2.4. Тиристоры (vs)

Тиристор– это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (VSзакрыт) и состоянием высокой проводимости (VSоткрыт).

Перевод VSиз закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор. К числу таких воздействий относятся воздействия напряжением (током) или светом (фототиристоры).

Тиристоры используются в цепях эл. питания устройств связи и энергетики, различных автоматических управляющих устройствах в качестве регуляторов освещения, устройствах цветомузыки и т.д.

По своей структуре тиристоры отличаются от биполярных транзисторов тем, что у них не три, а четыре (и более) полупроводниковых слоя, в которых проводимость последовательно чередуется. Вследствии этого в тиристоре образуется три и более перехода вместо двух, как у биполярного транзистора. Рассмотрим устройство тиристора (рис. 1). Крайнюю область Р1 называют анодом, крайнюю областьN2 –катодом.

§ 1. Принцип действия.

Подадим на тиристор напряжение «+» к аноду, «–» к катоду. При такой полярности включения внешнего напряжения к крайним переходам П1 и П3 приложено прямое напряжение, а к среднему переходу П2 – обратное. Следовательно, переходы П1 и П3 открыты, а П3 – закрыт. Это приводит к тому, что большая часть внешнего напряжения приложена к переходу П2, имеющему очень большое сопротивление, и только незначительная часть этого напряжения приложена к переходам П1 и П3, сопротивление которых намного меньше. При этом VSнаходится в закрытом состоянии, благодаря большому сопротивлению перехода П2.

Для того, чтобы осуществить переключение, т.е. открыть VS, необходимо скомпенсировать потенциальный барьер на границе областейN1 –P2. Рассмотрим, как это происходит.

VS, имеющий триp–n– перехода, удобно представить в виде двух биполярных транзисторовp–n–pиn–p–n. Это дает возможность для анализа работы тиристора использовать положения и выводы из теории работы биполярных транзисторов.

Как видно из рис.2, оба транзистора работают в активном режиме. На эмиттерные переходы P1N1 иN2P2 подается прямое напряжение, на коллекторный переходP2N1, общий для обоих транзисторов, – обратное напряжение.

Рис.1. - Структура тиристора
	Рис. 2. - Эквивалентная схема тиристора в виде двух транзисторов

Под действием прямых напряжений, приложенных к эмиттерным переходам, происходит инжекция основных носителей заряда из эмиттеров P1 иN2 в соответствующие базыN1 иP2. В транзистореn–p–nэлектроны из эмиттераN2 переходят в базуP2, где становятся неосновными носителями. Часть этих электронов рекомбинирует в базе, а остальные переходят на коллекторN1 под действием обратного напряжения коллекторного перехода. В результате этого перехода в областиN1 создается избыточный заряд. Аналогичные явления происходят в транзистореp–n–p. Дырки из эмиттераP1 инжектируют в базуN1, где часть их рекомбинирует с электронами базы, а остальные перебрасываются в коллекторP2, создавая в нем избыточный положительный заряд. Напомним, что за счет обратного напряжения на границе перехода имеется двойной электронный слой, состоящий из нескомпенсированных положительных зарядов в областиN1 и отрицательных зарядов в областиP2, которые образуют потенциальный барьер.

Избыточные электроны в области N1 и дырки в областиP2, накапливаясь, создают свое электрическое поле, которое снижает потенциальный барьер на границе переходаP2N1.

При повышении внешнего напряжения, приложенного между анодом и катодом, возрастает прямое напряжение на эмиттерных переходах П1 и П3, большее число носителей заряда переходит на коллекторы соответствующих транзисторов. Это приводит к возрастающему накоплению избыточных зарядов основных носителей в областях P2 иN1, что способствует понижению потенциального барьера на переходе П2 вплоть до его полной компенсации.

При полной компенсации обратного напряжения на коллекторном переходе он откроется и его сопротивление будет таким же малым, как и у обоих эмиттерных переходов, ток тиристора резко возрастет.