Схемы замещения тиристора двумя транзисторами

Рис. 11.5 Разрез (а), структурная (б) и принципиальная (в) схемы замещения тиристора двумя транзисторами

Для объяснения теории работы тиристора широко используют схему замещения двумя транзисторами VT1 и VT2 (рис.11.5). В этой схеме тиристор мысленно разрезается и раздвигается по переходу j₂ на два транзистора VT1–p₁–n₁–p₂, VT2–n₁–p₂–n₂, соединенных между собой по схеме с ОЭ. При этом для объяснения работы данной схемы можно выделить две цепи: первая цепь – замыкающаяся через Э1-Б1-К2-Э2, вторая цепь – Э1-К1-Б2-Э2.

Рассмотрим основные соотношения между токами транзисторов в схеме замещения.

11.7.1 Принцип работы тиристора по схеме замещения при IG=0

Рассмотрим работу схемы замещения при токе управления IG=0.

Из схемы (рис. 11.5, в) видно:

Ток IК1в VT1 IK1=IЭ1∙α1+IKO1(11.1)

Ток IК1 одновременно является IБ2, т.е. IБ2=IК1 (11.2)
Ток IК2VT2 равен IK2=IЭ2∙α2+IKO2 (11.3)
Ток IК2одновременно является IБ1, т.е. IБ1=IK2 (11.4)
где IЭ1, IБ1, IК1– токи эмиттера, базы и коллектора VT1;

IЭ2, IБ2, IК2– токи эмиттера, базы и коллектора VT2;

α1, α2 – коэффициенты передачи тока VT1 и VT2;

IKO1, IKO2 – обратный коллекторный ток VT1 и VT2.

Обозначим через IDобщий ток утечки p–n перехода j2, тогда

ID=IKO1+IKO2 . (11.5)
Из схемы замещения можно записать, что ток анода IAи катода IKравны:

IA= IK=IЭ1=IЭ2= IK1+ IK2; (11.6)

Подставим значение IK1и IK2из (11.1) и (11.3) получим:

IA= IA∙α1+ IA∙α2+ID; (11.7)

Решим уравнение (11.7) относительно IAнайдем

IA=ID /(1–(α1+α2)).(11.8)

Формула (11.8) является основным уравнением для объяснения физических процессов в тиристоре. Используя ее, рассмотрим особенности работы тиристора на участке ОА, когда тиристор закрыт, на АВ – процесс открытия, ВС – включенное состояние.

В транзисторах при малых значениях токов IЭи IKкоэффициенты α1и α2малы и (α1+ α2) < 1, т.е транзисторы VT1 и VT2 закрыты (тиристор закрыт) – участок ОА ВАХ (рис. 11.3).

С ростом тока IA, а следовательно IЭ1, IK1, IЭ2и IK2

(α1+ α2) ≥ 1. (11.9)

Это объясняется тем, что через переход j₂ протекает незначительный ток утечки I_D (мА или мкА), поэтому ток I_K1=I_Э1•α₁ будет очень мал. Следовательно, ток I_Б2=I_К1 также мал и VT2 практически закрыт, поэтому ток по цепи 1 будет очень мал. Так как VT2 закрыт, то ток по цепи 2 будет мал, следовательно, VT1 будет практически закрыт, т.е. VT1 и VT2 удерживают друг друга в закрытом состоянии.

Напряжение между А и К уменьшается до падения напряжения на открытых переходах j1, j2, j3(участок ВС ВАХ). При дальнейшем увеличении напряжения UFВАХ тиристора аналогична ВАХ диода – участок CD.

11.7.2 Принцип работы тиристора при IG>0 (по схеме замещения)

Рассмотрим работу тиристора по схеме замещения при включении тока управления IG. В этом режиме под действием напряжения управления UGэлектроны из области n2 дополнительно инжектируются в область p2 , поэтому ток через j2 возрастает.

Для этого режима можно записать следующее уравнение:

IА=IК=IАa1+IАa2+IGa2+ID. (11.11)

Откуда, решив (11.11) относительно IA

IА=(ID+IGa2)/[1-(a1+a2)] (11.12)

Из (11.11) видно, что за счет тока IGнарастание тока IАпроисходит быстрее и a1+a2приближается к 1 при меньших напряжениях UF. При токе IG2>IG1напряжение переключения U(ВО)2тиристора в открытое состояние происходит при меньшем значении U(ВО)1.

Если IG=IGT, называемым отпирающим током управления, то ВАХ тиристора будет повторять ВАХ диода (рис. 11.3).

11.8 Конструктивное выполнение штыревого тиристора

Как и силовые диоды, тиристоры выполняются двух модификаций: штыревые и таблеточные. Отличительной особенностью от диодов служит изолированный вывод управляющего электрода (УЭ).

Недостаток конструкции: выпрямительный элемент жестко припаян к конструкции. У таблеточных тиристоров он как бы “плавает” (это хорошо).