Тиристоры

Рис. 4.1. Обозначение тиристора и его выводов на схемах.

Рис. 4.2. Схема устройства тиристора.

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя p–n переходами и тремя выводами, которые называются анод, катод и управляющий электрод (рис. 4.1, 4.2). Цепь анод–катод служит для пропускания основного тока тиристора. Через управляющий электрод и катод проходят управляющие импульсы.

Тиристоры обычно применяют для управления напряжением и током различных нагрузок, чаще всего для изготовления выпрямителей с регулируемым напряжением мощной нагрузки.

Тиристор – переключающий прибор. Он может быть только в одном из двух состояний: в открытом, в котором он пропускает ток в цепи анод–катод, и в закрытом, в котором он не пропускает ток в этой цепи.

Если потенциал катода больше, чем потенциал анода, то тиристор будет закрыт. Если потенциал анода больше, чем потенциал катода, то тиристор будет закрыт до тех пор, пока не произойдет одно из двух событий: напряжение анод–катод превысит прямое напряжение пробоя или в цепи управляющий электрод–катод будет пропущен отпирающий импульс. После этого тиристор переходит в открытое состояние и остается в нем, пока ток в цепи анод–катод по каким–либо не зависящим от тиристора причинам не станет меньше значения, называемого током удержания.

Рис.4.3. Представление тиристора в виде двух транзисторов.

Работу тиристора можно пояснить, представив его в виде соединения двух транзисторов (рис. 4.3.). Если мы приложим прямое напряжение между анодом и катодом, оба транзистора будут закрыты, т.к. будет закрыт средний переход тиристора. Через этот переход, т.е. через базы обоих транзисторов, будет протекать только слабый ток утечки. Если прямое напряжение увеличивать, то ток утечки будет расти. Транзисторы включены так, что они создают положительную обратную связь по этому току, то есть коллекторный ток одного из них является током базы для другого. Увеличивая ток базы одного транзистора, мы увеличиваем его коллекторный ток. Это приводит к возрастанию тока базы второго транзистора и к росту его коллекторного тока, т.е. тока базы первого транзистора, и т.д., пока оба транзистора полностью не откроются.

Рис. 4.4. Вольт–амперные характеристики тиристора.

Поэтому при достижении некоторого напряжения между анодом и катодом происходит быстрое открывание обоих транзисторов (т.е. пробой среднего перехода тиристора). Это напряжение прямого пробоя тем меньше, чем больше ток, протекающий в цепи управляющего электрода и катода (это ток базы n–p–n транзистора схемы замещения). Поэтому вольт–амперные характеристики тиристора имеют вид, показанный на рис. 4.4.

Если ток управляющего электрода достаточно большой, то тиристор открывается даже при малом значении напряжения анод–катод. При этом хватает только импульса управляющего тока, т.к. после включения благодаря положительной обратной связи оба транзистора поддерживают друг друга в открытом состоянии.

Рис. 4.5. Простейшая схема тири– сторного регулятора напряжения.

Чтобы закрыть тиристор, нужно каким–либо способом уменьшить ток в цепи анод–катод. В случае питания цепей с тиристорами от сети переменного тока это происходит автоматически в каждом периоде питающего напряжения при снижении его до нуля (рис.4.5, 4.6). Генератор управляющих импульсов включает тиристор через некоторое время после появления прямого напряжения между анодом и катодом. Это время можно регулировать, изменяя среднее значение напряжения нагрузки (рис. 4.6). При питании от источника постоянного напряжения для закрывания тиристоров обычно используют дополнительные элементы цепи.

Рис. 4.6. Графики напряжения нагрузки и напряжения питания тиристорного регулятора.

Основными характеристиками тиристора являются: максимальное прямое напряжение – это напряжение анод–катод, при котором тиристор без управляющих импульсов гарантированно остается в закрытом состоянии; максимальный прямой ток; прямое напряжение (порядка 1–2 В) – это напряжение анод–катод в открытом состоянии при максимальном токе; обратный ток – это слабый ток утечки при включении тиристора в обратной полярности на максимальное напряжение; ток управления и напряжение управления – это ток и напряжение, которые должен обеспечивать источник управляющих импульсов.

Многослойные полупроводниковые приборы бывают разных типов: тиристоры с анодным управлением – у них открывающий импульс пропускается по цепи управляющий электрод–анод, динисторы – они не имеют управляющего электрода и включаются при определенном напряжении анод–катод, симисторы – у них четыре p–n перехода и симметричная ВАХ, выключаемые тиристоры – с электродом для выключающего импульса, и т.д.

В настоящее время тиристоры все больше уступают место транзисторам, более удобным в управлении и превосходящим тиристоры по быстродействию.