интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Что такое тиристор и как он работает? Тиристор что такое


принцип работы и что это такое?

Открытие свойств переходов полупроводников по праву можно назвать одним из важнейших в ХХ веке. В результате появились первые полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы. А также схемы, в которых они нашли применение. Одной из таких схем является соединение двух биполярных транзисторов противоположных типов — p-n-p c n-p-n. Эта схема показана далее на изображении (б). Она иллюстрирует, что такое тиристор и принцип его действия.  В ней присутствует положительная обратная связь. В результате каждый транзистор увеличивает усилительные свойства другого транзистора.

Транзисторный эквивалент

При этом любое изменение проводимости транзисторов в любом направлении лавинообразно нарастает и завершается одним из граничных состояний. Они либо заперты, либо отперты. Этот эффект называется триггерным. А по мере развития микроэлектроники оба транзистора объединили в 1958 году на одной подложке, обобщив одноименные переходы. В результате появился новый полупроводниковый прибор, названный тиристором. На взаимодействии двух транзисторов и зиждется принцип работы тиристора. В результате объединения переходов у него такое же количество выводов, как и у транзистора (а).

Структура тиристора и его транзисторная эквивалентная схема Структура тиристора и его транзисторная эквивалентная схема

На схеме управляющий электрод — это база транзистора структуры n-p-n. Именно ток базы транзистора изменяет проводимость между его коллектором и эмиттером. Но управление может быть выполнено также и по базе p-n-p транзистора. Таково устройство тиристора. Выбор управляющего электрода определяют его особенности, в том числе выполняемые задачи. Например, в некоторых из них вообще не используются какие-либо управляющие сигналы. Поэтому, зачем же использовать управляющие электроды...

Динистор

Это задачи, где применяются двухэлектродные разновидности тиристоров — динисторы. В них присутствуют резисторы, соединенные с эмиттером и базой каждого транзистора. Далее на схеме это R1 и R3. Для каждого электронного прибора есть ограничения по величине приложенного напряжения. Поэтому до некоторой его величины упомянутые резисторы удерживают каждый из транзисторов в запертом состоянии. Но при дальнейшем увеличении напряжения через переходы коллектор–эмиттер появляются токи утечки.

Они подхватываются положительной обратной связью, и оба транзистора, то есть динистор, отпираются. Для желающих поэкспериментировать далее показано изображение со схемой и номиналами компонентов. Можно ее собрать и проверить рабочие свойства. Обратим внимание на резистор R2, отличающийся подбором нужного номинала. Он дополняет эффект утечки и, соответственно, напряжение срабатывания. Следовательно, динистор — это тиристор, принцип работы которого определен величиной питающего напряжения. Если оно относительно велико, он включится. Естественно интересно также узнать, как же его выключить.

Динистор и его эквивалентная схема Динистор и его эквивалентная схема

Трудности выключения

С выключением тиристоров дело обстояло, как говорится, туго. По этой причине довольно длительное время виды тиристоров ограничивались только двумя выше упомянутыми структурами. До середины девяностых годов ХХ века применяются тиристоры только этих двух типов. Дело в том, что выключение тиристора может произойти лишь при запирании одного из транзисторов. Причем на определенное время. Оно определено скоростью исчезновения зарядов соответствующих отпертому переходу. Наиболее надежный способ «прибить» эти заряды — полностью отключить ток, протекающий через тиристор.

Большинство из них так и работают. Не на постоянном токе, а на выпрямленном, соответствующем напряжению без фильтрации. Оно изменяется от нуля до амплитудного значения, а затем вновь уменьшается до нуля. И так далее, соответственно частоте переменного напряжения, которое выпрямляется. В заданный момент между нулевыми значениями напряжения на управляющий электрод поступает сигнал, и тиристор отпирается. А при переходе напряжения через ноль вновь запирается.

Чтобы выключить его на постоянном напряжении и токе, при котором значение нуля отсутствует, необходим шунт, действующий определенное время. В простейшем варианте это либо кнопка, присоединенная к аноду и катоду, либо соединенная последовательно. Если прибор отперт, на нем присутствует остаточное напряжение. Нажатием кнопки оно обнуляется, и ток через него прекращается. Но если кнопка не содержит специального приспособления, и ее контакты разомкнутся, тиристор непременно снова включится.

