Tyristorien laite ja parametrit

Tyristori on puolijohdelaite, jossa on kolme (tai useampi) p-n-liitosta, jonka virta-jännite-ominaiskäyrä on negatiivinen erovastusosuudella ja jota käytetään kytkentöihin sähköpiireissä.

Yksinkertaisin tyristori kahdella ulostulolla on diodityristori (dynistori). Triodityristorissa (SCR) on lisäksi kolmas (ohjaus)elektrodi. Sekä diodi- että triodityristoreilla on nelikerroksinen rakenne, jossa on kolme p–n-liitosta (kuva 1).

Päätyalueita p1 ja n2 kutsutaan vastaavasti anodiksi ja katodiksi, ohjauselektrodi on kytketty yhteen keskialueista p2 tai n1. P1, P2, P3- siirtymät p- ja n-alueiden välillä.

Ulkoisen syöttöjännitteen lähde E on kytketty anodiin positiivisella napalla katodiin nähden. Jos virta Iу triodityristorin ohjauselektrodin läpi on nolla, sen toiminta ei eroa diodin toiminnasta. Joissakin tapauksissa on kätevää esittää tyristori kahta transistoria vastaavana piirinä käyttämällä transistoreja, joiden sähkönjohtavuus on erityyppinen p-n-p ja n-R-n (kuva 1, b).

Kuva. 1.Triodityristorin rakenne (a) ja kahden transistorin ekvivalenttipiiri (b).

Kuten kuvasta voidaan nähdä. Kuvioissa 1, b siirtymä P2 on kahden transistorin yhteinen kollektorisiirtymä ekvivalenttipiirissä, ja siirtymät P1 ja P3 ovat emitteriliitoksia. Myötäjännitteen Upr kasvaessa (joka saavutetaan nostamalla teholähteen E emf:ää), tyristorivirta kasvaa hieman, kunnes jännite Upr lähestyy tiettyä läpilyöntijännitteen kriittistä arvoa, joka on yhtä suuri kuin käynnistysjännite Uin (kuva 11). . 2).

Riisi. 2. Triodityristorin virta-jännite-ominaisuudet ja tavanomainen nimitys

Kun jännite Upr kasvaa edelleen P2-siirtymässä kasvavan sähkökentän vaikutuksesta, havaitaan jyrkkä lisäys iskuionisaation seurauksena muodostuneiden varauksenkuljettajien lukumäärässä varauksenkuljettajien törmäyksessä atomien kanssa. Seurauksena on, että liitosvirta kasvaa nopeasti, kun elektronit n2-kerroksesta ja aukot p1-kerroksesta syöksyvät p2- ja n1-kerroksiin ja kyllästävät ne vähemmistövarauksen kantajilla. Kun lähteen E EMF kasvaa edelleen tai vastuksen R vastus pienenee, laitteen virta kasvaa I - V -ominaiskäyrän pystysuoran leikkauksen mukaisesti (kuva 2).

Vähimmäisvirtaa, jolla tyristori pysyy päällä, kutsutaan pitovirraksi Isp. Kun myötävirta pienenee arvoon Ipr <Isp (kuvan 2 I — V-ominaiskäyrän laskeva haara), kytkennän korkea resistanssi palautuu ja tyristori sammuu. P - n -liitoksen resistanssipalautusaika on tyypillisesti 1 - 100 µs.

Jännitettä Uin, jolla lumivyörymäinen virran kasvu alkaa, voidaan vähentää lisäämällä vähemmistövarauksen kantajia edelleen kuhunkin P2-liitoksen viereiseen kerrokseen. Nämä lisävarauksenkantajat lisäävät ionisaatiotoimintojen määrää P2 p-n -liitoksessa ja siksi käynnistysjännite Uincl pienenee.

Lisävarauksenkuljettajat kuvassa näkyvässä triodityristorissa. Kuviossa 1 esitetyt, johdetaan p2-kerrokseen apupiirillä, joka saa virtansa itsenäisestä jännitelähteestä. Se, missä määrin käynnistysjännite laskee ohjausvirran kasvaessa, näkyy kuvion 1 käyräperheellä. 2.

Siirtyessään auki (päällä) -tilaan tyristori ei sammu, vaikka ohjausvirta Iy pienenee nollaan. Tyristori voidaan sammuttaa joko alentamalla ulkoinen jännite tiettyyn minimiarvoon, jossa virrasta tulee pienempi kuin pitovirta, tai syöttämällä ohjauselektrodin piiriin negatiivinen virtapulssi, jonka arvo kuitenkin , on oikeassa suhteessa eteenpäin suunnatun kytkimen virran Ipr arvoon.

Tärkeä triodityristorin parametri on avausohjausvirta Iu on — ohjauselektrodin virta, joka varmistaa tyristorin kytkemisen avoimessa tilassa. Tämän virran arvo saavuttaa useita satoja milliampeeria.

Kuva. Kuvasta 2 voidaan nähdä, että kun tyristoriin kytketään käänteinen jännite, siinä tapahtuu pieni virta, koska tässä tapauksessa siirtymät P1 ja P3 ovat kiinni. Tyristorivaurion välttämiseksi päinvastaisessa suunnassa (joka sammuttaa tyristorin iskun lämpöhajoamisen vuoksi), käänteisjännitteen on oltava pienempi kuin Urev.max.

Symmetrisissä diodi- ja triodityristoreissa käänteinen I-V-ominaisuus on sama kuin eteenpäin suuntautuva ominaisuus. Tämä saavutetaan yhdistämällä kaksi identtistä nelikerrosrakennetta rinnakkain tai käyttämällä erityisiä viisikerroksisia rakenteita, joissa on neljä p-n-liitosta.

Riisi. 3. Symmetrisen tyristorin rakenne (a), sen kaavamainen esitys (b) ja virta-jännite-ominaisuus (c)

Tällä hetkellä tyristoreita valmistetaan virroille 3000 A asti ja käynnistysjännitteille 6000 V asti.

Useimpien tyristorien tärkeimmät haitat ovat epätäydellinen ohjattavuus (tyristori ei sammu ohjaussignaalin poistamisen jälkeen) ja suhteellisen alhainen nopeus (kymmeniä mikrosekunteja). Äskettäin on kuitenkin luotu tyristoreita, joista ensimmäinen epäkohta on poistettu (lukitustyristorit voidaan kytkeä pois päältä ohjausvirralla).

Potapov L.A.