; 201- 299 - при токе от 0,3 до 10 А; 301—399 - при токе более 10 А.

В настоящее время промышленность выпускает в основном управляемые тиристоры, т.к. они позволяют управлять напряжением включения, что расширяет области их практического применения. По внешнему виду тиристоры напоминают транзисторы и диоды средней мощности.