Общие сведения. Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более р‑n переходами, вольт‑амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным

Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более р‑n переходами, вольт‑амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения.

Структура тиристора показана на рисунке 7.1. Тиристор представляет собой четырехслойный р ₁ ‑n ₁ ‑р ₂ ‑n ₂ прибор, содержащий три последовательно соединенных р‑n перехода (П₁, П₂ и П₃). Обе внешние области называют эмиттерами (Э₁, Э₂), а внутренние области – базами (Б₁, Б₂) тиристора (см. рис. 7.1а). Переходы П₁ и П₂ называются эмиттерными, переход П₃ – коллекторный переход.

Рис. 7.1. Схема диодного тиристора:

а) структура диодного тиристора; б) зонная диаграмма

Прибор без управляющих электродов работает как двухполюсник и называется диодным тиристором (динистором). Прибор с управляющим электродом является трехполюсником и называется триодным тиристором.

На рисунке 7.2 показана схема триодного тиристора с управляющими электродами при его приборной реализации и характеристики тиристора. Управляющий электрод может быть подключен к любой из баз (Б₁, Б₂) тиристора, как показано на рисунке 7.2а.

Управляющие тиристоры используются для коммутирования высоких значений токов, напряжений и мощностей. Поэтому корпуса тиристоров как правило являются достаточно массивными и в ряде случаев снабжены радиаторами для улучшения теплоотвода. На рисунке 7.2б приведена топология корпуса тиристора малой мощности. Для коммутации мощностей важными параметрами являются время включения и выключения тиристора. Характерные значения этих времен для тиристоров лежат в микросекундном диапазоне. На рисунке 7.2в в качестве примера приведены такие характеристики для триодного тиристора КУ208.

Рис. 7.2. Схема (а), приборная реализация (б) и характеристики (в) триодного тиристора [23]

При создании тиристора в качестве исходного материала выбирается подложка n‑ или р ‑типа. Типичный профиль легирующей примеси в диффузионно-сплавном приборе показан на рисунке 7.3. В качестве исходного материала выбрана подложка n ‑типа. Диффузией с обеих сторон подложки одновременно создают слои р ₁ и р ₂. На заключительной стадии путем сплавления (или диффузии) с одной стороны подложки создают слой n ₂. Структура полученного тиристора имеет вид p ₁⁺ ‑n ₁ ‑p ₂ ‑n ₂⁺.

Рис. 7.3. Профиль концентрации легирующей примеси (N _s) в эмиттерах и базах тиристора

7.2. Вольт‑амперная характеристика тиристора

Вольт‑амперная характеристика диодного тиристора, приведенная на рисунке 7.4, имеет несколько различных участков. Прямое смещение тиристора соответствует положительному напряжению V _G, подаваемому на первый p ₁‑эмиттер тиристора.

Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением. В этом случае основная часть напряжения V _G падает на коллекторном переходе П₂, который в смещен в обратном направлении. Эмиттерные переходы П₁ и П₂ включены в прямом направлении. Первый участок ВАХ тиристора аналогичен обратной ветви ВАХ p‑n перехода.

Рис. 7.4. ВАХ тиристора:

V_G – напряжение между анодом и катодом; I_у, V_у – минимальный удерживающий ток и напряжение; I_в, V_в – ток и напряжение включения