Схемы выключения динистора Схемы выключения динистора

Этим приспособлением должен быть конденсатор, подключаемый параллельно тиристору. Он ограничивает скорость нарастания напряжения на приборе. Этот параметр вызывает набольшее сожаление при использовании этих полупроводниковых приборов, поскольку понижается рабочая частота, с которой тиристор способен коммутировать нагрузку, и, соответственно, коммутируемая мощность. Происходит это явление из-за внутренних емкостей, характерных для каждой из моделей этих полупроводниковых приборов.

Конструкция любого полупроводникового прибора неизбежно образует группу конденсаторов. Чем быстрее нарастает напряжение, тем больше токи, их заряжающие. Причем они возникают во всех электродах. Если такой ток в управляющем электроде превысит некоторое пороговое значение, тиристор включится. Поэтому для всех моделей приводится параметр dU/dt.

Способ выключения тиристоров Способ выключения тиристоров
  • Выключение тиристора, как результат перехода питающего напряжения через ноль, называется естественным. Остальные варианты выключения называются принудительными или искусственными.

Многообразие модельного ряда

Эти варианты выключения усложняют тиристорные коммутаторы и уменьшают их надежность. Но развитие тиристорного разнообразия получилось очень плодотворным.

В наше время освоено промышленное производство большого числа разновидностей тиристоров. Область их применения — не только мощные силовые цепи (в которых работают запираемый и диод-тиристор, симистор), но и цепи управления (динистор, оптотиристор). Тиристор на схеме изображается, как показано далее.

Типы тиристоров Типы тиристоровВнешний вид тиристоров Внешний вид тиристоровОбозначения тиристоров Обозначения тиристоров

Среди них есть модели, у которых рабочие напряжения и токи самые большие среди всех полупроводниковых приборов. Поскольку промышленное электроснабжение немыслимо без трансформаторов, роль тиристоров в его дальнейшем развитии является основополагающей. Запираемые высокочастотные модели в инверторах обеспечивают формирование переменного напряжения. При этом его величина может достигать 10 кВ с частотой 10 килогерц при силе тока 10 кА. Габариты трансформаторов при этом уменьшаются в несколько раз.

Включение и выключение запираемого тиристора происходит исключительно от воздействия на управляющий электрод специальными сигналами. Полярность соответствует определенной структуре этого электронного прибора. Это одна из простейших разновидностей, именуемая как GTO. Кроме нее применяются более сложные запираемые тиристоры со встроенными управляющими структурами. Эти модели называются GCT, а также IGCT. Использование в этих структурах полевых транзисторов относит запираемые тиристоры к приборам семейства MCT.

Мы постарались сделать наш обзор информативным не только для начитанных посетителей нашего сайта, но также и для чайников. Теперь, когда мы ознакомились с тем, как работает тиристор, можно найти применение этим знаниям для практического использования. Например, в несложном ремонте бытовых электроприборов. Главное — увлекаясь работой, не забывайте о технике безопасности!

Похожие статьи:

domelectrik.ru

Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника

Для того чтобы ясно представить себе работу тиристорного преобразователя необходимо дать понятие о сущности работы тиристора.

Управляемый проводник, состоящий из четырех полупроводниковых переходов P-N-P-N. Его принцип работы аналогичен работе диода и осуществляется при поступлении на управляющий электрод электротока.

Прохождение через тиристор тока возможно только в том случае, если потенциал анода будет выше, чем потенциал катода. Ток через тиристор прекращает проходить тогда, когда величина тока снизится до порога закрытия. Ток, который поступает на управляющий электрод не оказывает воздействие на величину тока в основной части тиристора и, кроме того ему не нужна постоянная поддержка при основном состоянии тиристора, он необходим исключительно для открытия тиристора.

Существует несколько решающих характеристик тиристора

В открытом состоянии, благоприятном для токопроводящей функции тиристор характеризуют следующие показатели:

  • Падение напряжения, оно определяется как пороговое напряжение с помощью внутреннего сопротивления.
  • Максимально допустимое значение тока до 5000 А, среднеквадратичная величина, свойственная для самых мощных компонентов.

В запертом состоянии тиристора – это:

  • Прямое максимально допустимое напряжение (выше, чем 5000А).
  • В общем случае прямое и обратное значение напряжения одинаковы.
  • Время запирания или время с минимальным значением, в течение которого на тиристор не осуществляется влияние положительного значения напряжения анода относительно катода, иначе произойдет самопроизвольное отпирание тиристора.
  • Ток управления, свойственный для открытой основной части тиристора.

Существуют тиристоры, предназначенные для работы в схемах, рассчитанных на небольшое значение частоты и для схем с высокой частотой. Это так называемые быстродействующие тиристоры, их область применения рассчитана на несколько килогерц. Для быстродействующих тиристоров характерно использование неодинакового прямого и обратного напряжения.

