Що таке тиристор?

Тиристори це напівпровідникові прилади, призначені для роботи в якості ключів. Вони мають три електрода і структуру p-n-p-n з чотирьох шарів напівпровідника. Електроди іменуються як анод, катод і керуючий електрод. Структура p-n-p-n функціонально аналогічна нелінійного резистору, який здатний приймати два стани:

• з дуже великим опором, вимкнений;
• з дуже малим опором, включене.

види

На включеному тиристори зберігається напруга близько одного або декількох Вольт, яке незначно збільшується зі зростанням сили струму, що протікає через нього. Залежно від виду струму і напруги, прикладеного до електричного кола з тиристором, в ній використовується одна з трьох сучасних різновидів цих напівпровідникових приладів. На постійному струмі працюють:

• включаються тріністори;
• три різновиди замикаються тиристорів, іменованих як

На змінному і постійному струмі працюють сімістори. Всі ці тиристори містять керуючий електрод і два інших електрода, через які тёчёт струм навантаження. Для тринисторов і замикаються тиристорів це анод і катод, для сімісторов найменування цих електродів обумовлено правильністю визначення якостей керівника сигналу, що подається на керуючий електрод.

Наявність в тиристорі структури p-n-p-n дозволяє розділити її умовно на дві області, кожна з яких є біполярним транзистором відповідної провідності. Таким чином, ці взаємопов`язані транзистори є еквівалентом тиристора, що має вигляд схеми на зображенні зліва. Першими на ринку з`явилися тріністори.

Властивості і характеристики

По суті це аналог самоблокується реле з одним нормально розімкненим контактом, роль якого виконує напівпровідникова структура, розташована між анодом і катодом. Відмінність від реле полягає в тому, що для цього напівпровідникового приладу може бути застосовано кілька способів включення і виключення. Всі ці способи пояснюються транзисторним еквівалентом тринистора.

Два еквівалентних транзистора охоплені позитивним зворотним зв`язком. Вона багато разів підсилює будь-які зміни струму в їх напівпровідникових переходах. Тому існує кілька видів впливу на електроди тринистора для його включення і виключення. Перші два способи дозволяють виконати включення по аноду.

• Якщо напруга на аноді збільшувати, при його певному значенні почнуть позначатися ефекти починається пробою напівпровідникових структур транзисторів. З`явився початковий струм лавиноподібно посилиться позитивним зворотним зв`язком і обидва транзистора включаться.
• При досить швидкому збільшенні напруги на аноді відбувається заряд міжелектродних ємностей, які присутні в будь-яких електронних компонентах. При цьому в електродах з`являються зарядні струми цих ємностей, які підхоплює позитивний зворотний зв`язок і все закінчується включенням тринистора.

Якщо перераховані вище зміни напруги відсутні, включення зазвичай відбувається струмом бази еквівалентного n-p-n транзистора. Вимкнути тринистор можна одним із двох способів, які також стають зрозумілі через взаємодію еквівалентних транзисторів. Позитивний зворотний зв`язок в них діє, починаючи з деяких величин струмів, що протікають в структурі p-n-p-n. Якщо величину струму зробити менше цих величин, позитивний зворотний зв`язок спрацює на швидке зникнення струмів.

Інший спосіб виключення використовує переривання позитивного зворотного зв`язку імпульсом напруги, який змінює полярність на анод і катод. При такому впливі напрямки струмів між електродами змінюється на протилежні і тринистор вимикається. Оскільки для напівпровідникових матеріалів характерне явище фотоефекту, існують фото- та Оптотиристори, у яких включення може бути обумовлено освітленням або приймального віконця, або світлодіодом в корпусі цього напівпровідникового приладу.

Існують ще й так звані діністори (некеровані тиристори). У цих напівпровідникових приладах немає керуючого електрода конструктивно. За своєю суттю це тринистор з одним відсутнім висновком. Тому їх стан залежить тільки від напруги анода і катода і вони не можуть включитися керуючим сигналом. В іншому процеси в них аналогічні звичайним тріністоров. Те саме можна сказати і до сімісторов, які по суті є двома тріністорамі з`єднаними паралельно. Тому вони застосовуються для управління змінним струмом без додаткових діодів.

замикаються тиристори

Якщо певним чином виготовити області структури p-n-p-n поблизу баз еквівалентних транзисторів можна досягти повної керованості тиристором з боку керуючого електрода. Така конструкція структури p-n-p-n показана на зображенні зліва. Вмикати і вимикати такий тиристор можна відповідними сигналами в будь-який момент часу подаючи їх на керуючий електрод. Інші способи включення, що застосовуються до тріністоров, для замикаються тиристорів так само годяться.

Однак ці способи не застосовуються до таких напівпровідникових приладів. Вони навпаки виключаються тими чи іншими схемотехническими рішеннями. Метою є отримання надійного включення і виключення тільки по керуючому електроду. Це необхідно для використання таких тиристорів в потужних інверторах підвищеної частоти. GTO працюють на частотах до 300 Герц, а IGCT здатні на значно більш високі частоти, що досягають 2 кГц. Номінальні значення струмів можуть бути кілька тисяч ампер, а напруга - кілька кіловольт.

Порівняння різних тиристорів приведено в таблиці нижче.

Тиристори виготовляються для широкого діапазону струмів і напруг. Конструкція їх визначається розмірами структури p-n-p-n і необхідністю отримання надійного відведення тепла від неї. Сучасні тиристори, а також їх позначення на електричних схемах показані на зображеннях нижче:

В наші дні тиристор є головним напівпровідниковим приладом силової електроніки. Він забезпечує найбільш ефективне перетворення електричної енергії.