Oslash;Тиристоры

Другим видом полупроводниковых приборов с отрицательным со­противлением являются тиристоры. Они подразделяются на диодные (динисторы) и триодные (тринисторы).

Динистор обладает тремя p-n переходами по схеме n-p-n-p. Струк­тура динистора приведена на рис. 16. Там же приведена эквивалентная схема динистора в виде двух транзисторов p–n–p и n–p–n-типов, поясняю­щая принцип его работы. Как видно из структуры, два перехода П₁ и П₃ – работают в прямом направлении, а П₂ – в обратном. В эквивалентной схеме П₁ и П₃ являются эмиттерными переходами транзисторов соответственно Т₁ и Т₂, а П₂ – коллекторным переходом обоих транзисторов.

Рис. 16. Структура динистора и его эквивалентная схема

Область базы Б₁ транзистора Т₁ одновременно является коллектор­ной областью К₂ транзистора Т₂, а область базы Б₂ транзистора Т₂ – коллек­торной областью К₁ транзистора Т₁. Соответственно этому коллекторный ток первого транзистора I_К1 является током базы второго транзистора I_Б2, а I_К2 представляет собой I_Б1. При отсутствии остальных переходов, через пе­реход П₂ (коллекторный), работающий на обратном напряжении, протекал бы небольшой обратный ток, созданный неосновными носителями. Но если в базу транзистора со стороны эмиттера инжектируются в большом количе­стве неосновные носители, коллекторный ток возрастает пропорционально прямому напряжению эмиттерного перехода, которое и является причиной инжекции. Напряжение на коллекторе наоборот уменьшается, так как па­дает сопротивление коллекторного перехода. Описанная ситуация соответ­ствует режиму насыщения обычного транзистора. Нечто подобное проис­ходит и в данном случае. Через переходы П₁ и П₃ в области, примыкающие к переходу П₂ инжектируются неосновные носители, которые уменьшают со­про­тивле­ние в нем, увеличивают ток и уменьшают падение напряжения.

При повышении напряжения на ди­нисторе ток сначала растет мед­­лен­но, что соответствует вольтам­пер­ной характеристике обычного дио­да (участок 0–А на рис. 17). При­бор как бы «заперт». Сопротивление пере­хода П₂ еще велико, и так как поч­ти все внешнее напряжение реа­ли­зуется на П₂, напряжения на П₁ и П₃ незначительны. И поэтому пря­мой ток p-n пере­ходов мал. При увеличении напряжения вследствие нелинейности характе­ристики ток на­чи­нает возрастать все сильнее. Но при этом число носителей, инжектируемых в области П₂ возрастает, сопротивление этого перехода па­дает, соответственно растет напряжение на переходах П₁ и П₂ и растет пря­­мой ток, т. е. процесс начинает подстегивать сам себя. При напряжении включения U_ВК (точка А) процесс приобретает лавино­образ­ный характер.

Ток резко, скачком возрастает, при этом за счет уменьшения сопротивления П₂ также резко падает напряжение на этом переходе (участок А–Б). В точке Б концентрация инжектирован­ных носителей в зоне П₂ дости­гает такой величины, что соз­даются объемные заряды, со­ответствующие прямому вклю­чению. Таким образом, все пе­реходы динистора находятся под прямым напряжением, что соответствует режиму насыще­ния простого транзистора. А этот режим характеризуют большие токи при относи­тельно малом напряжении (участок Б–В). Направление участка А–Б под отрицатель­ным углом к оси U позволяет причислить тиристоры к полу­проводникам с отрицательным сопротивлением. Резкое, скач­кообразное изменение характеристики позволяет использовать тиристоры в качестве переключающей аппаратуры, в частности, для бесконтактного управления силовыми электродвигателями.

Если от одной из базовых областей сделать вывод, получится управ­ляемый переключающий прибор, именуемый триодным тиристором или тринистором. Вольтамперная характеристика приведена на рис. 18. Подавая на вывод управления прямое напряжение, можно регули­ровать U_ВК. Чем больше ток I_УПР через управляемый переход, тем ниже бу­дет U_ВК. Параметры у тринисторов в принципе такие же, что у динисторов, с добавлением величин, характери­зующих управляющую цепь.

Обычные тринисторы не запираются при помощи управляющей цепи, для их запирания необходимо уменьшить ток до величины ниже I_ВЫК. Однако разработаны тринисторы, для запирания которых достаточно через управляющий электрод подать короткий импульс обратного напряжения. Разработаны также симметричные тринисторы, имеющие структуру n–p–n–p–n (вольтамперная характеристика приведена на рис. 19), отпи­рающиеся при любой полярности управляющего напряжения и одинаково проводящие ток в обоих направлениях.

Рис. 18. Характеристики тринистора

Рис. 19. Характеристика симметричного тринистора

Условные обозначения тринисторов на электросхемах приведены на рис. 20.

а	б	в	г	д

Рис. 20. Условные обозначения тринисторов: а и б – с выводом от
n-области; в и г – с выводом от p-области; д – симметричного тринистора