Для увеличения постоянного значения напряжения

Тиристор

Рис. №1. Габаритно-присоединительные размеры и чертеж тиристора.m1, m2 –контрольные точки, в которых происходит замер импульсного напряжения во время открытого состояния. L1min –наименьший воздушный промежуток (расстояние) по воздуху между выводами анода и управляющего электрода; L2min – минимальное расстояние длина прохождения тока утечки между выводами.

Разновидности тиристоров

  • Динистор – тиристор диодный, имеет два вывода анод и катод.
  • Тринистор – триодный тиристор оснащен добавочным управляющим электродом.
  • Симистор – симметричный тиристор, он является встречно-последовательным соединением тиристоров, обладает возможностью пропускать ток в прямом и обратном направлениях.

Тиристор

Рис. №2. Структура (а) и вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора.

Тиристоры предназначены для работы в схемах с различными границами частот, в обычном применении тиристоры могут соединяться с диодами, который подключается встречно-включенным способом, это свойство используется для того чтобы увеличить постоянное напряжение, величину которого компонент способен выдержать в выключенном состоянии. Для усовершенствованных схем используется тиристор GTO (Gate Turn Oee – запираемый тиристор), он полностью управляем. Его запирание происходит по управляющему электроду. Использование тиристоров подобного рода нашло применение в очень мощных преобразователях, так как он может пропускать высокие токи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Тиристоры. Устройство, принцип работы, вольт-амперная характеристика

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Структура тиристора

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Обозначение на схеме тиристора

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Вольтамперная характеристика тиристора

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J1  и J3 прикладывается обратное напряжение, а к J2  — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер). Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J1  и J3. При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J1  и J3 будет приложено прямое, а к J2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом Ua снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют последовательное  или параллельное  включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов тиристора можно посмотреть здесь.

elenergi.ru

Тиристор – энциклопедия VashTehnik.ru

Тиристор – это твердотельный полупроводниковый прибор-ключ, обнаруживающий два устойчивых состояния с низкой и высокой проводимостью и содержащий четыре полупроводниковые области с разными и чередующимися типами проводимости. В зависимости от способа переключения конструкции различаются. Оригинальный тиристор представляет двойной полупроводниковый диод с управляемым электродом — в понимании разработчиов устройства.

История создания тиристора

Согласимся, определение тиристора сложное и способно вызывать непонимание. Среди разработчиков прибора бытовало мнение о возможности управляемого диода: прибора, не пропускающего обратный ток, проводящего прямой исключительно по команде. Описан классический тиристор. С односторонней проводимостью и управляемым электродом, ток которого сильно влияет на процесс переключения (перехода в открытое состояние).

Википедия отдаёт приоритет идее тиристора Вильяму Шокли. Якобы высказанной в 1950-м году. Авторы искали и нашли красочный рассказ в противовес упомянутому. В 2014 году, один из создателей тиристора Фрэнк «Билл» Гутцвиллер поделился с общественностью историей. Вопросов немало:

  1. Кто считается разработчиком.
  2. Где найти номер патента на тиристор.
Винтовой тиристор

Винтовой тиристор

Вопросы удивляют, ведь прибор активно вытесняет транзистор из сфер жизненного пространства. Подобные разновидности используются в качестве ключей и регуляторов в составе бытовой техники. Гутцвиллер присоединился к корпорации Дженерал Электрик в 1955 году. Тогда инженер читал лекции, считал Святым Граалем воплощение идеи управляемого выпрямителя. Подразумевался не твердотельный полупроводниковый диод, но прибор, способный контролировать пропускаемый ток в зависимости от управляющего напряжения. Представлялся как аналог:

  • Тиратрона. Обозначает группу приборов, отличие которой от электронных ламп в наличии газового наполнителя внутри трубки. В обычном случае средний электрод-сетка зажигает дугу, чтобы ток проходил на выход. В вакуумных лампах происходит обратное, где отрицательный потенциал управляющего контакта запирает путь электронам.
  • Мотора-генератора. Читателям Википедии термин непонятен, подобного в русскоязычном доме нет. Вкратце скажем — это приспособление для преобразования постоянного тока в переменный, и наоборот. Причём устройство изолирует две цепи, когда двигатель не работает. Понятие изложено в теме про сварочные инверторы.
  • Ртутного вентиля с сеточным управлением. О приборе сказано в Большой энциклопедии, в разделе нефти и газы. Принцип действия похож на тиратрон. Потенциал управляющего электрода управляет временем возникновения дугового разряда в газовой среде.

