Теоретические положения. Тиристоры - это полупроводниковые приборы, с тремя и более взаимодействующими p-n-переходами, обладающие двумя устойчивыми состояниями: открытым и закрытым

Тиристоры - это полупроводниковые приборы, с тремя и более взаимодействующими p-n- переходами, обладающие двумя устойчивыми состояниями: открытым и закрытым. В открытом состоянии тиристоры хорошо проводят электрический ток, а в закрытом они представляют собой большое сопротивление, единицы и десятки мегаом. Основное назначение тиристоров - бесконтактная коммутация электрических цепей.

Тиристоры имеют структуру p₁-n₁-p₂-n₂, которая образует три перехода: П₁; П₂; П₃ (рис. 5.1). Для включения тиристора в схему от областей сделаны выводы – электроды: анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ).

УЭ подключается к слою p ₂ у тиристоров с управлением по катоду или к слою n ₁ у тиристоров с управлением по аноду.

Принцип работы тиристора удобно рассмотреть в соответствии с его семейством ВАХ (рис. 5.2).

При обратном напряжении U _ОБР, когда к аноду подключен «-», а к катоду «+» (участок 0 d), p-n- переходы П₁ и П₃ закрыты, а переход П₂ открыт. При этом тиристор закрыт и через него протекает малый обратный ток I _О, образованный неосновными носителями.

При I _У = 0 и прямом включении U _А > 0, когда «+» приложен к аноду, а «-» к катоду и величина U _А < U _ВКЛ (участок 0 a) переходы П₁ и П₃ открыты, а П₂ - закрыт. При этом тиристор закрыт и через него протекает малый тепловой ток I_О (ток закрытого перехода П₂).

При I _У = 0 и U _А ³ U _ВКЛ наступает электрический, лавинный пробой перехода П₂ и тиристор лавинообразно открывается, т. е. переходит на участок высокой проводимости (участок bc). Однако для тиристора такой режим самопроизвольного открывания недопустим. Поэтому прямое напряжение ограничивается величиной U _A.MAX.ДОП < U _ВКЛ. В этом случае тиристор может открываться только с помощью тока управления I _У.

При подаче на управляющий электрод тока управления I _У1, I _У2 и т. д., величина U _А, при котором происходит пробой p-n- перехода П₂, уменьшается U _А1 < U _А2, т. к. при этом увеличивается ток через переход П₂ за счёт электронов перешедших из области n ₂. При определённом токе управления спрямления I _У.СПР тиристор открывается при любом положительном напряжении на аноде U _А, начиная с единиц вольт.

В открытом состоянии тиристор находится на участке bc, и через него протекает ток, который ограничивается в основном сопротивлением нагрузки R:

При этом падение напряжения на открытом тиристоре U _ПР не превышает одного вольта.

В открытом состоянии тиристор может находиться неограниченно долго (пока существуют условия протекания анодного тока достаточной величины).

Для запирания тиристора необходимо снизить величину анодного тока до величины меньше тока удержания I _А.УД (точка b ВАХ). При этом число носителей, проходящих через переход П₂, снижается до критической величины и процесс ударной ионизации (т. е. режим электрического пробоя p-n- перехода) прекращается, переход П₂ закрывается и тиристор переходит в закрытое состояние (участок 0 а).

Таким образом, тиристор представляет собой однонаправленный бесконтактный коммутатор тока.

Условие отпирания тиристора: U _А > 0 и I _У ³ I _У.СПР.

Условие запирания: I _A < I _А.УД.

Основные параметры тиристора:

- номинальный ток открытого тиристора I _А.Н - это постоянный ток, который может длительно протекать через открытый тиристор;

- прямое падение напряжения на открытом тиристоре U _ПР при протекании через него номинального тока;

- максимально допустимое напряжение U _A.MAX.ДОП, при котором тиристор остаётся закрытым при I _У = 0;

- анодный ток удержания I _A.УД - это минимальный анодный ток, при котором тиристор ещё удерживается в открытом состоянии;

- максимальный ток управления спрямления I _У.СПР - это такой ток управления, при котором тиристор отпирается при любом U _A > 0;

- динамическое сопротивление открытого и закрытого тиристора:

- определяется на участке bc;

- определяется на участке 0 a;

- максимальная рассеиваемая мощность на тиристоре в открытом состоянии P _{А.MAX.ДОП}.