Peranti dan parameter thyristor
Thyristor ialah peranti semikonduktor dengan tiga (atau lebih) persimpangan p-n, ciri voltan semasa yang mempunyai bahagian rintangan pembezaan negatif dan yang digunakan untuk menukar dalam litar elektrik.
Thyristor paling mudah dengan dua output ialah thyristor diod (dynistor). Triode thyristor (SCR) juga mempunyai elektrod (kawalan) ketiga. Kedua-dua thyristor diod dan triod mempunyai struktur empat lapisan dengan tiga persimpangan p–n (Rajah 1).
Kawasan hujung p1 dan n2 masing-masing dipanggil anod dan katod, elektrod kawalan disambungkan ke salah satu kawasan tengah p2 atau n1. P1, P2, P3- peralihan antara p- dan n-rantau.
Sumber E voltan bekalan luaran disambungkan kepada anod dengan kutub positif berbanding katod. Jika arus Iу melalui elektrod kawalan thyristor triod adalah sifar, operasinya tidak berbeza daripada operasi diod. Dalam sesetengah kes, adalah mudah untuk mewakili thyristor sebagai litar bersamaan dengan dua transistor, menggunakan transistor dengan pelbagai jenis kekonduksian elektrik p-n-p dan n-R-n (Rajah 1, b).
Rajah. 1.Struktur (a) dan litar setara dua transistor (b) bagi thyristor triod
Seperti yang dapat dilihat dari rajah. 1, b, peralihan P2 ialah peralihan pengumpul biasa bagi dua transistor dalam litar setara, dan peralihan P1 dan P3 ialah persimpangan pemancar. Apabila voltan hadapan Upr meningkat (yang dicapai dengan meningkatkan emf sumber kuasa E), arus thyristor meningkat sedikit sehingga voltan Upr menghampiri nilai kritikal tertentu voltan pecahan, sama dengan voltan hidup Uin (Rajah). . 2).
nasi. 2. Ciri-ciri voltan semasa dan penetapan konvensional thyristor triod
Dengan peningkatan selanjutnya dalam voltan Upr di bawah pengaruh medan elektrik yang semakin meningkat dalam peralihan P2, peningkatan mendadak dalam bilangan pembawa cas yang terbentuk akibat pengionan hentaman semasa perlanggaran pembawa cas dengan atom diperhatikan. Akibatnya, arus simpang meningkat dengan cepat apabila elektron dari lapisan n2 dan lubang dari lapisan p1 menyerbu ke dalam lapisan p2 dan n1 dan menepukannya dengan pembawa cas minoriti. Dengan peningkatan selanjutnya dalam EMF sumber E atau penurunan rintangan perintang R, arus dalam peranti meningkat mengikut bahagian menegak ciri I - V (Rajah 2)
Arus hadapan minimum di mana thyristor kekal hidup dipanggil arus pegangan Isp. Apabila arus hadapan berkurangan kepada nilai Ipr <Isp (cawangan menurun bagi ciri I — V dalam Rajah 2), rintangan tinggi sambungan dipulihkan dan thyristor dimatikan. Masa pemulihan rintangan bagi simpang p — n biasanya 1 — 100 µs.
Uin voltan di mana peningkatan arus seperti longsoran bermula boleh dikurangkan dengan memperkenalkan lagi pembawa caj minoriti ke dalam setiap lapisan bersebelahan dengan simpang P2. Pembawa caj tambahan ini meningkatkan bilangan tindakan pengionan dalam simpang P2 p-n dan oleh itu voltan hidupan Uincl berkurangan.
Pembawa caj tambahan dalam thyristor triod ditunjukkan dalam Rajah. 1, dimasukkan ke dalam lapisan p2 oleh litar tambahan yang dikuasakan oleh sumber voltan bebas. Sejauh mana voltan hidupkan berkurangan apabila arus kawalan meningkat ditunjukkan oleh keluarga lengkung dalam Rajah. 2.
Memindahkan kepada keadaan terbuka (hidup), thyristor tidak dimatikan walaupun semasa kawalan arus Iy berkurangan kepada sifar. Thyristor boleh dimatikan sama ada dengan menurunkan voltan luaran kepada nilai minimum tertentu, di mana arus menjadi kurang daripada arus pegangan, atau dengan membekalkan nadi arus negatif ke litar elektrod kawalan, yang nilainya, walau bagaimanapun , adalah sepadan dengan nilai arus suis hadapan Ipr.
Parameter penting thyristor triod ialah arus kawalan buka kunci Iu hidup — arus elektrod kawalan, yang memastikan pensuisan thyristor dalam keadaan terbuka. Nilai arus ini mencapai beberapa ratus miliampere.
Rajah. 2 dapat dilihat bahawa apabila voltan terbalik digunakan pada thyristor, arus kecil berlaku di dalamnya, kerana dalam kes ini peralihan P1 dan P3 ditutup. Untuk mengelakkan kerosakan thyristor dalam arah songsang (yang menyebabkan thyristor tidak beroperasi akibat kerosakan terma strok), voltan terbalik dikehendaki kurang daripada Urev.max.
Dalam diod simetri dan thyristor triod, ciri I — V songsang bertepatan dengan ciri hadapan. Ini dicapai dengan sambungan anti-selari dua struktur empat lapisan yang serupa atau dengan menggunakan struktur lima lapisan khas dengan empat simpang p-n.
nasi. 3. Struktur thyristor simetri (a), gambaran skematiknya (b) dan ciri voltan semasa (c)
Pada masa ini, thyristor dihasilkan untuk arus sehingga 3000 A dan voltan hidupkan sehingga 6000 V.
Kelemahan utama kebanyakan thyristor ialah kebolehkawalan yang tidak lengkap (thyristor tidak dimatikan selepas mengeluarkan isyarat kawalan) dan kelajuan yang agak rendah (berpuluh-puluh mikrosaat). Walau bagaimanapun, baru-baru ini, thyristor telah dicipta di mana kelemahan pertama telah dikeluarkan (thyristor mengunci boleh dimatikan menggunakan arus kawalan).
Potapov L.A.