Итак, идея на момент 1955 года уже существовала. Это не противоречит утверждению, что высказать её мог Вильям Шокли, разработчик первого транзистора. По мнению Гутцвиллера, новое изобретение заменило бы перечисленные, открыв новые сферы применения электроники, включая области военной направленности. Задача была поставлена, и когда инженеры Лабораторий Белла опубликовали технические данные на pnpn-диод, Гордон Холл уразумел, что это напоминает решение поставленной задачи. Персонал начал пробовать новинку, в итоге создав силовой прибор с третьим электродом, при помощи которого происходило влияние на процесс переключения.

Управляемый диод

Управляемый диод

Когда Гордон принёс Гутцвиллеру вновь созданный управляемый диод, появились мысли о лучшем применении. Для проб избрали электрический двигатель. В магазине купили ручную дрель. Тогда электрический инструмент обнаруживал единственную скорость.

В лаборатории Гутцвиллер собрал простую схему запуска, куда включил потенциометр и новое изобретение. Питание на дрель подавалось через ключ. Инженер получил цепь управления скоростью коллекторного двигателя через изменяемое сопротивление тиристорного ключа. Это и сегодня применяется в кухонных комбайнах. Вращая ручку потенциометра, исследователь отмечал плавный разгон шпинделя. Неслыханно по тем временам.

Немедленно учёный собрал диммер и стал смотреть, как изменяет накал спираль обычной лампочки. Гордон и Рэй Йорк обрадовались наглядной демонстрации и сразу отзвонились в Сиракузы по поводу успеха. Группе инженеров позволили работать исключительно над новым тиристором. За несколько недель был разработан вариант для сетевого напряжения 120 В для управления током на 16 А. Любопытно, что изобретение не засекречивали, и мир узнал о нем из свободной печати (даже с фотографиями). Дженерал Электроникс анонсировало изобретение, скоро появилась заметка в Бизнес Уик.

Учёного завалили телефонными звонками с целью добиться подробностей устройства тиристора. Гутцвиллер занялся написанием статей для журналов и газет, выпустил собрание первых применений для тиристора на 50 страницах. Потом издание Controlled Rectifier Manual выросло до 400 страниц и претерпело 9 изданий. Перевод выполнялся на ограниченное число языков, но желающие поймут суть из оригинальной версии.

Триак

Триак

Потом организовали целый отдел для исследований по упомянутой теме. Чуть позднее последовало изобретение триака. Пусть Гутцвиллер получил 20 патентов в указанной области, авторы не видят в числе них главного – на тиристор. Присутствуют все основания утверждать, что тиристор — чрезвычайно загадочное изобретение.

Как работает тиристор

Легко представить тиристор pnpn, как pnp-транзистор, за коллекторным переходом которого дополнительный слой n полупроводника, либо npn-транзистор, перед эмиттером которого находится p-область. В результате ток здесь течёт в единственном направлении, причём в момент, когда на базе присутствует отрицательное управляющее напряжение. По характеристикам прибора видно: чем выше потенциал управления, тем при меньшем напряжении на выходе потечёт ток.

Тиристор без управляющего электрода работает на эффекте обратимого пробоя центрального p-n-перехода. В таком режиме, кстати, часто используются и кремниевые транзисторы, когда включаются в цепь двумя электродами из трёх. Ток потечёт, пока не понизится напряжение ниже удержания лавинного пробоя. Подача управляющего напряжения значительно снижает уровень развития явления. Причём лавинный пробой продолжает идти, даже если с базы окончательно убрать потенциал. Этим тиристоры выгодно отличаются от транзисторов, работают в принципиально ином стиле.

Раз эффект лавинного пробоя сохраняется, напряжение в силовой цепи предполагается повышенное (чтобы хватило), вдобавок экономится энергия управляющей цепи. Для указанной цели годятся импульсы, апеллируя к цифровой электронике. На практике часто в этом качестве используются генераторы несинусоидального сигнала. Чтобы запереть тиристор, требуется подать напряжение обратной полярности на управляющий электрод.

Читатели спрашивают, отчего лавинный пробой возможен лишь в единственном направлении. Действительно, структура тиристора симметричная, впрочем, исключительно на картинке. Когда прикладывается ток другой полярности, потребуется уже пробить два p-n-перехода, подобный эффект пока в литературе не описан. Массу интереса вызвало и новое изобретение Гутцвиллера.

