Тиристоры

Тиристором называют полупроводниковый прибор, состоящий из четырех последовательно чередующихся областей с различным типом проводимости, обладающий бистабильной характеристикой.
Тиристоры способны управляемо переключаться из одного состояния в другое. В первом состоянии тиристор имеет высокое сопротивление и малый ток (закрытое состояние), в другом – низкое сопротивление и большой ток (открытое состояние).

Структура тиристора
Схема диодного тиристора:
а) структура диодного тиристора; б) зонная диаграмма

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

ВАХ диодного тиристора
Между точками 1 и 2 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.
В точке 2 происходит включение тиристора.
Между точками 2 и 3 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Участок между точками 3 и 4 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).
VG – напряжение между анодом и катодом; Iу, Vу – минимальный удерживающий ток и напряжение; Iв, Vв – ток и напряжение включения

Закрытое состояние
В закрытом состоянии все приложенное напряжение падает на коллекторном переходе П3 и ток тиристора – это ток обратно смещенного p-n перехода.
Если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы П1 и П3 будут смещены в обратном направлении, а П2 – в прямом.

Открытое состояние
В открытом состоянии все три перехода смещены в прямом направлении. Это происходит вследствие накопления объемных зарядов в базах n1, p2 тиристора.
Зонная диаграмма тиристора в открытом состоянии имеет следующий вид, когда на всех p-n переходах прямое смещение, на П1 и П2 – за счет внешнего напряжения, и на П3 – за счет объемных зарядов в базах Б1 и Б2.

Тиристор имеет 2 устойчивых состояния: малый ток, большое напряжение, высокое сопротивление и большой ток, малое напряжение, малое сопротивление. Переход тиристора из «закрытого» в «открытое» состояние связан с накоплением объемного заряда в базах Б1 и Б2 из-за роста значения коэффициента передачи эмиттерного тока α, и коэффициента умножения М.

Динисторы и тринисторы
Тиристор без управляющих электродов работает как двухполюсник и называется диодным тиристором, или динистором. Тиристор с управляющим электродом является трехполюсником и называется триодным тиристором.

Динистор
Для объяснения ВАХ динистора используют двухтранзисторную модель. Тиристор можно рассматривать как соединение р‑n‑р транзистора с n‑р‑n транзистором, причем коллектор каждого из них соединен с базой другого. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом П1, и как коллектор электронов, инжектируемых переходом П2.

IП3 - обратный ток перехода П3,
α = α1 + α2 – суммарный коэффициент передачи тока.
ВАХ диодного тиристора на «закрытом» участке, коэффициенты М и α зависят от приложенного напряжения VG. По мере роста α и М с ростом VG, когда значение М(α1 + α2) станет равно 1, из уравнения следует, что ток I устремится к ∞. Это условие и есть условие переключения тиристора из состояния «закрыто» в состояние «открыто».

Тринистор

ВАХ тринистора
При достаточно больших значениях тока Iупр ВАХ тиристора вырождается в прямую ветвь ВАХ диода. Критическое значение тока Iупр, при котором на ВАХ тиристора исчезает участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, и тринистор включается, минуя запертое состояние, называется током спрямления.
Таким образом, наличие Iупр принципиально не меняет процессов, определяющих вид ВАХ тиристора, но меняет значения параметров: напряжение переключения и ток переключения.