Тиристоры. 
Основы электроники

Тиристоры — это полупроводниковые приборы с тремя или более р-ппереходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные электронные ключи.

Диодные тиристоры (динисторы) имеют два вывода от крайних чередующихся р- и я-областей (рис. 1.20, а).

Рис. 1.20. Тиристор диодный и его условное обозначение (а), эквивалентная схема (б) и вольт-амперная характеристика (в).

Вывод, соединенный с крайней р-областью, называется анодом, а с крайней «-областью — катодом. Внешнее напряжение U является прямым по отношению к переходам Я, и Я₃ и обратным для перехода Я₂, поэтому переходы Я) и Я₃ открыты (подобно открытым диодам), а переход Я₂ заперт. В результате напряжение U почти целиком приложено к Я₂ и через тиристор протекает небольшой ток, являющийся обратным током /₀ р-я-перехода.

С увеличением напряжения ток через тиристор несколько возрастает (участок 0В характеристики на рис. 1.20, в), а при достижении напряжением, приложенным между анодом и катодом, значения (7_ВКЛ, лавинообразно увеличивается, ограничиваясь только сопротивлением нагрузки. Поясним этот процесс.

Тиристор можно представить как два биполярных транзистора VT и VT2 (рис. 1.20, б). Небольшое приращение тока А/_Э1 = AI вызывает (как в обычном транзисторе) приращение тока коллектора А/_К1, который, поступая в баз}' транзистора VT2, вызывает приращение его коллекторного тока:

где Р₂ — коэффициент передачи тока VT2. Но ток коллектора второго транзистора, как показано по схеме, является базовым для первого транзистора (Д/_К2 = А/_Б1), поэтому ток /_К1, в свою очередь, увеличивается:

Этот процесс соответствует участку ВС вольт-амперной характеристики с отрицательным сопротивлением и переводит тиристор в открытое состояние, когда он ведет себя как диод в прямом направлении.

Чтобы запереть (погасить) тиристор, необходимо каким-либо образом уменьшить ток /, протекающий через него, до значения, меньше удерживающего /_уд. Если напряжение U, питающее схему, переменное, то тиристор запирается в отрицательный полупериод, когда ток I достигает нуля, если же оно постоянное, то для запирания тиристора применяют так называемые схемы гашения.

Перевод тиристора из запертого состояния в открытое можно вызвать не только повышением анодного напряжения, но и кратковременным увеличением тока базы в одном из транзисторов его эквивалентной схемы. Для этого от одной из баз делают вывод управляющий электрод (УЭ) (рис. 1.21, а). Подавая импульс тока управления L, можно вызвать лавинообразное увеличение тока при U < ?/_вкл (рис. 1.21, в). Такие тиристоры называют триодными (управляемыми) тиристорами.

Рис. 1.21. Триодный (управляемый) тиристор:

а — структура; б — условное обозначение; в — вольт-амперные характеристики Еще одной разновидностью тиристоров являются симисторы. Симистор — это симметричный триодный тиристор, который может пропускать ток как в одном направлении, так и в противоположном (рис. 1.22). Первый симистор был изобретен и запатентован в СССР в 1962 г. Как видно из структуры симистора (рис. 1.22, б), в нем при рассмотрении справа налево и слева направо можно выделить две тиристорные структуры, состоящие из последовательно чередующихся р-, п-, р-, п-областей. Первый тиристор: анод 1 — правая верхняя р-область — п — р — п — катод 1; второй тиристор, включенный встречно первому: анод 2 — левая нижняя р-область — п — р — п — катод 2. Силовые электроды у тиристоров общие, они в одном случае выступают как анод, а в другом случае — как катод. Управляющий электрод у тиристоров также общий. Для включения первого тиристора на него подается положительное напряжение относительно правого силового электрода, а для включения второго тиристора — относительно левого.

Основные параметры тиристоров:

• • наибольший прямой ток — до 2000 А;
• • допустимое обратное напряжение — от 100 до 2400 В;
• • допустимая частота переключений — до 2000 Гц.

Рис. 1.22. Симистор:

а — структура; б — условное обозначение; в — вольт-амперная характеристика Тиристоры нашли свое применение в силовой электронике и электротехнике — там, где требуется формирование мощных питающих напряжений постоянного или переменного тока, питающих напряжений с регулируемой частотой, специальной формы. В частности, на основе тиристоров разрабатываются устройства регулирования частотой вращения электродвигателей, в том числе в приводах станков.