Три вывода тиристора

Три вывода тиристора

Гораздо более интересным образом устроен триак. В русскоязычной литературе называется симистором от термина «симметричный тиристор». Прибор способен проводить в определённых условиях ток в любом направлении. Учёный говорит: однажды поздно ночью он подумал, что возможно аналогичным образом собрать прибор из пяти чередующихся областей с разным типом проводимости и укороченным эмиттером. Набросал скетч, принёс в лабораторию, где работоспособность подтвердилась. Термин произошёл от tri – количество электродов и ac – переменный ток.

Схема контролировала обе полуволны сетевого напряжения. Сегодня на триаках работает большинство диммеров для систем освещения. Неплохо, учитывая, что уже прошло минимум четыре десятка лет. На триак, в отличие от тиристора, за именем Гутцвиллера выдан патент под номером 3275909 от 27 сентября 1966 года. В этом косвенно видим подтверждение написанного выше – истинный изобретатель не застолбил собственное право на управляемый выпрямитель.

На кристалле триак представляет два тиристора, включённых навстречу, причём разделенные физически. Единственной общей точкой становится база. Каждый контакт подходит сразу к областям двух типов n и p, к обоим тиристорам одновременно. На положительной полуволне работает первый, а на отрицательной – второй. Напряжение базы управляет обоими по очереди. Сюда подаётся переменное напряжение с фазного анода, уменьшенного номинала. Потенциометром возможно регулировать результирующую амплитуду, изменяя интенсивность освещения, скорость вращения двигателя и прочие параметры.

Прибор способен аналогично работать в избранных условиях и в режиме лавинного пробоя. Причём в обе стороны. Остальные сказки оставьте для профессоров. Триак изобрёл человек, не смыслящий в полупроводниковой технике. А значит, работу прибора нужно объяснять в иных категориях.

Что такое диак

Часто триака идёт рука об руку с диаком. Гутцвиллер использовал подобные технические решения. Это тиристор, работающий без управляющего электрода исключительно в режиме лавинного пробоя. Конструкция идентична. Происхождение термина понятно: di – два электрода + ac – переменный ток. Лавинный пробой успешно наступает в обоих направлениях.

Квадрак (перевод — авторский) представляет собой комбинацию триака и диака. В практических применениях удобно использовать эти устройства вместе. В частности, диак сумел бы формировать напряжения для переключения триака. Логично соединить их в общем корпусе. Про происхождение термина умолчим, оно очевидно.

vashtehnik.ru

ТИРИСТОР - это... Что такое ТИРИСТОР?

-трёхэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из трёх p - n-переходов, взаимодействие между к-рыми приводит к тому, что прибор может находиться в одном из двух устойчивых состояний: выключенном- с высоким сопротивлением и включённом - с низким. Полупроводниковая структура T. состоит из четырёх слоев чередующегося типа проводимости ( п + рпр + ; рис. 1), образующих три расположенных друг над другом p - n -перехода. Внутренний базовый р- слой обычно выполняется сильнолегированным (концентрация примеси N=1017-1018 см -3) и тонким, чтобы обеспечить достаточно высокий (0,7-0,9) коэф. переноса b n+pn -транзистора (см. Транзистор биполярный). Базовый n -слой выполняется относительно толстым и слаболегированным (N=1013 - 1015 см -3). При приложении внеш. напряжения указанной на рис. 1 полярности (прямое смешение) крайние переходы Э 1 и Э 2 (эмиттеры) смещены в проводящем, а центральный K1 (коллектор) - в запорном направлениях; его область пространственного заряда (ОПЗ) расположена почти полностью в n -базе. Эмиттер Э 1 обычно имеет распределённые по всей площади шунтирующие каналы, выполненные в виде выходов р- слоясквозь n+ -слой к ме-таллич. контакту. Процессы, определяющие возможность переключения, протекают след. образом. Электронно-ды-рочные пары, генерируемые, напр., теплом в ОПЗ, разделяются полем; дырки и электроны выбрасываются в р- и п- базы, соответственно понижают потенц. барьеры эмиттеров Э 1 и Э 2, что приводит к соответствующей инжекции неосновных носителей в базы. Эти носители диффундируют через базовые области, частично рекомбинируя с осн. носителями, а затем выбрасываются полем через ОПЗ в соответствующие базы уже в качестве осн. носителей, понижают барьеры Э 1 и Э 2 и т. д. T. находится в устойчивом запертом состоянии до тех пор, пока кол-во носителей, поступающих в базовые слои, не превышает их потерь из-за рекомбинации и ухода в эмиттеры. С ростом приложенного напряжения растёт протекающий через n+ рпр + -структуру ток из-за расширения ОПЗ и увеличения поля в ней, приводящих к увеличению тока утечки. Возрастание тока ведёт к относительному уменьшению потерь; это связано в осн. с ростом инжекционной компоненты тока эмиттерных переходов и полевому ускорению переноса носителей через n -базу. Поэтому при определ. напряжении поступление носителей начинает превышать потери. Этот процесс вследствие положит. характера обратной связи нарастает лавинообразно и приводит к заполнению базовых областей электронно-дырочной плазмой большой плотности (см. Плазма твёрдых тел), смещение коллектора вследствие этого меняет знак, и прибор переходит во включённое состояние. Шунтирующие каналы в эмиттере Э 1, увеличивающие потери дырок в p -базе, позволяют поднять напряжение переключения вплоть до напряжения лавинного пробоя коллектора. Вольт-амперная характеристика (BAX), определяемая вышеописанными процессами, показана на рис. 2; она описывается выражением

