Тиристором именуют полупроводниковый прибор с 3-мя (либо более) p-n-переходами, вольт-амперная черта которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который употребляется для коммутаций в электронных цепях.

Простым тиристором с 2-мя выводами является диодный тиристор (динистор). Триодный тиристор (тринистор) имеет дополнительно 3-ий (управляющий) электрод. Как диодный так и триодный тиристоры имеют четырехслойную структуру с 3-мя р–n-переходами (рис. 1).

Последние области р1 и n2 именуются анодом и катодом, соответственно, с одной из средних областей р2 либо n1 соединен управляющий электрод. П1, П2, П3 – переходы меж p- и n-областями.

Источник Е наружного питающего напряжения подключен к аноду положительным относительно катода полюсом. Если ток Iу через управляющий электрод триодного тиристора равен нулю, его работа не отличается от работы диодного. В отдельных случаях бывает комфортно представить тиристор двухтранзисторной схемой замещения с внедрением транзисторов с разным типом электропроводности р–n–р и n–р–n (рис. 1,б).

Рис.1. Структура (а) и двухтранзисторная схема замещения (б) триодного тиристора

Как видно из рис.1,б, переход П2 является общим коллекторным переходом обоих транзисторов в схеме замещения, а переходы П1 и П3 – эмиттерными переходами. При повышении прямого напряжения Uпр (что достигается повышением ЭДС источника питания Е) ток тиристора возрастает некординально до того времени, пока напряжение Uпр не приблизится к некому критичному значению напряжения пробоя, равному напряжению включения Uвкл (рис.2).

Рис. 2. Вольт-амперные свойства и условное обозначение триодного тиристора

При предстоящем повышении напряжения Uпр под воздействием нарастающего электронного поля в переходе П2 происходит резкое повышение количества носителей заряда, образовавшихся в итоге ударной ионизации при столкновении носителей заряда с атомами. В итоге ток в переходе стремительно наращивается, потому что электроны из слоя n2 и дырки из слоя р1 устремляются в слои р2 и n1 и насыщают их неосновными носителями заряда. При предстоящем увеличении ЭДС источника Е либо уменьшения сопротивления резистора R ток в приборе наращивается в согласовании с вертикальным участком ВАХ (рис.2)

Малый прямой ток, при котором тиристор остается во включенном состоянии именуется током удержания Iуд. При уменьшении прямого тока до значения Iпр< Iуд (нисходящая ветвь ВАХ на рис.2) высочайшее сопротивление перехода восстанавливается и происходит выключение тиристора. Время восстановления сопротивления p–n-перехода обычно составляет 1 - 100 мкс.

Напряжение Uвкл, при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено дополнительным введением неосновных носителей заряда в хоть какой из слоев, прилегающих к переходу П2. Эти дополнительные носители заряда наращивают число актов ионизации в р–n-переходе П2, в связи с чем напряжение включения Uвкл миниатюризируется.

Дополнительные носители заряда в триодном тиристоре, представленном на рис. 1, вводятся в слой р2 вспомогательной цепью, питаемой от независящего источника напряжения. В какой мере понижается напряжение включения при росте тока управления, указывает семейство кривых на рис. 2.

Будучи переведенным в открытое (включенное) состояние, тиристор не выключается даже при уменьшении управляющего тока Iу до нуля. Выключить тиристор можно или понижением наружного напряжения до некого малого значения, при котором ток становится меньше тока удержания, или подачей в цепь управляющего электрода отрицательного импульса тока, значение которого, вобщем, соизмеримо со значением коммутируемого прямого тока Iпр.

Принципиальным параметром триодного тиристора является отпирающий ток управления Iу вкл – ток управляющего электрода, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние. Значение этого тока добивается нескольких сотен миллиампер.

Из рис. 2 видно, что при подаче на тиристор оборотного напряжения в нем появляется маленький ток, потому что в данном случае закрыты переходы П1 и П3. Во избежание пробоя тиристора в оборотном направлении (который выводит тиристор из строя из-за термического пробоя хода) нужно, чтоб оборотное напряжение было меньше Uобр.макс.

В симметричных диодных и триодных тиристорах оборотная ВАХ совпадает с прямой. Это достигается встречно-параллельным включением 2-ух схожих четырехслойных структур либо применением особых пятислойных структур с 4-мя p–n-переходами.

В текущее время выпускаются тиристоры на токи до 3000 А и напряжения включения до 6000 В.

Главные недочеты большинства тиристоров – неполная маневренность (тиристор не выключается после снятия сигнала управления) и относительно низкое быстродействие (10-ки микросекунд). Но в ближайшее время сделаны тиристоры, у каких 1-ый недочет устранен (запираемые тиристоры могут быть выключены при помощи тока управления).

Потапов Л. А.

Школа для электрика