Тиристор
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Тиристор

Тиристор (від греч.(грецький) thýra — двері, вхід і англ.(англійський) resistor — резистор ) , напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристала напівпровідника з чотиришаровою структурою р—n—p—n -тіпа, що володіє властивостями вентиля електричного і що має нелінійну розривну вольтамперную характеристику (ВАХ). З крайніми шарами (областями) монокристала контактують силові електроди (СЕ) — анод і катод, від одного з проміжних шарів роблять виведення електроду управління (УЕ).

загрузка...

  К СЕ під'єднують токоподводи силового ланцюга і пристрою тепловідводу. У разі, коли до СЕ прикладається напруга прямої полярності U np (як вказано на мал. 1 ), перший (П 1 ) і третій (П 3 ) електронно-діркові переходи зміщуються в прямому напрямі, а другий (П 2 ) — в зворотному. Через переходи П 1 і П 3 в області, що примикають до переходу П 2 , інжектіруются неосновні носії, які зменшують опір переходу П 2 , збільшують струм через нього і зменшують падіння напруги на нім. При підвищенні прямої напруги струм через Т. спочатку зростає повільно, що відповідає ділянці ОА на ВАХ ( мал. 2 ). У цьому режимі Т. можна вважати замкнутим, оскільки опір переходу П 2 все ще дуже велике (при цьому напруга на переходах П 1 і П 3 малі, і майже вся прикладена напруга падає на переході П 2 ). У міру збільшення напруги на Т. знижується доля напруги, падаючої на П 2 , і швидше зростає напруга на П 1 і П 2 , що викликає подальше збільшення струму через Т. і посилення інжекції неосновних носіїв в область П 3 . При деякому значенні напруги (порядка десятки або сотні в ), називається напругою перемикання U пер (крапка А на ВАХ), процесу набуває лавиноподібний характер, Т. переходить в стан з високою провідністю (включається), і в нім встановлюється струм, визначуваний напругою джерела і опором зовнішньому ланцюгу (крапка В на ВАХ).

  Процес стрибкоподібного перемикання Т. із стану з низькою провідністю в стан з високою провідністю можна пояснити, розглядаючи Т. як комбінацію два транзисторів (T 1 і Т 2 ), включених назустріч один одному ( мал. 3 ). Крайні області монокристала є емітерами ( р -слой називається анодним емітером, n -слой — катодним), а середні — колектором одного і одночасно базою ін. транзистора. Струм i , Т., що протікає в зовнішньому ланцюзі, є струмом першого емітера i е1 і струмом другого емітера i е2 . В той же час цей струм складається з двох колекторних струмів i к1 і i к2 , рівних відповідно a 1 i е1 і a 2 i е2 , де «a 1 і a 2 — коефіцієнти передачі емітерного струму транзисторів T 1 і Т 2 ; крім того, в його склад входить струм колекторного переходу i кo (так званий зворотний струм). Таким чином i = a 1 i е1 + a 2 i е2 + i кo . З врахуванням i е1 = i е2 = i маємо  . При малих струмах a 1 і a 2 значно менше 1 (і їх сума також менше 1). Із збільшенням струму a 1 і a 2 зростають, що веде до зростання i. Коли він досягає значення, називається струмом включення I вк , сума a 1 +a 2 стає приблизно рівною 1, і струм стрибком зростає до величини, обмежуваного опором навантаження (крапка В на мал.(малюнок) 2 ). Всякий Т. характеризується гранично допустимим значенням прямого струму I перед (точка Г на мал.(малюнок) 2 ), при якому на приладі буде невелика залишкова напруга U осту . Якщо ж зменшувати струм через Т., то при деякому його значенні, називається утримуючим струмом I уд (крапка Б на мал. 2 ), Т. закривається — переходить в стан з низькою провідністю, відповідний ділянці ОА на ВАХ. При напрузі зворотної полярності крива залежності струму від напруги виглядає так само, як відповідна частина ВАХ напівпровідникового діода .