где j ко -ток утечки коллекторного перехода; a1, a2 -коэф. усиления п + рп- и р +np -транзисторов, составляющих n+ pnp+ -структуру. Из (1) следует, что условием переключения (j ко0, т. е. U0) приближённо можно считать (a1 + a2)1. Переключение n+ рпр + -структуры можно осуществить не повышением напряжения, а, напр., импульсом света с энергией кванта, достаточной для генерации электронно-дырочных пар (фототиристор), или инжекцией электронов эмиттером Э 1 при пропускании импульса тока в цепи AB (рис. 1). В этом случае из-за большого тангенциального сопротивления p -базы инжектирует узкая область эмиттера вдоль границы с электродом управления В, Процесс включения происходит только в этой области, и из неё включённое состояние распространяется по всей площади прибора. На нач. стадии, пока плотность тока во включённой части высока, распространение включённого состояния определяется электрич. полем на границе включённой и невключённой областей, смещающим эмиттеры в проводящем направлении, а по мере уменьшения плотности тока определяющим механизмом становится диффузия плазмы из включённой области. Скорость этих процессов обычно лежит в пределах 0,1-0,005 мм . мкс в зависимости от мгновенной плотности тока и конструкции прибора. BAX T. в установившемся включённом состоянии практически аналогична BAX р +nn+ -диода; распределение электронно-дырочной плазмы в базовых слоях показано на рис. 3. Выключение T. обычно осуществляется путём кратковрем. изменения полярности внеш. напряжения. Ток при этом меняет направление и носители заряда из плазмы вытягиваются во внеш. цепь, обеспечивая протекание тока. Концентрация плазмы у эмиттерных переходов уменьшается как за счёт вытягивания неосновных носителей, так и за счёт рекомбинации. Из p -базы электроны уходят через n+ -слой, а избыточные дырки инжектируются коллектором К в n -базу; низковольтный эмиттер Э 1 быстро восстанавливается и пробивается. Через переход Э 2 из n -базы уходят дырки, но избыточные электроны практически не могут уйти через потенц. барьер прямосмещённого коллектора. Поэтому протекающий через T. обратный ток почти не выносит заряд из n -базы: уход дырок через Э 2 сопровождается поступлением через коллектор К почти такого же кол-ва дырок, создаваемых ударной ионизацией в переходе Э 1, и заряд в n -базе исчезает практически только вследствие рекомбинации. После того как концентрация дырок у перехода Э 2 уменьшается до равновесного значения, начинается образование ОПЗ, граница к-рой быстро перемещается в глубь n -базы, сопротивление прибора резко возрастает, а ток в цепи падает. В квазинейтральной части n -базы при этом нек-poe время сохраняется довольно большое кол-во избыточных носителей заряда. При изменении полярности внеш. напряжения на прямое эти носители выбрасываются полем коллектора в базы, вызывая всплеск прямого тока; однако если этот ток меньше нек-рой критич. величины j кр, приводящей к лавинообразному нарастанию концентрации, T. остаётся в выключенном состоянии. Промежуток времени между изменением направления тока через T. до момента, когда становится возможным приложение прямого смещения, наз. временем выключения tq. Оценочно, tqт rln(j пр/ j кр),где т p - время жизни дырок в n -базе. Отсюда следует, что статич. и динамич. характеристики T. жёстко взаимосвязаны. Для того чтобы обеспечить блокирование большого напряжения, n -база должна быть слаболегированной и иметь толщину, превышающую размер ОПЗ коллектора примерно на Lp= (Dptp)1/2. Увеличение толщины ведёт к увеличению напряжения на приборе во включённом состоянии. Для того чтобы оно оставалось на приемлемом уровне, необходимо увеличивать Lp, что ведёт к увеличению tq, т. е. к ухудшению частотных характеристик прибора. Поэтому быстродействующие T. имеют сравнительно невысокое рабочее напряжение, а высоковольтные - большое время выключения.

