4.2.5 Тиристоры

Принцип действия тиристора

Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т.е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля. Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). Структурная схема, условное обозначение и вольтамперная характеристика триодного тиристора приведены на рис. 4.2.4.

Рис. 4.2.4 Триодный тиристор: а упрощённая структура; бусловное графическое обозначение; ввольтамперная характеристика.

На рис. 4.2.4, в представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления . Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при=0. При увеличении токапрямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь 4, выключенному – ветвь 1, процессу включения – ветвь 3. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока i_A , при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре .

Ветвь 5 представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.

При подключении управляющего электрода УЭ к p2-слою ток управления необходимо пропускать положительный или его называют “втекающий”. Простейшая схема включения триодного тиристора на нагрузку приведена на рис. 4.8, а. Имеются триодные тиристоры, включение которых производится не “втекающим”, а “вытекающим”, то есть отрицательным током по управляющему электроду. Управляющий электрод (база) выведен в этом случае от слояn1 (рис. 4.2.4, а). Вольтамперная характеристика этого “обращённого” тиристора (тиристора с анодным управлением) аналогична характеристике обычного тиристора (рис. 4.2.4, в). Простейшая схема включения “обращённого” тиристора на нагрузку приведена на рис. 4.2.5, б.

Рис. 4.2.5 Простейшие схемы включения на нагрузку триодных тиристоров: а  обычного; б  обращённого.

При пропускании тока через управляющий электрод, увеличивается ток черезП3, следовательно, увеличивается добавочный ток через запертый переход П2; то же увеличение зарядов будет при более низком напряжении, и “пробой” этого перехода наступает при меньшем напряжении на вентиле, то есть с увеличением уменьшается напряжение включения(рис. 4.2.5, в). Ток управления, при которомсводится фактически дои характеристика тиристора вырождается в характеристику обыкновенного диода, называется током спрямления.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц. Конструктивное исполнение тиристоров приведено на рис. 4.2.6.

Рис. 4.2.6. Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая