3–1 Полупроводниковый прибор: Тиристор. Вольтамперная характеристика, разновидности, условное обозначение, применение

Тиристор (от греч. thyra – дверь) является переключающим прибором. Тиристор – полупроводниковый прибор с четырехслойной p-n-p-n-структурой с тремя последовательными p-n-переходами, характеризующийся двумя устойчивыми состояниями в прямом направлении и запирающими свойствами в обратном направлении. Структура диодного тиристора показана на рисунке 1.

Рис. 1 Структура диодного тиристора

Крайние области структуры зовытся p- и n-эмиттеры, а области, примыкающие к среднему переходу – p- и n-базы. Эмиттерные переходы являются силовыми и называются катодом и анодом. Переход П1 является эмиттерным или катодным, П2 – коллекторным, П3 – эмиттерным или анодным. Структуру тиристора можно представить в виде схемы замещения (рис. 2), состоящей из транзисторов Т1 и Т2 типа n-p-n и p-n-p.

База и коллектор транзистора Т1 соединены соответственно с базой и коллектором транзистора Т2, образуя цепь внутренней положительной обратной связи. Если к аноду тиристора подключить плюс источника питания, а к катоду – минус, то переходы П1 и П3 будут смещены в прямом, а П2 – в обратном направлении. Таким образом напряжение источника питания окажется приложенным к переходу П2 и будет определяться выражением I=Iк0 / [1 – (α1+α2)], где Iк0 – обратный ток перехода П2, α1 и α2 – коэффициенты усиления. Из выражения следует, что ток I зависит от α1 и α2 и резко возрастает, когда их сумма приближается к единице. Коэффициенты α1+α2 зависят от тока эмиттера, напряжения на коллекторном переходе и ряда других факторов.

Посмотрим на вольтамперную характеристику тиристора.

Рис. 3 Вольтамперная характеристика диодного тиристора

На характеристике участок ОА соответствует выключенному (закрытому) состоянию тиристора. На этом участке через тиристор протекает ток утечки Iзкр и сопротивление тиристора очень велико (порядка мегаом). При повышении напряжения до определенного значения Uвкл (на характеристике точка А) ток через тиристор резко возрастает (скачком). Дифференциальное сопротивление тиристора в точке А равно нулю. На участке AB дифференциальное сопротивление тиристора отрицательное. Этот участок соответствует неустойчивому состоянию тиристора. При включении последовательно с тиристором сопротивления нагрузки рабочая точка смещается на участок BC, соответствующий включенному состоянию тиристора. На этом участке сопротивление тиристора опять положительное. Для того, чтобы поддерживать тиристор в открытом состоянии через него должен протекать ток не менее Iуд. Снижая напряжение на тиристоре, можно уменьшить ток до значения, меньшего Iуд и перевести тиристор в выключенное состояние.

Диодный тиристор чаще называют динистором.

Если к одной из базовых областей прилепить вывод, то получится управляемый переключающий прибор, который зовут триодный тиристор или просто тринистор. Подавая через этот вывод прямое (управляющее) напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать значение Uвкл. Чем больше ток через управляющий переход, тем меньше Uвкл. Вольтамперная характеристика такого тиристора аналогична ВАХ динистора, только при различных Uвкл (например, при меньших его значениях) точка А (рис. 3) смещается влево, ближе к оси тока. ............