Тиристоры

§ 156. ТИРИСТОРЫ

Наряду с полупроводниковыми диодами и транзисторами в технике   все  шире  используют   управляемые   полупроводниковые приборы с четырехслойной р-n-р-n структурой, называемые тири­сторами.

По внутренней структуре тиристоры отличаются от транзисто­ров тем, что вместо трех в них имеются четыре полупроводниковых слоя    с    тремя    электронно-дырочными    переходами   (рис. 220).

К р-области анода А прилегает относи­тельно широкая область базы с элек­тронной проводимостью, за ней — тон­кая базовая область с дырочной прово­димостью, к которой присоединен вывод управляющего электрода УЭ, и область катода К с электронной прово­димостью. Слои наращиваются обычно на тонкой кремниевой пластинке мето­дом диффузии и вплавления.

При приложении к тиристору пря­мого напряжения Е переходы П1 и П3 окажутся открытыми (проводящими), а на переходе П2 будет обратное сме­щение. Поэтому действие тиристора можно заменить эквивалентным дей­ствием комбинации из двух транзисто­ров: транзистора типа р-n-р с эмиттерным переходом П1 и коллекторным П2 и транзистора   типа   n-р-n,   имеющего

тот же коллекторный переход П2 и эмиттерный — П3.  Соединение обоих транзисторов показано на рис. 221.

Из эквивалентной схемы видно, что ток коллектора транзистора типа р-n-р одновременно является током базы, отпирающим тран­зистор n-р-n, а коллекторный ток последнего — базовым током, отпирающим транзистор типа р-n -р.

При увеличении прямого напряжения батареи с, подаваемого на ти­ристор, небольшое приращение тока в цепи эмиттера транзистора типа р-n-р  ΔIэ1 вы­зовет приращение тока в цепи коллектора этого же транзистора ΔIк1, что, в свою очередь, приводит к увеличению коллек­торного тока сопряженного транзистора ΔIк2 , а также коллекторного транзистора типа р-n-р ΔIк1. Далее процесс продол­жается, и ток эквивалентных транзисто­ров возрастает.

Наличие третьего вывода УЭ тиристоров значительно облегчает управляемость прибора. Увеличение тока в цепи тиристора может быть достигнуто независимо от величины приложенного напряжения путем введения дополнительного тока через управляющий электрод в одну из базовых областей структу­ры. Ток в цепи управляющего  электрода,  складываясь  с  общим током прибора, вызовет увеличение коэффициента усиления по току  транзистора р-n-р типа, в результате чего начнется лавинное нара­стание тока в цепи.

После отпирания тиристора за счет тока в цепи управляющего электрода управляющее действие его прекращается. Запирание ти­ристора может быть осуществлено путем изменения полярности напряжения на аноде или уменьшения тока, протекающего через прибор до значения, называемого током «удержания».

Из сказанного следует, что работа управляемого полупроводни­кового прибора подобна работе тиратрона, в котором управление включением анодной цепи выполняется подачей напряжения зажигания на сетку лампы.

По сравнению с тиратроном тиристоры имеют меньший вес и габариты, обладают большой механической прочностью и значи­тельно большим коэффициентом полезного действия. Тиристор мо­жет работать при более низких напряжениях питания.

Тиристоры обладают рядом преимуществ и перед мощными, транзисторами. Они могут работать при очень больших токах и более высоких обратных напряжениях.

Существенным недостатком тиристоров является то, что они не могут быть выключены с помощью управляющего сигнала.

В настоящее время тиристоры применяют в основном в устрой­ствах электропитания в качестве выпрямителей, преобразователей энергии, частотных преобразователей, в устройствах защиты элек­тронной аппаратуры.