1.9 ТИРИСТОРЫ

Тиристором называется электропреобразовательный полупро­водниковый прибор с тремя или более p-n переходами, используемый для переключения, в вольтамперной характеристике кото­рого имеется участок отрицательного дифференциального сопро­тивления.

Классификация, обозначения и типовые ВАХ тиристоров приведены в табл. 1.5.

Простейшим тиристором является динистор — неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.45, a). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние p-n переходы называются эмиттерными, а средний p-n переход — коллекторным. Внутренние области струк­туры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней «-областью, называется катодом, а с внешней p-областью — анодом.

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.45, а, коллекторный p-n переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.45, а).

                   

                    Рисунок 1. 45                                     Рисунок 1.46

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристо­ра увеличивается незначительно, пока это напряжение не прибли­зится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения U_вкл. При напряжении U_вкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.45, б). В л-области коллекторного перехода образуется избыточная кон­центрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциаль­ные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинооб­разный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновре­менно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьше­нием напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавли­вается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд. Напряжение U_вкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллектор­ному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независи­мого источника управляющего напряжения (U_упр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триод-ным, или тринисторным. Схема включения тринистора показана на рис. 1.46. Возможность снижения напряжения U_вкл при росте тока управления, показывает семейство ВАХ, изображенных в табл. 1.5.

Если к тиристору приложить напряжение питания, противопо­ложной полярности (рис. 1.46), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой ти­ристора.

В отличие от рассмотренных несимметричных тиристоров в симметричных обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это  достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n переходами.

Тиристоры имеют широкий диапазон применений (управляе­мые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.

                                     Таблица 1.5

Наименование	Обозначения	Основные характеристики
Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении Тиристор диодный симметричный Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду по катоду Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении, с управлением: по аноду  по катоду Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении, с управлением: По аноду По катоду Тиристор триодный симметричный