Enheden og parametrene for tyristorer
En tyristor er en halvlederenhed med tre (eller flere) p-n-forbindelser, hvis strøm-spændingskarakteristik har en negativ differensmodstandssektion, og som bruges til at skifte i elektriske kredsløb.
Den enkleste tyristor med to udgange er en diodetyristor (dynistor). Triode tyristoren (SCR) har desuden en tredje (kontrol) elektrode. Både diode- og triodetyristorer har en firelagsstruktur med tre p–n-forbindelser (fig. 1).
Endeområderne p1 og n2 kaldes henholdsvis anode og katode, en styreelektrode er forbundet til et af midterområderne p2 eller n1. P1, P2, P3- overgange mellem p- og n-regioner.
En kilde E til den eksterne forsyningsspænding er forbundet til anoden med en positiv pol i forhold til katoden. Hvis strømmen Iу gennem triodetyristorens kontrolelektrode er nul, adskiller dens drift sig ikke fra diodens drift. I nogle tilfælde er det praktisk at repræsentere tyristoren som et kredsløb, der svarer til to transistorer, ved at bruge transistorer med forskellige typer elektrisk ledningsevne p-n-p og n-R-n (fig. 1, b).
Fig. 1.Struktur (a) og to-transistor ækvivalent kredsløb (b) af en triode tyristor
Som det kan ses af fig. 1, b er overgang P2 en fælles kollektorovergang for de to transistorer i det ækvivalente kredsløb, og overgange P1 og P3 er emitterforbindelser. Når fremadspændingen Upr stiger (hvilket opnås ved at øge emk af strømkilden E), stiger tyristorstrømmen en smule, indtil spændingen Upr nærmer sig en vis kritisk værdi af gennembrudsspændingen, svarende til tændspændingen Uin (fig. . 2).
Ris. 2. Strømspændingskarakteristika og konventionel betegnelse for en triodetyristor
Med en yderligere stigning i spændingen Upr under påvirkning af et stigende elektrisk felt i P2-overgangen observeres en kraftig stigning i antallet af ladningsbærere dannet som følge af stødionisering under kollisionen af ladningsbærere med atomer. Som et resultat heraf øges overgangsstrømmen hurtigt, når elektroner fra n2-laget og huller fra p1-laget skynder sig ind i p2- og n1-lagene og mætter dem med minoritetsladningsbærere. Med en yderligere stigning i EMF af kilden E eller et fald i modstanden af modstanden R, stiger strømmen i enheden i overensstemmelse med den lodrette sektion af I - V karakteristikken (fig. 2)
Den mindste fremadgående strøm, ved hvilken tyristoren forbliver tændt, kaldes holdestrømmen Isp. Når den fremadgående strøm falder til værdien Ipr <Isp (faldende gren af I - V-karakteristikken i fig. 2), genoprettes forbindelsens høje modstand, og tyristoren slukker. Modstandsgenvindingstiden for p - n krydset er typisk 1 - 100 µs.
Spændingen Uin, ved hvilken en lavinelignende strømstigning begynder, kan reduceres ved yderligere at indføre minoritetsladningsbærere i hvert af lagene, der støder op til P2-forbindelsen. Disse yderligere ladningsbærere øger antallet af ioniseringshandlinger i P2 p-n krydset, og derfor falder tændspændingen Uincl.
Yderligere ladningsbærere i triode-tyristoren vist i fig. 1, indføres i p2-laget af et hjælpekredsløb, der drives af en uafhængig spændingskilde. I hvilket omfang tændspændingen falder, når styrestrømmen stiger, er vist af kurvefamilien i fig. 2.
Ved overgang til åben (on) tilstand slukker tyristoren ikke, selv når styrestrømmen Iy falder til nul. Tyristoren kan slukkes enten ved at sænke den eksterne spænding til en vis minimumsværdi, hvorved strømmen bliver mindre end holdestrømmen, eller ved at tilføre en negativ strømimpuls til styreelektrodens kredsløb, hvis værdi dog , er i forhold til værdien af den fremadgående omskifterstrøm Ipr.
En vigtig parameter for triode-tyristoren er oplåsningsstyringsstrømmen Iu on - strømmen af kontrolelektroden, som sikrer koblingen af tyristoren i åben tilstand. Værdien af denne strøm når flere hundrede milliampere.
Fig. 2 kan det ses, at når en omvendt spænding påføres tyristoren, opstår der en lille strøm i den, da overgangene P1 og P3 i dette tilfælde er lukkede. For at undgå tyristorskader i modsat retning (hvilket sætter tyristoren ud af drift på grund af termisk nedbrud af slaget), skal omvendt spænding være mindre end Urev.max.
I symmetriske diode- og triode-tyristorer falder den omvendte I - V-karakteristik sammen med den forreste. Dette opnås ved anti-parallel forbindelse af to identiske fire-lags strukturer eller ved at bruge specielle fem-lags strukturer med fire p-n overgange.
Ris. 3. Strukturen af en symmetrisk tyristor (a), dens skematiske repræsentation (b) og strøm-spændingskarakteristikken (c)
I øjeblikket produceres tyristorer til strømme op til 3000 A og tændspændinger op til 6000 V.
De største ulemper ved de fleste tyristorer er ufuldstændig kontrollerbarhed (tyristoren slukker ikke efter fjernelse af styresignalet) og relativt lav hastighed (tivis af mikrosekunder). For nylig er der dog blevet lavet tyristorer, hvor den første ulempe er fjernet (låsetyristorer kan slås fra ved hjælp af styrestrømmen).
Potapov L.A.