Тема 1.5. Специальные полупроводниковые приборы

Тиристоры

Тиристоры являются переключающими приборами. Их название происходит от греческого слова «ТИРА», означающего «дверь», «выход». Типичная структура тиристора – четырехслойная, с чередующимися слоями полупроводника p-типа и n-типа: p₁-n₁-p₂-n₂. На основе этой структуры, в зависимости от числа выходов, могут быть изготовлены два типа тиристоров: диодные, называемые динисторами, и триодные, называемые тринисторами.

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEA9EwqHMYA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWvCQBSE7wX/w/KE3upGW0Siq0iLpdaDGFv0+Mg+ k7TZtyG7xu2/7wqCx2FmvmFmi2Bq0VHrKssKhoMEBHFudcWFgq/96mkCwnlkjbVlUvBHDhbz3sMM U20vvKMu84WIEHYpKii9b1IpXV6SQTewDXH0TrY16KNsC6lbvES4qeUoScbSYMVxocSGXkvKf7Oz UeA327A+/mzfWGcH7L5NeM8/g1KP/bCcgvAU/D18a39oBc+T8Qtc38QnIOf/AAAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFw ZXhtbC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEA9EwqHMYAAADdAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJz L2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIsDAAAAAA== " fillcolor="window" strokecolor="windowText" strokeweight="1.5pt"/>

Диодные тиристоры имеют два вывода: от наружного слоя p₁ – вывод анода А, от наружного слоя n₂ – вывод катода К. Триодные тиристоры имеют три вывода: кроме указанных основных выводов катода и анода – вывод управляющего электрона УЭ от одного из внутренних слоев p₂ или n₁. Принцип действия тиристора удобно рассматривать сначала без влияния цепи управления, то есть для включения его как динистора.

При обратном напряжении между анодом и катодом переходы П1 и П3 находятся под обратным напряжением, а переход П2 – под прямым. На переходе П2 падение напряжения очень мало, поэтому практически все внешнее напряжение U_а распределятся фактически между переходами П1 и П3. В этом случае тиристор ведет себя так же, как и диод при обратном напряжении: анодный ток практически отсутствует, и тиристор находится в закрытом состоянии.

При подаче на тиристор прямого напряжения полярность напряжений p-n-переходе изменится: на переходах П1 и П3 будет прямое напряжение, а на П2 – обратное. В этом случае падение напряжения на крайних переходах П1 и П3 очень мало: фактически все внешнее напряжение приложено к среднему переходу П2.

Вольт-амперная характеристика показывает, что происходит в тиристоре при повышении приложенного к нему напряжения. Сначала ток невелик и растет медленно, что соответствует участку 0А характеристики. В этом режиме тиристор можно считать закрытым. На сопротивление перехода П2 влияют два взаимно противоположных процесса.

С одной стороны, повышение обратного напряжения на этом переходе увеличивают его сопротивление, так как под влиянием обратного напряжения на этом переходе увеличивают его сопротивление, так как под влиянием обратного напряжения основные носители заряда уходят в разные стороны от границы, то есть переход П2 все больше обедняется основными носителями, но с другой стороны повышение прямых напряжений на переходах П1 и П3 усиливают инжекцию носителей, которые подходят к переходу П2, обогащают его и уменьшают его сопротивление. До точки А перевес имеет первый процесс, и сопротивление растет, но все медленнее и медленнее, так как постепенно растет и второй процесс.

Около точки А при некотором напряжении (десятки и сотни вольт), называемом напряжением включения U_вкл, влияние обоих процессов уравновешивается, а затем даже ничтожно малое повышение подводимого напряжения создаст перевес второго процесса и сопротивление перехода П2 начнет уменьшаться. Тогда возникает лавинообразный процесс быстрого отпирания тиристора. С уменьшением напряжения на тиристоре в открытом состоянии ток тиристора уменьшается, и при определенном значении тока тиристор переходит в закрытое состояние.