структура тиристора
Тиристор це чотиришаровий напівпровідниковий прилад, шари розташовані послідовно їх типи провідності чергуються: p-n-p-n. p-n-переходи між шарами на малюнку позначені як «П1», «П2» і «П3». Контакт приєднаний до зовнішнього p-шару називається анодом, до зовнішнього n-шару - катодом. В принципі тиристор може мати до двох керуючих електродів, приєднаних до внутрішніх шарів. Але зазвичай виготовляються тиристори з одним керуючим електродом, або взагалі без керуючих електродів (такий прилад називається діністоров).
Для включення тиристора достатньо короткочасно подати сигнал на керуючий електрод - тиристор відкриється і буде залишатися в цьому стані поки струм через тиристор не стане менше струму утримання.
Отже, головний принцип роботи тиристора і схем на його основі - відкриваємо тиристор подачею сигналу на керуючий електрод, закриваємо знижуючи струм анод-катод.
Як і в біполярному транзистор головну роль в принципі дії грають неосновні носії заряду (ННЗ) і назад-зміщений p-n- перехід. Поки неосновних носіїв мало перехід закритий, але варто підкинути ННЗ до переходу і він відкриється.
В тиристори є два основних способи додати ННЗ:
1) закачати ток в керуючий електрод;
2) підняти напругу настільки щоб виник лавинний пробій.
Діністорное включення тиристора
Для початку розглянемо другий випадок, тобто коли керуючий електрод тиристора відключений.
При подачі напруги прямої полярності, крайні переходи зміщуються в прямому напрямку, а середній - в зворотному. При значному збільшенні напруги на силових електродах, через крайні (П1 і П3), що примикають до середнього, переходи починають переміщатися неосновні носії, зменшуючи його опір. Процес відбувається повільно, а опір залишається великим, але лише до певного моменту. При деякому значенні напруги (як правило, кілька сотень вольт) процес стає лавинним (точка 1 на ВАХ), неосновні носії заряду замінюються основними, відмикаючи середній перехід (П2) і зменшуючи опір анод-катод. Тиристор відмикається, а падіння напруги між силовими електродами падає до одиниць Вольт (точка 2 на ВАХ).
Подальше зростання струму веде тільки до невеликого зростання падіння напруги на тиристори ділянку ВАХ від точки 2 до точки 3, це робочий режим відкритого тиристора.
Щоб закрити тиристор потрібно знизити протікає струм нижче струму утримання. Причому падіння напруги відповідне цьому току багаторазово нижче відмикає напруги.
Але навіщо тиристору керуючий електрод? Які переваги є у тиристора перед діністоров? Справа в тому, що подаючи напругу через резистор на керуючий електрод можна збільшувати концентрацію неосновних носіїв заряду, що в свою чергу буде знижувати величину напруги включення тиристора.
А при якійсь величині струму керуючого електрода більше не буде горба на ВАХ, тобто ВАХ тиристора стане схожа на ВАХ діода, до речі цей струм називають струмом випрямлення.
Режим зворотного замикання тиристора
При зворотному включенні тиристора крайні переходи (П1 і П3) зміщуються в зворотному напрямку, а середній в прямому (П2). Тиристор залишається закритим поки не настане тепловий пробій.
фізичні процеси
Якщо пари з фізичних основ електроніки на яких розглядався транзистор я ще якось витримував, то енергетичні зонні діаграми що пояснюють принцип роботи тиристора вже були занадто складні. Дуже багато нюансів в концетраціях носіїв заряду, толщинах шарів і рівні легування.
Звичайно, щоб виготовити тиристор з хорошими характеристиками фізичні процеси протікають в кристалі напівпровідника потрібно знати і розуміти. Але для розробки електронних схем досить знати вольт-амперну характеристику тиристора і його транзисторную модель.
Одну четрехслойную напівпровідникову структуру можна уявити як дві тришарові, якщо подивитися на малюнок, то в тришарових структурах можна побачити два біполярних транзистора n-p-n і p-n-p структури.
Поки обидва транзистора закриті, струм через них не протікає. Але варто відкрити хоч одному з них, то він тут же відкриє другий. Струм колектора першого транзистора надійде в базу другого і відкриє його, а струм колектора другого, буде являтся базовим для першого і буде підтримувати відкритим перший транзистор. Получаетя що обидва транзистора підтримують один одного у відкритому стані. І щоб вони закрилися, потрібно знизити струм через ниж нижче певної величини, так званого струму утримання.
Навігація по публікаціям