Что такое диодный тиристор?
Это полупроводниковый р-n-р-n прибор с тремя переходами и двумя выводами, имеющий два устойчивых рабочих состояния. В одном состоянии ток, протекающий через прибор, мал, в другом - велик. Диодный тиристор можно рассматривать как последовательное и встречное включение трех диодов (рис. 5.7) или как соединение двух транзисторов типов р-n-р и n-р-n. Тиристор смещен в проводящем направлении, если на его аноде положительное напряжение; при этом диоды Д1 и Д2 открыты. Для диодного тиристора встречается также название диод Шокли или динистор.
Рис. 5.7.Структура (а), эквивалентная схема (б) и условное графическое обозначение диодного тиристора (в)
Какой вид имеет вольт-амперная характеристика диодного тиристора?
Типичный вид вольт-амперной характеристики диодного тиристора, т. е. зависимость протекающего через тиристор тока от подводимого напряжения, представлен на рис. 5.8. При подведении к аноду отрицательного напряжения (при смещении тиристора в непроводящем направлении) через тиристор течет очень малый обратный ток (так называемое состояние запирания тиристора), дифференциальное сопротивление в этой области очень велико (несколько десятков мегом). При превышении обратного напряжения пробоя Uобр наступает резкое увеличение этого тока. При подаче на анод тиристора положительного напряжения, т. е. при его смещении в проводящем направлении, возможны два состояния: выключенное (запертое) и включенное (отпертое) состояние, в котором дифференциальное сопротивление тиристора очень мало (несколько ом).
Для перехода из выключенного во включенное состояние требуется превышение напряжения включения Uвкл. Процесс перехода длится определенное время, связанное с движением носителей зарядов через переходы. Для возврата в выключенное состояние требуется отключение или соответствующее уменьшение внешнего напряжения.
Рис. 5.8.Типичный вид вольт-амперной характеристики диодного тиристора:
1 - ток выключения; 2 - включенное (открытое) состояние; 3 - запертое состояние (отсутствие проводимости); 4 - лавинный пробой; 5 - напряжение включения; 6 - выключенное (закрытое) состояние
Что такое симметричный диодный тиристор?
Это тиристор со структурой, соответствующей двунаправленному четырехслойному диоду. Из характеристики такого тиристора (рис. 5.9) видно, что его свойства одинаковы при смещении в проводящем и запирающем направлениях. Симметричный диодный тиристор, или двунаправленный тиристор, называется также двунаправленным диодным выключателем или динистором.
Рис. 5.9.Характеристика симметричного диодного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)
Что такое триодный тиристор?
Это полупроводниковый прибор, представляющий собой четырсхслойную структуру, имеющую дополнительный третий вывод, называемый управляющим электродом, соединенный с внутренней областью р-типа (рис. 5.10). Управляющий электрод дает возможность включать тиристор при анодном напряжении, меньшем напряжения включения. Триодный тиристор называется также кремниевым управляемым выпрямителем или просто тиристором.
Рис. 5.10.Структура триодного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)
Семейство статических характеристик триодного тиристора представлено на рис. 5.11. Вид характеристик зависит от тока управляющего электрода. При положительном смещении анода и отсутствии сигнала управления (Iупр = 0) вид характеристик такой же, как и у диодного тиристора, при подаче на управляющий электрод положительного напряжения переход тиристора во включенное состояние происходит при значениях анодных напряжений, меньших напряжений включения, соответствующего нулевому управляющему току (Iупр = 0). Чем больше ток управления Iупр, тем меньше соответствующее ему напряжение включения.
Рис. 5.11.Статические характеристики триодного тиристора в диапазоне положительных анодных напряжений
После перехода тиристора со включенное состояние цепь управляющего электрода перестает влиять на анодный ток и "погасить" тиристор (вывести его из включенного состояния) с помощью управляющего электрода невозможно. Тиристор, который удается включить током управляющего электрода, называется незапираемым тиристором. Его выключение возможно путем прерывания протекания анодного тока. Это осуществляется при помощи отключения анодного напряжения, при замыкании цепи анод-катод или при переходе через нуль в случае питания анода синусоидальным напряжением.
Каковы параметры тиристоров?
Тиристоры могут работать в большом диапазоне напряжений, токов и температур, особенно при дополнительном водяном или воздушном охлаждении. Современные тиристоры работают при напряжениях до нескольких тысяч вольт и токах со средним значением до нескольких сотен ампер. Дифференциальное сопротивление тиристоров во включенном состоянии очень мало и разно 0,01-0,1 Ом. В выключенном состоянии сопротивление тиристоров обычно больше 100 кОм. Время включения в зависимости от конструкции тиристора от 0,1 до нескольких микросекунд, а время выключения значительно больше (5-30 мкс).
Что такое запираемый тиристор?
Это тиристор, структура и вольт-амперная характеристика которого такие же, как у триодного тиристора, с той лишь разницей, что с помощью управляющего электрода можно его как включить, так и выключить. Графическое изображение такого тиристора, называемого иногда запираемым (англ. GTO - gate turn-off switch), представлено на рис. 5.12. Следствием возможности выключения является значительное увеличение тока управляющего электрода, требуемого для включения, по сравнению с незапираемым тиристором (до 20 мА вместо 30 мкА). Запираемые тиристоры выпускаются в настоящее время для работы при токах до нескольких ампер и мощности потерь до 20 Вт.
Рис. 5.12.Условное графическое обозначение запираемого тиристора с управлением по аноду (а) и катоду (б)
Что такое тетродный тиристор?
Это тиристор с двумя управляющими электродами: анодным и катодным. Структура тетродного тиристора и его графическое изображение представлены на рис. 5.13. Анодный управляющий электрод может быть использован как для включения, так и для выключения тиристора.
Рис. 5.13.Структура тетродного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)
Для включения необходимо подать на управляющий электрод импульс отрицательной полярности, для выключения положительной. Тетродный тиристор часто называют кремниевым управляемым переключателем. Достоинством тетродных тиристоров является меньшее время выключения (около 1-30 мкс), чем у триодных тиристоров. Выпускаемые в настоящее время тетродные тиристоры работают при токах до нескольких сотен миллиампер при рассеиваемой мощности до 0,5 Вт. Вольт-амперные характеристики обоих типов тиристоров имеют одинаковый вид.
Что такое симистор?
Это симметричный тиристор с одним управляющим электродом, который может быть включен как при положительном, так и при отрицательном напряжении смещения анода с помощью положительного или отрицательного импульса, поданного на управляющий электрод. Вид характеристики симистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.14.
Рис. 5.14.Вольт-амперная характеристика симистора (а) и его условное графическое обозначение (б):
1 - отрицательный и 2 - положительный второй анод