Тиристор

Определение "Тиристор" в Большой Советской Энциклопедии

Вольтамперная характеристика тиристора

Тиристор (от греч. thýra - дверь, вход и англ. resistor - резистор), полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий свойствами вентиля электрического и имеющий нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ). С крайними слоями (областями) монокристалла контактируют силовые электроды (СЭ) - анод и катод, от одного из промежуточных слоев делают вывод электрода управления (УЭ).

Тиристор (двухтранзисторная схема)

К СЭ подсоединяют токоподводы силовой цепи и устройства теплоотвода. В случае, когда к СЭ прикладывается напряжение прямой полярности U_np (как указано на рис. 1), первый (П₁) и третий (П₃) электронно-дырочные переходы смещаются в прямом направлении, а второй (П₂) - в обратном. Через переходы П₁ и П₃ в области, примыкающие к переходу П₂, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода П₂, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через Тиристор сначала растет медленно, что соответствует участку ОА на ВАХ (рис. 2). В этом режиме Тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода П₂ всё ещё очень велико (при этом напряжения на переходах П₁ и П₃ малы, и почти всё приложенное напряжение падает на переходе П₂). По мере увеличения напряжения на Тиристор снижается доля напряжения, падающего на П₂, и быстрее возрастают напряжения на П₁ и П₂, что вызывает дальнейшее увеличение тока через Тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область П₃. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен в), называется напряжением переключения U_пер (точка А на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, Тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи (точка В на ВАХ).

Тиристор (схема)

Процесс скачкообразного переключения Тиристор из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью можно объяснить, рассматривая Тиристор как комбинацию двух транзисторов (T₁ и Т₂), включенных навстречу друг другу (рис. 3). Крайние области монокристалла являются эмиттерами (р-слой называется анодным эмиттером, n-слой - катодным), а средние - коллектором одного и одновременно базой др. транзистора. Ток i, протекающий во внешней цепи Тиристор, является током первого эмиттера i_э1 и током второго эмиттера i_э2. Вместе с тем этот ток складывается из двух коллекторных токов i_к1 и i_к2, равных соответственно a₁i_э1 и a₂i_э2, где «a₁ и a₂ - коэффициенты передачи эмиттерного тока транзисторов T₁ и Т₂; кроме того, в его состав входит ток коллекторного перехода i_кo (так называемый обратный ток). Таким образом i = a₁i_э1 + a₂i_э2 + i_кo. С учётом i_э1 = i_э2 = i имеем  . При малых токах a₁ и a₂ значительно меньше 1 (и их сумма также меньше 1). С увеличением тока a₁ и a₂ растут, что ведёт к возрастанию i. Когда он достигает значения, называется током включения I_вк, сумма a₁+a₂ становится приблизительно равной 1, и ток скачком возрастает до величины, ограничиваемой сопротивлением нагрузки (точка В на рис. 2). Всякий Тиристор характеризуется предельно допустимым значением прямого тока I_пред (точка Г на рис. 2), при котором на приборе будет небольшое остаточное напряжение U_ocт. Если же уменьшать ток через Тиристор, то при некотором его значении, называется удерживающим током I_yд (точка Б на рис. 2), Тиристор запирается - переходит в состояние с низкой проводимостью, соответствующее участку ОА на ВАХ. При напряжении обратной полярности кривая зависимости тока от напряжения выглядит так же, как соответствующая часть ВАХ полупроводникового диода.

Тиристоры (общий вид)

Описанный способ включения Тиристор (повышением напряжения между его СЭ) применяют в Тиристор, называется вентилями-переключателями (реже неуправляемыми Тиристор, или динисторами). Однако преимущественное распространение получили Тиристор, включаемые подачей в цепь УЭ импульса тока определённой величины и длительности при положительной разности потенциалов между анодом и катодом (обычно их называют управляемыми вентилями или Тиристор). Особую группу составляют фототиристоры, перевод которых в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием. Выключение Тиристор производят либо снижением тока через Тиристор до значения I_yд, либо изменением полярности напряжения на его СЭ.

Тиристоры (общий вид)

В соответствии с назначением различают Тиристор с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью (симметричные), быстродействующие, высокочастотные, импульсные, двухоперационные и специальные.

Управляемый тиристор (в разрезе)

Полупроводниковый элемент Тиристор изготовляют из кремниевых монокристаллических дисков (пластин), вводя в Si добавки В, Al и Р. При этом в основном используют диффузионную и сплавную технологию. Конструктивно Тиристор выполняют (рис. 4) в герметичном корпусе; для обеспечения механической прочности и устранения тепловых напряжений, возникающих из-за различия коэффициентов расширения Si и Cu (материал электродов), между кристаллом и электродами устанавливают термокомпенсирующие вольфрамовые или молибденовые диски. Различают Тиристор штыревой конструкции - в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные (с отводом тепла с одной стороны Тиристор) и таблеточные (с двухсторонним отводом тепла). Основные конструкции Тиристор - таблеточная и штыревая. Тиристор на токи до 500 а изготовляют с воздушным охлаждением, на токи свыше 500 а - обычно с водяным.

Современные Тиристор изготовляют на токи от 1 ма до 10 ка напряжения от нескольких в до нескольких кв; скорость нарастания в них прямого тока достигает 10⁹ а/сек, напряжения - 10⁹ в/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мксек, время выключения - от нескольких единиц до нескольких сотен мксек; кпд достигает 99%.

Тиристор нашли применение в качестве вентилей в преобразователях электрической энергии (см. Преобразовательная техника, Тиристорный электропривод), исполнительных и усилительных элементов в системах автоматического управления, ключей и элементов памяти в различных электронных устройствах и т. п., где они совместно с др. полупроводниковыми приборами к середине 70-х гг. 20 в. в основном вытеснили электронные (электровакуумные) и ионные (газоразрядные и ртутные) вентили.
Лит.: Тиристоры. (Технический справочник), пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Кузьмин В, А., Тиристоры малой и средней мощности, М., 1971.
  Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.

Рис. 4. Управляемый тиристор (в разрезе): 1 - основание (силовой электрод); 2 - полупроводниковый кристалл; 3 - фторопластовое кольцо; 4 - гибкий внутренний провод; 5 - крышка; 6 - изолятор крышки; 7 - стержень крышки; 8 - гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 - управляющий электрод; 10 - наконечник наружного вывода.


Рис. 5 (в, г). Общий вид тиристоров: в - прижимного в металлокерамическом корпусе; г - штыревого в металлокерамическом корпусе в сборе с охладителем.

Uпp - прямое напряжение на тиристоре." href="/a_pictures/18/10/213893447.jpg">Uпp - прямое напряжение на тиристоре."http://uranium.atomistry.com/">Uпp - прямое напряжение на тиристоре." src="a_pictures/18/10/th_213893447.jpg">
Рис. 3. Схематическое изображение тиристора в виде двух включенных навстречу друг другу транзисторов: Т - транзистор; Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор; iэ - эмиттерный ток; iк - коллекторный ток; iкo - ток коллекторного перехода; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.

Uпp - прямое напряжение на тиристоре." href="/a_pictures/18/10/214623517.jpg">Uпp - прямое напряжение на тиристоре."http://uranium.atomistry.com/">Uпp - прямое напряжение на тиристоре." src="a_pictures/18/10/th_214623517.jpg">
Рис. 1. Схематическое изображение тиристора: А - анод; К - катод; УЭ - управляющий электрод; П - электронно-дырочный переход; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.