V. Тиристоры.

Это электропреобразовательный п/п прибор с 3 и более p-n переходами, используемый для переключения, ВАХ которого содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Устройство и обозначения:

Простейшим тиристором является динистор (неуправляемый переключаемый диод, представляющий собой 4 слойную структуру p1-n1-p2-n2 рис 78а и имеющий 2 вывода).

Распределение примесей в областях прибора и энергетическая диаграмма в состоянии равновесия показаны на Рис. 79.

Как и у других типов тиристоров, здесь крайние p-n переходы (П₁ и П₃) называются эмиттерными, а средний переход (П₂) – коллекторный. Внутренние области структуры, лежащей между переходами называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с n₂ областью называются катодом, а p₁ – анодом. R_н – сопротивление нагрузки.

Принцип работы динистора.

Пусть между анодом и катодом, приложено небольшое напряжение U_п (Рис. 78а). Переходы П₁ и П₃ находятся под прямым напряжением, а П₂ – под обратным. Поскольку на П₁ нарушается равновесие. То происходит инжекция дырок из области p₁ в n₁ область. Они (дырки) захватываются полем перехода П₂ и перебрасываются в область p₂. Структура p₁-n₁-p₂ подобна структуре БТ, движение носителей зарядов в котором (дырок слева-направо), можно характеризовать коэффициентом передачи тока a₁. Аналогично, на переходе П₃, возникает инжекция электронов из n₂ в p₂ и далее в n₁ область. Т.е. структуру n₂-p₂-n₁ можно так же представить эквивалентным БТ с коэффициентом a₂ (электроны двигаются справа налево). В базе p₂ происходит накопление дырок, а в базе n₁ электронов, однако, их объемные заряды недостаточны, чтобы снизить потенциальный барьер П₂, который находится под обратным напряжением, причем I_A=I_обр. С увеличение U_п, в некоторых пределах, ток I_A почти не меняется (участок 1 на ВАХ рис. 78б). Почти все напряжение U_п в этот момент падает на динисторе, а на R_н только малая часть. С увеличением U_п ширина запирающего слоя П₂ увеличивается и при некотором напряжении включения U_вкл происходит лавинное размножение носителей в П₂. Происходит обратимый электрический пробой перехода П₂ (участок 2). Так I_A увеличивается в областях n₁ и p₂ растут избыточные концентрации, соответственно электронов и дырок. Инжекция дырок через П₁ и электронов через П₃ возрастает и П₂ за счет этого переходит в открытое состояние. Рост I_A сопровождается уменьшение сопротивления перехода П₂ и сопротивлений всех других областей прибора. Поэтому, при увеличении I_A уменьшается напряжение анод-катод (участок 3 на ВАХ, характеризующийся отрицательным дифференциальным сопротивлением). Происходит включение тиристора. Напряжение на тиристоре падает, на R_н возрастает. Когда П₂ переходит в открытое состояние, то ВАХ соответствует прямой ветви диода, смещенной в прямом направлении (участок 4). Если к тиристору приложить U_обр (противоположно U_п) то П₁ и П₃ окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора соответствует обратной ветви ВАХ обычного диода (участок 5) с необратимым пробоем (участок 6) при высоком U_обр. Таким образом, структуру динистора можно представить в виде двух БТ (Рис. 80).

Принцип действия тринистора.

Тиристор с 3 выводами называется триодным тиристором или тринистором. В тринисторе, одна из баз используется для выполнения работы прибора и называется управляющим электродом (Рис. 81).

На рисунке 81а показана схема включения тринистора. Ток управляющего электрода I_y втекает в область p₂, суммируясь с общим током через прибор. Это эквивалентно увеличению концентрации носителей, что приводит к уменьшению U_вкл. Таким образом, меняя I_y можно управлять процессом переключения тринистора из закрытого состояния в открытое, что видно на ВАХ рисунка 81б.

Симметричные тиристоры.

Эти тиристоры (симисторы или триаки) имеют практически одинаковые ВАХи для прямого и обратного напряжения. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применение пятислойных структур с 4-мя p-n переходами. Структура симметричного тиристора из 5-ти областей и его ВАХ показаны на рисунке 82.

Крайние переходы зашунтированы объемными сопротивлениями, прилегающих к этим p-n переходам областей p типа. Если на тиристоре напряжение + на n₁ и – на n₃, то переход П₁ смещен в обратном направлении (ток через него мал) весь ток идет по шунтирующему сопротивлению p₁ области и, далее в à n₂à p₂à n₃. При смене полярности внешнего напряжения переход П₄ оказывается включенным в обратном направлении, поэтому будет зашунтирован малым сопротивлением p2области. Рабочая часть тиристора будет структурой n₁-p₁-n₂-p₂. Таким образом, симметричный тиристор представляет собой 2 тиристора, включенных встречно и шунтирующих друг друга. Поэтому ВАХ будет симметрична (Рис. 82 б). Управление осуществляется подачей положительного напряжения в одну из p областей (p₁ в данном случае).

Параметры тиристоров.

1) Напряжение включения U_вкл;

2) Ток включения I_вкл – значение прямого анодного тока, выше которого тиристор переключается в открытое состояние, при разомкнутой цепи управляющего вывода.

3) Отпирающий ток управления I_y.вкл – это наименьший ток в цепи управляющего вывода, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние при данном напряжении на тиристоре.

∞) И т.д.

В условном обозначении тиристора вторым элементом являются буквы Н для неуправляемых (динисторов) и У для управляемых тиристоров. Тиристоры находят наиболее широкое применение в устройствах преобразовательной техники (выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и др.).