Рис. 1. Четырёхслойная р + прп + - структура тиристора: АС- основная цепь; AB- цепь управления; 1 - шунти рующие каналы; 2 - ОПЗ коллектора.

Рис. 2. BAX тиристора: а - при прямом смещении; б - при обратном смещении.

Рис. 3. Распределение электронно-дырочной плазмы в базовых слоях включённого тиристора (+ на р+ -слое). Штрихпунктирными линиями показаны три последо вательные стадии рассасывания плазмы при выключе нии тиристора (- на р + -слое).

Основным полупроводниковым материалом для изготовления T. является кремний. Четырёхслойная п + рпр + -структура изготавливается, как правило, путём последовательных операций термодиффузии примесей р- и n -типа в пластину монокристаллич. кремния, причём для получения эмиттерного n+ -слоя сложной геом. формы применяются маскирование окислом и фотолитография.

Диапазон рабочих параметров совр. T. чрезвычайно широк. T. в планарном исполнении, обычно интегрируемые с др. элементами схем, имеют рабочие токи 10-2 - 10-1A при напряжениях 101 -102B; T. предельной мощности имеют рабочие токи 13.103A при напряжениях (36)·103 В. Четырёхслойная n+pnp+ -структура и протекающие в ней физ. процессы лежат в основе целого ряда приборов тиристорного типа, сильно отличающихся от описанного выше обычного T. К ним относятся, в частности: а) с и м и с т о р, состоящий из двух встречно-параллельно включённых n+pnp+ -структур с общим электродом управления, выполненных в одной полупроводниковой пластине. Симистор обычно используется в качестве ключа переменного тока; б) ф о т о т и р и с т о р - Т., переключение к-рого осуществляется импульсом света. В этом приборе цепь управления полностью изолирована от осн. цепи, что особенно удобно при работе на больших напряжениях; в) з а п и р а е м ы й т и р и с т о р, выключение к-рого осуществляется не переменой полярности внеш. напряжения, а импульсом запирающего тока в цепи управления, что позволяет существенно упростить конструкцию аппаратуры. Предельные параметры совр. запираемых T. почти такие же, как и у обычных тиристоров; г) р е в е р с и в н о в к л ю ч а е м ы й д и н и с т о р, включение к-рого осуществляется кратковрем. изменением полярности внеш. напряжения. Этот прибор, в отличие от всех др. приборов тиристорного типа, включается однородно и одновременно сразу по всей рабочей площади. Это позволяет переключать очень большие (105-106 А) импульсные токи, а также работать на высоких (до 105 Гц) частотах при коммутации больших мощностей.

Перспективным материалом для приборов тиристорного типа является арсенид галлия. Из-за большей, чем у кремния, ширины запрещённой зоны он позволяет работать при большей темп-ре, блокировать большее напряжение при сравнительно тонкой ОПЗ и, следовательно, тонкой базе с малым т p; это даёт возможность существенно улучшить быстродействие приборов.

Лит.: Управляемые полупроводниковые вентили, пер. с англ., M., 1967; Блихер А., Физика тиристоров, пер. с англ., Л., 1981; Евсеев Ю. А., Дерменжи П. Г., Силовые полупроводниковые приборы, M., 1981; Тучкевич В. M., Грехов И. В., Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами, Л., 1988. И. В. Грехов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

dic.academic.ru

Тиристор — Викизнание... Это Вам НЕ Википедия!

Тири́стор (греч. θυρα — дверь, вход и англ. resistor — резистор) — полупроводниковый электронный прибор, включающий 3 или 4 электронно-дырочных перехода, предназначенный для управления током. В отличие от транзисторов, тиристоры работают только в ключевом режиме.

Принцип действия тиристора[править]

Тиристор имеет два силовых контакта, пропускающих рабочий ток (катод и анод) и могут иметь управляющий электрод. Тиристор может находиться в двух состояниях: закрытом и открытом. Эти состояния обладают существенно различным сопротивлением между силовыми электродами. В закрытом состоянии сопротивление велико и ток через тиристор не идёт. Открывается тиристор при достижении между силовыми электродами напряжения открывания или током на управляющем электроде. В открытом состоянии сопротивление тиристора резко падает и он проводит ток. Закрытие тиристора происходит при отключении тока или смене его направления.

