Enheten og parameterne til tyristorer
En tyristor er en halvlederenhet med tre (eller flere) p-n-kryss, hvis strømspenningskarakteristikk har en negativ differensialmotstandsseksjon og som brukes til å bytte i elektriske kretser.
Den enkleste tyristoren med to utganger er en diodetyristor (dynistor). Triodetyristoren (SCR) har i tillegg en tredje (kontroll)elektrode. Både diode- og triodetyristorer har en firelagsstruktur med tre p–n-overganger (fig. 1).
Endeområdene p1 og n2 kalles henholdsvis anode og katode, en kontrollelektrode er koblet til et av midtområdene p2 eller n1. P1, P2, P3- overganger mellom p- og n-regioner.
En kilde E for den eksterne forsyningsspenningen er koblet til anoden med en positiv pol i forhold til katoden. Hvis strømmen Iу gjennom kontrollelektroden til triodetyristoren er null, skiller dens drift seg ikke fra driften av dioden. I noen tilfeller er det praktisk å representere tyristoren som en krets som tilsvarer to transistorer, ved å bruke transistorer med forskjellige typer elektrisk ledningsevne p-n-p og n-R-n (fig. 1, b).
Fig. 1.Struktur (a) og to-transistor ekvivalent krets (b) av en triode tyristor
Som det fremgår av fig. 1, b er overgang P2 en felles kollektorovergang for de to transistorene i den ekvivalente kretsen, og overgangene P1 og P3 er emitteroverganger. Etter hvert som foroverspenningen Upr øker (som oppnås ved å øke emk til strømkilden E), øker tyristorstrømmen litt inntil spenningen Upr nærmer seg en viss kritisk verdi av gjennombruddsspenningen, lik tennspenningen Uin (fig. . 2).
Ris. 2. Strømspenningsegenskaper og konvensjonell betegnelse for en triodetyristor
Med en ytterligere økning i spenningen Upr under påvirkning av et økende elektrisk felt i P2-overgangen, observeres en kraftig økning i antall ladningsbærere dannet som følge av slagionisering under kollisjonen av ladningsbærere med atomer. Som et resultat øker koblingsstrømmen raskt når elektroner fra n2-laget og hull fra p1-laget skynder seg inn i p2- og n1-lagene og metter dem med minoritetsladningsbærere. Med en ytterligere økning i EMF til kilden E eller en reduksjon i motstanden til motstanden R, øker strømmen i enheten i samsvar med den vertikale delen av I - V-karakteristikken (fig. 2)
Minimum foroverstrømmen som tyristoren forblir på kalles holdestrømmen Isp. Når foroverstrømmen avtar til verdien Ipr <Isp (nedstigende gren av I — V-karakteristikken i fig. 2), gjenopprettes den høye motstanden til forbindelsen og tyristoren slås av. Resistansgjenopprettingstiden til p-n-krysset er typisk 1-100 µs.
Spenningen Uin som en skredlignende strømøkning begynner med kan reduseres ved ytterligere å introdusere minoritetsladningsbærere i hvert av lagene ved siden av P2-krysset. Disse ekstra ladningsbærerne øker antallet ioniseringshandlinger i P2 p-n-krysset og derfor synker tennspenningen Uincl.
Ekstra ladebærere i triodetyristoren vist i fig. 1, innføres i p2-laget av en hjelpekrets som drives av en uavhengig spenningskilde. I hvilken grad tenningsspenningen avtar når kontrollstrømmen øker, er vist av kurvefamilien i fig. 2.
Overføring til åpen (på) tilstand, slås ikke tyristoren av selv når styrestrømmen Iy synker til null. Tyristoren kan slås av enten ved å senke den eksterne spenningen til en viss minimumsverdi, hvor strømmen blir mindre enn holdestrømmen, eller ved å tilføre en negativ strømpuls til kretsen til kontrollelektroden, hvis verdi imidlertid , er i samsvar med verdien av foroversvitsjstrømmen Ipr.
En viktig parameter for triodetyristoren er opplåsingskontrollstrømmen Iu på - strømmen til kontrollelektroden, som sikrer veksling av tyristoren i åpen tilstand. Verdien av denne strømmen når flere hundre milliampere.
Fig. 2 kan det sees at når en omvendt spenning påføres tyristoren, oppstår det en liten strøm i den, siden overgangene P1 og P3 i dette tilfellet er lukket. For å unngå tyristorskader i motsatt retning (som setter tyristoren ut av drift på grunn av termisk sammenbrudd av slaget), kreves det at reversspenningen er mindre enn Urev.max.
I symmetriske diode- og triodetyristorer faller den inverse I - V-karakteristikken sammen med den fremre. Dette oppnås ved antiparallell kobling av to identiske firelagsstrukturer eller ved å bruke spesielle femlagsstrukturer med fire p-n-kryss.
Ris. 3. Strukturen til en symmetrisk tyristor (a), dens skjematiske representasjon (b) og strøm-spenningskarakteristikken (c)
For tiden produseres tyristorer for strømmer opp til 3000 A og innkoblingsspenninger opp til 6000 V.
De største ulempene med de fleste tyristorer er ufullstendig kontrollerbarhet (tyristoren slår seg ikke av etter fjerning av kontrollsignalet) og relativt lav hastighet (tivis av mikrosekunder). Nylig har det imidlertid blitt laget tyristorer der den første ulempen er fjernet (låsetyristorer kan slås av ved hjelp av styrestrømmen).
Potapov L.A.