5. Тиристоры

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с двумя устойчивыми режимами работы (включен, выключен), имеющие три или более p-n–переходов.

Тиристор по принципу действия – прибор ключевого типа. Во включенном состоянии он подобен замкнутому ключу, а в выключенном – разомкнутому ключу. Те тиристоры, которые не имеют специальных электродов для подачи сигналов с целью изменения состояния, а имеют только два силовых электрода (анод и катод), называют неуправляемыми, или диодными, тиристорами (динисторами). Приборы с управляющими электродами называют управляемыми тиристорами, или просто тиристорами.

Тиристоры являются основными элементами в силовых устройствах электроники, которые называют также устройствами преобразовательной техники (управляемые выпрямители, инверторы и т. п.).

Существует большое количество различных тиристоров. Наиболее часто используют незапираемые тиристоры с тремя выводами, управляемые по катоду. Такие тиристоры содержат два силовых и один управляющий электрод и проводят ток только в одном направлении.

Упрощенное изображение структуры тиристора представлено на рис. 5.1, а его условное графическое обозначение – на рис. 5.2.

Обратимся к простейшей схеме с тиристором (рис. 5.3), где использованы следующие обозначения:

• i_a – ток анода (силовой ток в цепи анод-катод тиристора);

• u_ak – напряжение между анодом и катодом;

• i_y – ток управляющего электрода (в реальных схемах используют импульсы тока);

• u_yk – напряжение между управляющим электродом и катодом;

• u_пит – напряжение питания.

Рис. 5.1. Структурная схема тиристора

Рис. 5.2. Графическое изображение тиристора

Рис. 5.3. Схема управления с применением тиристора

Предположим, что напряжение питания меньше так называемого напряжения переключения U_пер (u_пит<U_пер) и что после подключения источника питания импульс управления на тиристор не подавался. Тогда тиристор будет находиться в закрытом (выключенном) состоянии. При этом ток тиристора будет малым (i_a=0) и будут выполняться соотношения ,(нагрузка отключена от источника питания).

Если предположить, что выполняется соотношение u_пит>U_пер или что после подключения источника питания (даже при выполнении условия u_пит<U_пер) был подан импульс управления достаточной величины, то тиристор будет находиться в открытом (включенном) состоянии. При этом для всех трёх переходов будут выполняться соотношения ,,(т. е. нагрузка оказалась подключенной к источнику питания).

Существуют тиристоры, для которых напряжение U_пер больше 1 кВ, а максимально допустимый ток i_a больше, чем 1 кА.

Характерной особенностью рассматриваемого незапираемого тиристора, который очень широко используется на практике, является то, что его нельзя выключить с помощью тока управления.

Для выключения тиристора на практике не него подают обратное напряжение u_ак<0 и поддерживают это напряжение в течение времени, большего так называемого времени выключения t_выкл. Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд. За это время избыточные заряды в слоях n₁ и p₂ исчезают. Для выключения тиристора напряжение источника питания u_пит в приведенной выше схеме (см. рис. 5.3) должно изменить полярность.

После указанной выдержки времени на тиристор вновь можно подавать прямое напряжение (u_ак>0), и он будет выключенным до подачи импульса управления.

Существуют и широко используются так называемые симметричные тиристоры (симисторы, триаки). Каждый симистор подобен паре рассмотренных тиристоров, включенных встречно-параллельно (рис. 5.4). Условное графическое обозначение симистора показано на рис. 5.5.

Рис. 5.4 Рис. 5.5