Краткие теоретические сведения
Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя и более р-n переходами. Тиристоры , в основном, предназначены для работы в качестве электронных ключей. Тиристоры обладают двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В зависимости от конструктивного выполнения тиристоры подразделяются на диодные (два электрода) или динисторы и триодные (три электрода) или тринисторы. Также возможны двунаправленные конструкции – симисторы. На рис1 показаны условные обозначения тиристоров.
Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику.
Условное обозначение тиристоров приведено на рис. 1
1 – диодный, 2- диодный симметричный, 3-триодный с управлением по катоду, 4- триодный с управлением по аноду, 5-триодный симметричный.
Рис. 1. Условные обозначения тиристоров
Структура динистора и его вольт-амперная характеристика представлены на рисунке 2.
Рис. 2. а) – структура динистора; б) – вольт-амперная характеристика динистора
Как видно, структура представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n-прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода. ВАХ тиристора 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. Данный участок является отличительной особенностью семейства вольт-амперных характеристик тиристора, его невозможно исследовать аппаратурно.
Отрицательным дифференциальным сопротивлением называется свойство отдельных элементов или узлов электрических цепей, проявляющееся в возникновении на вольтамперной характеристике участка, где напряжение уменьшается при увеличении протекающего тока или имеет место уменьшение тока при увеличении напряжения.
Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянии (прямой проводимости).
В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток
Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
Участок между 4 и 5 – режим обратного пробоя.
На рис. 3 представлены структура тиристора (тринистора) и его семейство вольт-амперных характеристик при различных значениях управляющих токов.
Рис. 3. а) – структура тиристора; б) – семейство вольт-амперных характеристик тиристора
Основные параметры тиристоров
Постоянное напряжение включения Uвкл (десятки-сотни вольт).
Напряжение в открытом состоянии Uос – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии (1-3В).
Обратное напряжение Uобр – напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности (единицы -тысячи вольт).
Постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии Uзс – максимальное значение прямого напряжения, при котором не происходит включения тиристора.
Неотпирающее напряжение на управляющем электроде U у нот - наибольшее напряжение, не вызывающее отпирание тиристора.
Ток в открытом состоянии Iос – максимально значение тока открытого тиристора.
Отпирающий ток управления I у од – наименьший ток управляющего электрода, необходимый для включения тиристора.
Время включения tвкл – время с подачи отпирающего импульса до момента, когда напряжение на тиристоре уменьшится от 0.1 своего начального значения.
Время выключения t выкл – минимальное время, в течении которого к тиристору должно прикладываться запирающее напряжение.
Предельно допустимая рассеиваемая мощность Рмакс доп.