Волып-амперная характеристика и параметры тиристора

Тиристоры (или более полно - триодные тиристоры) представляют собой полупроводниковые выпрямительные элементы, способные под действием прямого приложенного напряжения переключаться из одного устойчивого состояния в другое. Они предназначены для бесконтактной коммутации (включения и выключения) электрических цепей. От других полупроводниковых элементов, которые также могут использоваться в качестве бесконтактных коммутаторов, тиристоры отличаются чрезвычайно высоким быстродействием (оно исчисляется всего десятками микросекунд) и способностью коммутировать токи весьма значительной величины (вплоть до 1000 А). Тиристоры оформлены так же, как и обычные выпрямительные диоды. Однако они снабжены не двумя, а тремя выводами. Кроме анода и катода, в конструкции тиристора предусмотрен третий вывод (электрод), который называется управляющим.

На вольт-амперной характеристике тиристора (рис. 22) можно выделить пять характерных участков 1-5. Участки 1-3 составляют прямую ветвь, а 4 и 5 - обратную. Сравнение обратных ветвей вольт-амперных характеристик тиристора и выпрямительного диода показывает, что они ничем не отличаются. Если к тиристору приложено обратное напряжение, не превосходящее допустимое значение U_06P max, тиристор оказывается запертым и ток через него практически не протекает. Это соответствует рабочему участку 4 обратной ветви, которая, так же как и у выпрямительных диодов, характеризуется весьма малым обратном током I_обр. Участок 5 не является рабочим и лежит в области недопустимых значений обратного напряжения, при которых тиристор разрушается вследствие развития пробойных явлений.

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики тиристора принципиально отличается от прямой ветви вольт-амперной характеристики диода. При переходе от обратного напряжения к прямому, когда на анод А тиристора подается положительный потенциал, а на катод К. — отрицательный, тиристор продолжает оставаться запертым (участок 1). Незначительный прямой ток, который при этом протекает через запертый тиристор, обозначают I_зкр. Значение этого тока примерно равно значению обратного тока I_0бР. При дальнейшем увеличении прямого напряжения U_лр (до значения Uпp. о) тиристор по-прежнему остается запертым. Если при этом ток I_y через управляющий электрод равен нулю, то только при достижении прямым напряжением значения Uпp.o тиристор отпирается: сопротивление и падение напряжения между анодом и катодом резко уменьшаются, а прямой ток возрастает в тысячи раз, практически ограничиваясь лишь сопротивлением внешней цепи (участок 3 вольт-амперной характеристики). Переключение происходит практически мгновенно, занимая 5—40 мкс. На рис. 22 характеристика переключения условно изображена штриховой линией 2.

При приложенном к управляющему электроду внешнем напряжении и при протекании через этот электрод тока Iy₁ в направлении, указанном на рис. 22, прямое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние, уменьшается до значения Uпр 1. Если управляющий ток увеличить еще больше, например, до значения Iy₂, то напряжение переключения, в свою очередь, уменьшится еще больше до значения Uпр 2 и т.д. При некотором значении управляющего тока /_уз прямая ветвь вольт-амперной характеристики тиристора перестает содержать свойственные ей участки У и 2 и состоит лишь из одного участка 3, превращаясь в прямую ветвь вольт-амперной характеристики выпрямительного диода. Таким образом, тиристор подобен управляемому переключателю, в котором напряжение переключения изменяют с помощью управляющего тока.

Открытый тиристор теряет способность закрываться по управляющему электроду, и восстановить его запирающие свойства можно одним единственным образом - снизив прямое напряжение до нуля или кратковременно подав на него небольшое обратное напряжение. В зависимости от конкретного типа тиристора процесс его выключения длится всего 25-250 мкс, т.е. происходит практически мгновенно.

Из рассмотренной вольт-амперной характеристики тиристора видно, что она может быть задана следующими электрическими параметрами I_пр max — предельно допустимый постоянный или средний за период прямой ток; U_пр. ₀, U_0бР._max - соответственно предельно допустимое прямое и обратное напряжение; I_зкр, I_oбР - соответственно прямой и обратный ток утечки запертого тиристора; I_{с п}, U_{c п} — ток и напряжение спрямления, т.е. ток и напряжение управляющего электрода при напряжении, при котором происходит отпирание тиристора (примерно 10 В).

Эти параметры являются справочными и наряду с некоторыми другими

(длительность включения и выключения тиристора, мощность, диапазон рабочих температур, масса, размеры и т.п.) приво­дятся в паспортных данных тиристоров.