Симметричный тиристор

Симметричные тиристоры проводят ток в обоих направлениях, в зависимости от устройства управляющего электрода могут управляться импульсами любой полярности и не выходят из строя при возникновении больших переходных напряжений, так как это вызывает включение симмистора в соответствующем направлении.

На рис. 4.5, а, б показано условное обозначение симметричного тиристора и его вольт-амперная характеристика, которая иллюстрирует возможные состояния тиристора в процессе работы. Симметричный тиристор имеет два устойчивых состояния - открытое и закрытое - и может проводить ток как в прямом, так и в обратном направлении. Из рассмотренных возможных режимов работы симметричного тиристора можно сделать вывод, что он аналогичен двум триодным тиристорам, включенным встречно-параллельно.

Рис. 4.5Симметричный тиристор: а ¾ условное обозначение; б ¾ вольт-амперная характеристика; в ¾ пятислойная структура с двуполярным управлением;

г ¾ схема включения для обеспечения несимметричных токов управления

.

Совмещением в одном монокристалле двух структур удается получить тиристоры с симметричной вольт-амперной характеристикой. Однако следует отметить, что токи управления для прямой и обратной ветвей различны. Это объясняется неидентичностью электрических параметров p-n переходов и нарушением геометрической симметрии кремниевой структуры в процессе изготовления. Для исключения такой несимметрии последовательно с тиристором в цепи управляющего электрода симметричного тиристора устанавливаются два переменных резистора, с помощью которых можно получить токи различной величины для положительной и отрицательной полярности (рис. 4.5, г)

Симметричный тиристор представляет собой пятислойный полупроводниковый прибор со структурой n-p-n-p-n, который можно получить из триодного тиристора введением дополнительного слоя. В зависимости от расположения дополнительного слоя и управляющего электрода симметричные тиристоры могут управляться:

1) током одной полярности в обоих направлениях;

2) током одной полярности в одном направлении, а в другом направлении - током противоположной полярности;

3) током определенной полярности в одном направлении, а в другом направлении - током любой полярности;

4) током любой полярности в обоих направлениях.

Одна из структур симметричного тиристора приведена на рис. 4.5, в. Здесь управляющий электрод расположен в центре электродаВ₂, а верхние металлические контакты левой и правой секций вентиля электрически связаны. При отсутствии управляющего сигнала тиристор заперт. Если на управляющий электрод симметричного тиристора подать положительное относительно электрода В ₂ напряжение, возникает дырочный ток, который будет способствовать смещению перехода П₁в прямом направлении. Это вызовет поток электронов в область p ₁, часть которых проникнет в область n ₂ и понизит ее потенциал относительно области p ₁. Снижение потенциала области n ₂приведет к дополнительному потоку дырок из области p ₁ в область n ₂. А так как переход П₃смещен в обратном направлении, то дырки, дошедшие до этого перехода, перебрасываются его полем в область p ₂. Процесс продолжается до тех пор, пока структура не перейдет в проводящее состояние.

Если на электрод В₁подать положительный потенциал, а на В₂ ¾ отрицательный, то при отрицательной полярности напряжения на управляющем электроде относительно электрода В₂ переходП₅ инжектирует электроны, которые перемещаются к переходу П₂и собираются этим переходом. В результате происходит снижение потенциала области n ₂ относительно области p ₁, что вызывает поток дырок изслоя p ₁ в слой n. Процесс продолжается до тех пор, пока структура не перейдет в проводящее состояние.

Таким образом, рассмотренный симметричный тиристор (рис. 4.5, в), переключается током положительной полярности в одном направлении и током отрицательной полярности в противоположном направлении.

На основе пятислойной структуры могут быть выполнены и динисторы, и триоды, и запираемые тиристоры. Это позволяет варьировать параметры тиристора в большем диапазоне и увеличивает возможности их управления.

Симметричный тиристор не может быть заперт так же, как триодный тиристор. При изменении полярности питающего напряжения на обратную симметричный тиристор переключится в проводящее состояние в 1 или 3 квадранте вольт-амперной характеристики. Для надежного запирания симметричного тиристора необходимо снизить напряжение до нуля, причем в этом режиме тиристор должен находиться в течение времени t _зап, необходимого для рассасывания накопленных зарядов. Время t _зап зависит не только от параметров запускающих импульсов и характера нагрузки, но и от полярности напряжения на силовых и управляющем электродах.