Разновидности тиристоров[править]

Функционально тиристоры разделяются по способности управлять током в разных направлениях на несимметричные (запираемые и проводящие в обратном направлении) и симметричные, и также имеющие управляющий электрод (электроды) и не имеющие его.

Тиристоры несимметричные (асимметричные) проявляют переключательные свойства для тока в одном направлении. В соответствии с направлением, к котором тиристор может управлять током, силовые электроды именуются катодом и анодом (отрицательный и положительный электроды соответственно). Запираемые в обратном направлении тиристоры при обратной полярности приложенного напряжения закрыты (ток не проводят). Таких тиристоров большинство. Проводящие в обратном направлении при обратной полярности открыты.

Тиристоры симметричные (симисторы) проявляют переключательные свойства одинаково в обоих направлениях. Симметричные тиристоры подобны паре асимметричных, включённых встречно параллельно, так что один работает в одном направлении, другой — в другом.

Неуправляемые тиристоры (диодные тиристоры, динисторы, диоды Шокли), переключаются на фиксированных порогах напряжения (заданных производителем). Неуправляемые симисторы также называются диаками.

Управляемые тиристоры (триодные тиристоры, тринисторы), имеют дополнительный электрод, который при помощи малого тока позволяет в широких пределах управлять порогами переключения. Как правило управляющий электрод позволяет управлять порогом отпирания, снижая его вплоть до нуля, что позволяет его включать в произвольный момент времени, однако не позволяет его выключить. Выключение тиристоров при этом происходит только при отключении тока или смене его направления. Существуют и выключаемые тиристоры, управляющий электрод которых позволяет управлять также порогом выключения. Управляемые симисторы, также называются триаками.

  1. Большая советская энциклопедия, ст. Тиристор [1].

www.wikiznanie.ru

Что такое тиристор? - Ремонт интерьер строительство

Тиристор представляет собой твердотельный компонент, используемый для переключения и управления потоком электрического тока. Также известный как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), тиристор представляет собой прочный электронный компонент, используемый в приложениях с высоким током. Они состоят из четырех слоев чередующихся полупроводниковых материалов n и p типа, оборудованных анодами, катодами и затворами. Тиристоры начинают проводить, когда они получают предустановленное напряжение на их клемме затвора и будут, при условии нескольких переменных, продолжать работать, даже если напряжение затвора будет удалено. Эти операционные переменные и широкий диапазон мощности делают тиристоры чрезвычайно полезными контроллерами тока.

Хотя тиристоры могут быть широко классифицированы как простые коммутационные устройства тока, диапазон операционных переменных, которыми они обладают, делает их очень полезными в ряде приложений управления. По сути, тиристоры представляют собой высоковольтные коммутационные устройства, состоящие из четырех чередующихся p и n слоев. Анод расположен на первом p-слое, терминал затвора на втором p-слое и катод на последнем n-слое. Когда он находится в режиме ожидания, ток через канал анода / катода отсутствует. Компонент требует напряжения установленного значения, применяемого к слою затвора, чтобы включить его и заставить его проводить ток.

Тот факт, что компонент не станет активным, если напряжение затвора не соответствует его номинальному пороговому значению, является одной из полезных переменных, которыми обладает тиристор. Это позволяет точно контролировать условия переключения компонента. Как только тиристор будет включен, он останется активным, даже если напряжение затвора будет удалено, а проходящий ток не опустится ниже удерживающего значения компонента. Это известное удерживающее напряжение является еще одной удобной характеристикой тиристоров. Если значение напряжения анода ниже уровня удержания, тиристор не включается, даже если он принимает импульс затвора.

Тиристоры могут комфортно выдерживать чрезвычайно высокие значения напряжения и тока. Они обычно используются в контроллерах переменного тока с переменным током (AC), источниках питания, контроллерах с фазовым режимом и устройствах передачи данных на большие расстояния. Это последнее приложение содержит огромные банки тиристоров, расположенные в конфигурациях моста Грацца, которые способны надежно переключать значения мощности в несколько мегаватт (1 000 000 ватт). На другом конце шкалы небольшие источники питания переменного / постоянного тока могут использовать тиристоры мощностью 20 Вт или менее. Такая гибкость и диапазон рабочих мощностей делают тиристор одним из наиболее полезных контроллеров токового потока в арсенале проектировщика.

voltstab.ru


Каталог товаров