30. Классификация и назначение тиристоров. Структура динистора и его схематическое изображение. Деление динистора на две структуры и схема его замещения.

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы).

В зависимости от количества выводов подразделяют:

• Тиристоры диодные или динисторы, которые имеют только два вывода (анод и катод).

• Тиристоры триодные имеют три вывода (анод, катод и управляющий электрод). К ним относятся: тиристоры, запираемые тиристоры, тиристор-диод и симистор.

• Тиристоры четырехэлектродные или тетродные имеют четыре вывода (пару входных и пару выходных электродов). К ним относят тиристорную оптопару.

По виду ВАХ подразделяют на:

• тиристоры, которые не проводят в обратном направлении (динисторы, тиристоры и запираемые тиристоры);

• тиристоры, которые проводят в обратном направлении (тиристор-диод);

• симметричные тиристоры, которые переключаются в открытое состояние в любых направлениях (симисторы или триаки).

Структура динистора (а) и его условное графическое обозначение (б)

31. Вольт-амперная характеристика динистора и схема его включения. Схемы выключения динистора: размыканием цепи, шунтированием прибора, снижением тока анода и подачей обратного напряжения.

Схема подключение динистора.

ВАХ динистора

Горизонтальная ось – напряжение между анодом и катодом U.

Вертикальная ось – ток, протекающий через прибор I.

 

Участок 1 – прямое запертое состояние динистора. Здесь M(α₁ + α₂)<< 1, а I I_o.

В пределах этого участка увеличение анодного напряжения мало влияет на ток, пока не будет достигнуто напряжение Uвкл (точка а, при которой наступает лавинообразный процесс возрастания тока, и динистор отпирается).

Прямое напряжение, соответствующее точке а, называется напряжением включенияU_вкл, а ток – током включенияI_вкл. При этом M(α₁ + α₂) = 1. 

Участок II.

В процессе переключения динистора в отпертое состояние незначительное увеличение тока I сопровождается быстрым уменьшением напряжения U, т.к. составляющие транзисторы переходят в режим насыщения, при котором коллекторный переход I₂ включается в прямом направлении. 

Участок III.

Соответствует отпертому состоянию прибора (α₁ + α₂)  1. В пределах этого участка все три перехода включены в прямом направлении. Величина прямого тока при напряжении источника Um и сопротивлении нагрузки Rн определяется только сопротивлением внешней цепи. Наибольший прямой постоянный ток Iпр.макс, который может протекать через прибор, ограничивается его размерами, конструкцией и условиями охлаждения. Uост. значительно зависит от величины прямого тока. Прибор сохраняет проводящее состояние до тех пор, пока прямой ток будет больше некоторого минимального тока, называемого током удержания Iуд (условие удержания  (α₁ + α₂)  1). 

Участок IV.

Характеризует состояние прибора, когда к его электродам приложено напряжение обратной полярности. При увеличении Uобр до значения обратного пробивного напряжения U_{обр.проб} (точка б) наступает пробой перехода I₁, который может привести к разрушению прибора. U_{обр.макс}, которое может выдержать прибор, указывается в паспортных данных.

32. Структура тиристора (тринистора) с катодным и анодным управлением и его условное графическое обозначение. Принцип работы тиристора. Вольт-амперная характеристика тиристора. Переходные процессы при включении тиристора.

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Условное обозначение тиристора.

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. На длительность переходного процесса при включении значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управления iG , температура полупроводниковой структуры тиристора, приложенное напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания прямого напряжения duAC/dt, при которых может произойти самопроизвольное включение тиристора при отсутствии сигнала управления iG и скорости нарастания тока diA/dt. В то же время крутизна сигнала управления должна быть высокой.

Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит при работе тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля.

ВАХ тиристора.

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

• Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.

• В точке 1 происходит включение тиристора.

• Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

• Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).

• В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток I_h.

• Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.

• Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.