Enheten och parametrarna för tyristorer

En tyristor är en halvledarenhet med tre (eller fler) p-n-övergångar, vars ström-spänningskarakteristik har en negativ differentialresistanssektion och som används för omkoppling i elektriska kretsar.

Den enklaste tyristorn med två utgångar är en diodtyristor (dynistor). Triodtyristorn (SCR) har dessutom en tredje (kontroll)elektrod. Både diod- och triodtyristorer har en fyrskiktsstruktur med tre p–n-övergångar (Fig. 1).

Ändområdena pl och n2 kallas anod respektive katod, en styrelektrod är kopplad till ett av mittområdena p2 eller n1. P1, P2, P3- övergångar mellan p- och n-regioner.

En källa E för den externa matningsspänningen är ansluten till anoden med en positiv pol i förhållande till katoden. Om strömmen Iу genom kontrollelektroden på triodtyristorn är noll, skiljer sig dess funktion inte från diodens funktion. I vissa fall är det lämpligt att representera tyristorn som en krets som motsvarar två transistorer, med hjälp av transistorer med olika typer av elektrisk ledningsförmåga p-n-p och n-R-n (fig. 1, b).

Fikon. 1.Struktur (a) och tvåtransistorekvivalentkrets (b) för en triodtyristor

Som framgår av fig. 1, b är övergången P2 en gemensam kollektorövergång för de två transistorerna i den ekvivalenta kretsen, och övergångarna Pl och P3 är emitterövergångar. När framspänningen Upr ökar (vilket uppnås genom att öka emk för kraftkällan E), ökar tyristorströmmen något tills spänningen Upr närmar sig ett visst kritiskt värde för genombrottsspänningen, lika med startspänningen Uin (Fig. . 2).

Ris. 2. Strömspänningsegenskaper och konventionell beteckning för en triodtyristor

Med en ytterligare ökning av spänningen Upr under påverkan av ett ökande elektriskt fält i P2-övergången observeras en kraftig ökning av antalet laddningsbärare som bildas till följd av stötjonisering under kollisionen av laddningsbärare med atomer. Som ett resultat ökar kopplingsströmmen snabbt när elektroner från n2-lagret och hål från pl-lagret rusar in i p2- och n1-lagren och mättar dem med minoritetsladdningsbärare. Med en ytterligare ökning av EMF för källan E eller en minskning av motståndet hos motståndet R, ökar strömmen i enheten i enlighet med den vertikala sektionen av I - V-karakteristiken (fig. 2)

Den minsta framström vid vilken tyristorn förblir på kallas hållströmmen Isp. När framåtströmmen minskar till värdet Ipr <Isp (nedåtgående gren av I - V-karakteristiken i fig. 2), återställs anslutningens höga resistans och tyristorn stängs av. Resistansåterställningstiden för p - n-övergången är typiskt 1 - 100 µs.

Spänningen Uin vid vilken en lavinliknande strömökning börjar kan reduceras genom att ytterligare införa minoritetsladdningsbärare i vart och ett av lagren intill P2-övergången. Dessa ytterligare laddningsbärare ökar antalet joniseringsåtgärder i P2 p-n-övergången och därför minskar startspänningen Uincl.

Ytterligare laddningsbärare i triodtyristorn som visas i fig. 1, införs i p2-skiktet av en hjälpkrets som drivs av en oberoende spänningskälla. I vilken utsträckning startspänningen minskar när styrströmmen ökar visas av kurvfamiljen i fig. 2.

Övergång till öppet (på) tillstånd stängs inte tyristorn av även när styrströmmen Iy minskar till noll. Tyristorn kan stängas av antingen genom att sänka den externa spänningen till ett visst minimivärde, vid vilket strömmen blir mindre än hållströmmen, eller genom att tillföra en negativ strömpuls till styrelektrodens krets, vars värde dock , står i proportion till värdet på framåtströmbrytaren Ipr.

En viktig parameter för triodtyristorn är upplåsningsstyrströmmen Iu på - styrelektrodens ström, vilket säkerställer omkopplingen av tyristorn i öppet tillstånd. Värdet på denna ström når flera hundra milliampere.

Fikon. 2 kan man se att när en omvänd spänning appliceras på tyristorn uppstår en liten ström i den, eftersom i detta fall övergångarna Pl och P3 är slutna. För att undvika tyristorskador i omvänd riktning (vilket sätter tyristorn ur drift på grund av termiskt genombrott av slaget), krävs att backspänningen är mindre än Urev.max.

I symmetriska diod- och triodtyristorer sammanfaller den inversa I-V-karakteristiken med den främre. Detta uppnås genom antiparallell anslutning av två identiska fyrskiktsstrukturer eller genom att använda speciella femskiktsstrukturer med fyra p-n-övergångar.

Ris. 3. Strukturen för en symmetrisk tyristor (a), dess schematiska representation (b) och ström-spänningskarakteristiken (c)

För närvarande produceras tyristorer för strömmar upp till 3000 A och startspänningar upp till 6000 V.

De största nackdelarna med de flesta tyristorer är ofullständig styrbarhet (tyristorn stängs inte av efter att styrsignalen tagits bort) och relativt låg hastighet (tiotals mikrosekunder). Nyligen har dock tyristorer skapats där den första nackdelen har tagits bort (låsande tyristorer kan stängas av med hjälp av styrströmmen).

Potapov L.A.