Tiristoru ierīce un parametri
Tiristors ir pusvadītāju ierīce ar trim (vai vairāk) p-n pārejām, kuras strāvas-sprieguma raksturlielumam ir negatīvs diferenciālās pretestības posms un ko izmanto pārslēgšanai elektriskās ķēdēs.
Vienkāršākais tiristors ar divām izejām ir diode tiristors (dinistors). Triodes tiristoram (SCR) papildus ir trešais (kontroles) elektrods. Gan diodes, gan triodes tiristori ir četrslāņu struktūra ar trim p–n pārejām (1. att.).
Gala apgabalus p1 un n2 sauc attiecīgi par anodu un katodu, vadības elektrods ir savienots ar vienu no vidus zonām p2 vai n1. P1, P2, P3- pārejas starp p- un n-reģioniem.
Ārējā barošanas sprieguma avots E ir savienots ar anodu ar pozitīvu polu attiecībā pret katodu. Ja strāva Iу caur triodes tiristora vadības elektrodu ir nulle, tā darbība neatšķiras no diodes darbības. Dažos gadījumos ir ērti attēlot tiristoru kā ķēdi, kas līdzvērtīga diviem tranzistoriem, izmantojot tranzistorus ar dažāda veida elektrovadītspēju p-n-p un n-R-n (1. att., b).
att. 1.Triodes tiristora uzbūve (a) un divu tranzistoru ekvivalentā ķēde (b).
Kā redzams no att. 1, b, pāreja P2 ir kopēja divu tranzistoru kolektora pāreja ekvivalentajā ķēdē, un pārejas P1 un P3 ir emitera pārejas. Palielinoties tiešajam spriegumam Upr (kas tiek panākts, palielinot barošanas avota E emf), tiristora strāva nedaudz palielinās, līdz spriegums Upr tuvojas noteiktai pārrāvuma sprieguma kritiskajai vērtībai, kas ir vienāda ar ieslēgšanas spriegumu Uin (att. . 2).
Rīsi. 2. Triodes tiristora strāvas-sprieguma raksturlielumi un parastais apzīmējums
Tālāk palielinoties spriegumam Upr pieaugoša elektriskā lauka ietekmē P2 pārejā, tiek novērots straujš lādiņnesēju skaita pieaugums, kas veidojas triecienjonizācijas rezultātā lādiņnesēju sadursmē ar atomiem. Rezultātā savienojuma strāva strauji palielinās, kad elektroni no n2 slāņa un caurumi no p1 slāņa ieplūst p2 un n1 slāņos un piesātina tos ar mazākuma lādiņu nesējiem. Tālāk palielinoties avota E EMF vai samazinot rezistora R pretestību, strāva ierīcē palielinās atbilstoši I-V raksturlīknes vertikālajai daļai (2. att.)
Minimālo priekšējo strāvu, pie kuras tiristors paliek ieslēgts, sauc par turēšanas strāvu Isp. Kad tiešā strāva samazinās līdz vērtībai Ipr <Isp (2. att. I — V raksturlīknes lejupejošais atzars), savienojuma augstā pretestība tiek atjaunota un tiristors izslēdzas. P–n krustojuma pretestības atjaunošanās laiks parasti ir 1–100 µs.
Spriegumu Uin, pie kura sākas lavīnai līdzīgs strāvas pieaugums, var samazināt, turpmāk ieviešot mazākuma lādiņu nesējus katrā no slāņiem, kas atrodas blakus P2 savienojumam. Šie papildu lādiņnesēji palielina jonizācijas darbību skaitu P2 p-n krustojumā un tāpēc samazinās ieslēgšanas spriegums Uincl.
Papildu lādiņu nesēji triodes tiristorā, kas parādīts attēlā. 1, tiek ievadīti p2 slānī ar papildu ķēdi, ko darbina neatkarīgs sprieguma avots. To, cik lielā mērā ieslēgšanas spriegums samazinās, palielinoties vadības strāvai, parāda līkņu saime attēlā. 2.
Pārejot uz atvērtu (ieslēgtu) stāvokli, tiristors neizslēdzas pat tad, ja vadības strāva Iy samazinās līdz nullei. Tiristoru var izslēgt vai nu pazeminot ārējo spriegumu līdz noteiktai minimālajai vērtībai, pie kuras strāva kļūst mazāka par turēšanas strāvu, vai arī pievadot vadības elektroda ķēdei negatīvu strāvas impulsu, kura vērtība tomēr , ir samērojams ar tiešās slēdža strāvas Ipr vērtību.
Svarīgs triodes tiristora parametrs ir atbloķēšanas vadības strāva Iu on — vadības elektroda strāva, kas nodrošina tiristora pārslēgšanu atvērtā stāvoklī. Šīs strāvas vērtība sasniedz vairākus simtus miliamperu.
att. 2 redzams, ka, pieliekot tiristoram apgriezto spriegumu, tajā rodas neliela strāva, jo šajā gadījumā pārejas P1 un P3 ir aizvērtas. Lai izvairītos no tiristora bojājumiem pretējā virzienā (kas izslēdz tiristoru darbību gājiena termiskā sadalījuma dēļ), reversajam spriegumam ir jābūt mazākam par Urev.max.
Simetriskos diodes un triodes tiristoros apgrieztais I — V raksturlielums sakrīt ar priekšējo. Tas tiek panākts, antiparalēli savienojot divas identiskas četrslāņu struktūras vai izmantojot īpašas piecu slāņu struktūras ar četriem p-n savienojumiem.
Rīsi. 3. Simetriska tiristora uzbūve (a), shematisks attēlojums (b) un strāvas-sprieguma raksturlielums (c)
Pašlaik tiristori tiek ražoti strāvai līdz 3000 A un ieslēgšanas spriegumam līdz 6000 V.
Lielākajai daļai tiristoru galvenie trūkumi ir nepilnīga vadāmība (tiristors neizslēdzas pēc vadības signāla noņemšanas) un salīdzinoši mazs ātrums (desmitiem mikrosekundēm). Tomēr pēdējā laikā ir radīti tiristori, kuros pirmais trūkums ir novērsts (bloķējošos tiristorus var izslēgt, izmantojot vadības strāvu).
Potapovs L.A.