  Описаний спосіб включення Т. (підвищенням напруги між його СЕ) застосовують в Т., називається вентилями-перемикачами (рідше некерованими Т., або діністорамі). Проте переважного поширення набули Т., що включаються подачею в ланцюг УЕ імпульсу струму певної величини і тривалості при позитивній різниці потенціалів між анодом і катодом (зазвичай їх називають керованими вентилями або Т.). Особливу групу складають фототиристори, переведення яких в стан з високою провідністю здійснюється світловою дією. Виключення Т. виробляють або зниженням струму через Т. до значення I уд , або зміною полярності напруги на його СЕ.

  Відповідно до призначення розрізняють Т. з однобічною провідністю, з двосторонньою провідністю (симетричні), швидкодіючі високочастотні, імпульсні, двохопераційні і спеціальні.

  Напівпровідниковий елемент Т. виготовляють з кремнієвих монокристалічних дисків (пластин), вводячи в Si добавки В, Al і Р. Прі цьому в основному використовують дифузійну і сплавну технологію. Конструктивно Т. виконують ( мал. 4 ) в герметичному корпусі; для забезпечення механічної міцності і усунення теплової напруги, що виникає із-за відмінності коефіцієнтів розширення Si і Cu (матеріал електродів), між кристалом і електродами встановлюють термокомпенсирующие вольфрамові або молібденові диски. Розрізняють Т. штирьової конструкції — в металевих і металокерамічних корпусах, притискні (з відведенням тепла з одного боку Т.) і пігулки (з двостороннім відведенням тепла). Основні конструкції Т. — пігулка і штирьова. Т. на струми до 500 а виготовляють повітряноохолоджуваний, на струми понад 500 а — зазвичай з водяним.

  Сучасні Т. виготовляють на струми від 1 ма до 10 но напруга від декількох в до декількох кв; швидкість наростання в них прямого струму досягає 10 9 а/сек, напруга — 10 9 в/сек, час включення складає величини від декількох десятих доль до декількох десятків мксек, час виключення — від декількох одиниць до декількох сотень мксек; ккд(коефіцієнт корисної дії) досягає 99%.

  Т. знайшли вживання як вентилі в перетворювачах електричної енергії (див. Преобразовательная техніка, Електропривод тиристора ) , виконавських і підсилювальних елементів в системах автоматичного управління, ключів і елементів пам'яті в різних електронних пристроях і т. п., де вони спільно з ін. напівпровідниковими приладами до середини 70-х рр. 20 ст в основному витіснили електронні (електровакуумні) і іонні (газорозрядні і ртутні) вентилі.

  Літ.: Тиристори. (Технічний довідник), пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва, М., 1971; Кузьмін В, А., Тиристори малої і середньої потужності, М., 1971.

  Ю. М. Іньков, А. А. Саковіч.

Мал. 4. Керований тиристор (у розрізі): 1 — підстава (силовий електрод); 2 — напівпровідниковий кристал; 3 — фторопластове кільце; 4 — гнучкий внутрішній дріт; 5 — кришка; 6 — ізолятор кришки; 7 — стрижень кришки; 8 — гнучкий зовнішній вивід (силовий електрод); 9 — електрод, що управляє; 10 — наконечник зовнішнього виводу.

Мал. 5 (у, г). Загальний вигляд тиристорів: у — притискного в металокерамічному корпусі; г — штирьового в металокерамічному корпусі в зборі з охолоджувачем.

Мал. 3. Схематичне зображення тиристора у вигляді двох включених назустріч один одному транзисторів: Т — транзистор; Е — емітер; Би — база; До — колектор; i е — емітерний струм; i до — колекторний струм; i кo — струм колекторного переходу; R н — опір зовнішньому ланцюгу; U пp — пряма напруга на тиристорі.

Мал. 1. Схематичне зображення тиристора: А — анод; До — катод; УЕ — електрод, що управляє; П — електронно-дірковий перехід; R н — опір зовнішньому ланцюгу; U пp — пряма напруга на тиристорі.

Мал. 5 (а, би). Загальний вигляд тиристорів: а — штирьового в металевому корпусі; б — пігулки в керамічному корпусі.

Мал. 2. Вольтамперная характеристика тиристора (вентиля-перемикача): ділянка ОА відповідає стану тиристора з низькою провідністю, ділянка БГ — з високою провідністю.