A tirisztorok berendezése és paraméterei

A tirisztor egy három (vagy több) p-n átmenettel rendelkező félvezető eszköz, amelynek áram-feszültség karakterisztikája negatív differenciálellenállás-szakasszal rendelkezik, és elektromos áramkörök kapcsolására szolgál.

A legegyszerűbb két kimenettel rendelkező tirisztor egy dióda tirisztor (dinisztor). A trióda tirisztor (SCR) emellett rendelkezik egy harmadik (vezérlő) elektródával is. Mind a dióda, mind a trióda tirisztor négyrétegű, három p–n átmenettel (1. ábra).

A p1 és n2 végterületeket anódnak, illetve katódnak nevezzük, a p2 vagy n1 középső területek egyikéhez vezérlőelektróda csatlakozik. P1, P2, P3- átmenetek a p- és n-régiók között.

A külső tápfeszültség E forrása a katódhoz képest pozitív pólussal csatlakozik az anódhoz. Ha a trióda tirisztor vezérlőelektródáján áthaladó Iу áram nulla, működése nem tér el a dióda működésétől. Egyes esetekben célszerű a tirisztort két tranzisztorral egyenértékű áramkörként ábrázolni, különböző típusú p-n-p és n-R-n elektromos vezetőképességű tranzisztorokat használva (1. ábra, b).

Ábra. 1.A trióda tirisztor felépítése (a) és kéttranzisztoros ekvivalens áramköre (b).

ábrából látható. Az 1., b ábrán a P2 átmenet a két tranzisztor közös kollektorátmenete az ekvivalens áramkörben, a P1 és P3 átmenetek pedig emitter átmenetek. Az Upr előremenő feszültség növekedésével (amit az E áramforrás emf-jének növelésével érünk el), a tirisztoráram enyhén növekszik, amíg az Upr feszültség el nem ér egy bizonyos kritikus áttörési feszültséget, amely megegyezik az Uin bekapcsolási feszültséggel. . 2).

Rizs. 2. A trióda tirisztor áram-feszültség jellemzői és hagyományos megnevezése

Az Upr feszültség további növekedésével a növekvő elektromos mező hatására a P2 átmenetben, a töltéshordozók atomokkal való ütközése során az ütközési ionizáció eredményeként kialakuló töltéshordozók számának éles növekedése figyelhető meg. Ennek eredményeként a csomóponti áram gyorsan növekszik, ahogy az n2 réteg elektronjai és a p1 réteg lyukai a p2 és n1 rétegekbe rohannak, és kisebbségi töltéshordozókkal telítik őket. Az E forrás EMF-jének további növekedésével vagy az R ellenállás ellenállásának csökkenésével az eszközben lévő áram az I - V karakterisztika függőleges metszetének megfelelően nő (2. ábra).

Azt a minimális előremenő áramot, amelynél a tirisztor bekapcsolva marad, Isp tartóáramnak nevezzük. Amikor az előremenő áram Ipr <Isp értékre csökken (az I — V karakterisztika leszálló ága a 2. ábrán), a csatlakozás nagy ellenállása helyreáll, és a tirisztor kikapcsol. A p — n átmenet ellenállás-helyreállási ideje jellemzően 1 — 100 µs.

Az Uin feszültség, amelynél a lavinaszerű áramnövekedés megindul, csökkenthető, ha további kisebbségi töltéshordozókat vezetünk be a P2 átmenettel szomszédos egyes rétegekbe. Ezek a járulékos töltéshordozók növelik az ionizációs műveletek számát a P2 p-n átmenetben, ezért az Uincl bekapcsolási feszültség csökken.

ábrán látható trióda tirisztorban további töltéshordozók. Az 1. ábrán látható, a p2 rétegbe egy független feszültségforrásról táplált segédáramkör vezeti be. ábra görbecsaládja mutatja, hogy a bekapcsolási feszültség milyen mértékben csökken a vezérlőáram növekedésével. 2.

Nyitott (bekapcsolt) állapotba kapcsolva a tirisztor akkor sem kapcsol ki, ha az Iy vezérlőáram nullára csökken. A tirisztor kikapcsolható vagy a külső feszültség egy bizonyos minimális értékre való csökkentésével, amelynél az áram kisebb lesz, mint a tartóáram, vagy a vezérlőelektróda áramkörébe negatív áramimpulzust vezetünk, amelynek értéke azonban , arányos az előremenő kapcsoló áramának Ipr értékével.

A trióda tirisztor egyik fontos paramétere az Iu feloldó vezérlőáram - a vezérlőelektróda árama, amely biztosítja a tirisztor kapcsolását nyitott állapotban. Ennek az áramnak az értéke eléri a több száz milliampert.

Ábra. A 2. ábrán látható, hogy amikor a tirisztorra fordított feszültséget kapcsolunk, kis áram keletkezik benne, mivel ebben az esetben a P1 és P3 átmenetek zárva vannak. A tirisztor fordított irányú károsodásának elkerülése érdekében (ami a tirisztort működésképtelenné teszi a löket hőtörése miatt), a fordított feszültségnek kisebbnek kell lennie, mint az Urev.max.

A szimmetrikus dióda és trióda tirisztoroknál az inverz I - V karakterisztika egybeesik az előremenővel. Ezt két egyforma négyrétegű szerkezet párhuzamos összekapcsolásával vagy speciális ötrétegű, négy p-n átmenettel rendelkező szerkezetek alkalmazásával érik el.

Rizs. 3. A szimmetrikus tirisztor felépítése (a), sematikus ábrázolása (b) és az áram-feszültség karakterisztika (c)

Jelenleg a tirisztorokat 3000 A-ig terjedő áramerősségre és 6000 V-ig terjedő bekapcsolási feszültségre gyártják.

A legtöbb tirisztor fő hátránya a nem teljes szabályozhatóság (a tirisztor nem kapcsol ki a vezérlőjel eltávolítása után) és a viszonylag alacsony sebesség (tíz mikroszekundum). A közelmúltban azonban olyan tirisztorokat hoztak létre, amelyeknél az első hátrányt megszüntették (a vezérlőáram segítségével a reteszelő tirisztorok kikapcsolhatók).

Potapov L.A.