7.1. Устройство и принцип действия тиристоров

Упрощенная структура триод-тиристора и схема ее включения показаны на рис.7.1,а. Крайние слои p₁ и n₂ называют эмиттерами, а средние слои п₁, p₂ - базами (п₁ - толстая база, p₂ - тонкая база). Верхний Э₁ и нижний Э₂ р-п переходы называют эмиттерными, средний К - коллекторным.

Внешние выводы от эмиттерных областей являются главными электрода». Вывод от эмиттера Р₁ называют анодом А, вывод от эмиттера n₁ - катодом К. От тонкой базы p₂ имеется вывод - управляющий электрод (УЭ). Все внешние выводы образуют с облас­тями тиристора невыпрямляющие контакты.

Динистор отличается от триод-тинистора только тем, что у не­го нет управляющего электрода. Следовательно, тринистор при ра­зомкнутой цепа УЭ (I_У =0) является динистором. В связи с этим динисторы отдельно не рассматриваются.

На рис.7.1,б приведены условные обозначения тиристора.

При подключении внешнего напряжения Е_П , с полярностью, ука­занной на рис.7.1,а (такое направление называется прямым), эмиттерные переходы Э₁ и Э₂ смещены в прямом направлении. Коллек­торный переход К смещен в обратном направлении и к нему приложено практически все внешнее напряжение Ua (Ua  Е_П). Эмиттер Р₁ инжектирует в базу n₁ дырки, поток которых образует ток I_Э1. Инжектированные дырки в базе п₁ диффундируют в сторону коллекторного перехода точно так же, как в базе транзистора. Часть их рекомбинирует с электронами, а остальная часть -₁I_Э1 , достигает коллекторного перехода и увеличивает коллекторный ток I_K. Точно так же эмиттер n₂ инжектирует электроны в базу Р₂ , поток которых образует ток I_Э2. Часть электронов рекомбинирует в базе Р₂ , а остальная часть - ₂I_Э2, достигает коллектор­ного перехода и тоже увеличивает ток I_К.

а б

Рис. 7.1

Таким образом, ток коллекторного перехода I_К управляет­ся двумя эмиттерными токами – I_Э1 , I_Э2. Кроме того, через обрат-носмещенный коллекторный переход течет обратный ток I_ОБ. Общий ток I_К будет определяться всеми тремя составляющими:

(7.1)

Через эмиттерный переход Э₂ протекает сумма токов I_a и I_у:

(7.2)

Через остальные два перехода (K и Э₁) протекает один общий ток, равный току внешней цепи I_a:

(7.3)

Подставив в (7.1) значения токов из (7.2) и (7.3), легко найти величину тока I_a во внешней цепи, выраженную через парамет­ры транзистора:

(7.4)

Выражение (7.4) в неявном виде является вольт-амперной ха­рактеристикой тиристора.

При разомкнутой цепи УЭ (I_у=0) харак­теристика (7.4) переходит в динисторную характеристику:

(7.5)

При напряжениях на коллекторном переходе, далеких от про­бивного, ток I_об почти равен тепловому току I_K0:

Однако вблизи пробоя ток I_об больше I_K0 за счет лавинного размножения M:

В формулах (7.4) и (7.5) иногда вместо I_об используется его значение из (7.6), вдали от пробоя величина М считается равной единице.

В зависимости от величины знаменателя в (7.5) ток может иметь два резко различных значения, а тиристор может находиться в двух резко различных состояниях: закрытом и открытом.

7.2. Закрытое и открытое состояние тиристора