Начертите структурную схему тринистора, опишите его устройство, принцип действия и область применения.

Тринистор отличается от динистора наличием вывода от одной из баз. Это вывод называется управляющим электродом (рис. 1).

Рис. 1 Структура тринистора

Если подключить внешний источник U_ВН так, как показано на рис. 1, то получим, что p-n-переходы J₁ и J₃ будут смещены внешним источником в прямом направлении, а средний p-n-переход J₂ будет смещен в обратном направлении, и во внешней цепи будет протекать только исчезающе маленький обратный ток коллекторного перехода J₂. Подключим другой внешний источник U_У (источник управления) между катодом и управляющим электродом (УЭ). Тогда ток управления, протекающий под действием источника управления, при определенной своей величине может привести к лавинообразному нарастанию тока в полупроводниковой структуре до тех пор, пока он не будет ограничен резистором R в цепи источника питания U_ВН. Произойдет процесс включения тиристора. Для рассмотрения этого явления представим тиристор в виде двух, объединенных в одну схему транзисторов VT1 и VT2 (рис. 2, а), типа p-n-p и n-p-n, соответственно. Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером (рис. 2, б).

Рис. 2. Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента тринистора (б)

При создании разности потенциалов между анодом (А) и катодом (К) в прямом направлении («+» на аноде, «-» на катоде) оба транзистора будут закрыты, так как базовые токи их будут отсутствовать. При подключении источника управления U_У во входной цепи транзистора VT2 потечет базовый ток, являющийся током управления тиристора I_У. Под действием этого тока в коллекторной цепи транзистора VT2 потечет ток I_К2 =β₂I_У, где β₂ - коэффициент передачи по току транзистора VT2. Но этот ток I_К2 протекает по цепи «эмиттер - база» транзистора VT1 и является его входным, базовым током I_б1 = I_К2. Под воздействием тока I_б1 в выходной коллекторной цепи транзистора VT1 потечет коллекторный ток:

I_К1 = β₁ I_б1 = β₁ I_К2 = β₁ β₂I_У , (5.1)

т. е. коллекторный ток I_К1 является усиленным в раз током управления I_У, и протекает ток I_К1 опять по базовой цепи транзистора VT2, там, где протекает и ток I_У. Поскольку I_К1 оказывается значительно больше тока I_У, процесс взаимного усиления транзисторами токов продолжается до тех пор, пока оба транзистора не войдут в режим насыщения, что соответствует включению тиристора. Описанный процесс является процессом внутренней положительной обратной связи, под действием которой и происходит лавинообразное нарастание тока в цепи тиристора.

После того, как тиристор включился, он сам себя поддерживает в открытом состоянии, так как при условии I_К2>I_У внутренняя обратная связь остается положительной, и в этом случае источник управления уже оказывается ненужным. С учетом (5.1) это условие записывается в виде:

β₁ β₂I_У> I_У. (5.2)

Откуда условие включения тиристора:

β₁ β₂> 1. (5.3)

Для того чтобы выключить тиристор, необходимо прервать ток, протекающий в его силовой цепи, на короткий промежуток времени, достаточный для рассасывания неосновных носителей в зонах полупроводника и восстановления управляющих свойств. Чтобы снова включить тиристор, необходимо снова пропустить в его цепи управления ток I_У, чтобы снова запустить процесс внутренней положительной обратной связи. Таким образом, тиристор представляет собой бесконтактный ключ, который может быть только в двух устойчивых состояниях: либо в выключенном, либо во включенном.

Вольт-амперная характеристика тиристора представлена на рис. 3. Чем больше ток управления, тем меньше напряжение включения U_ВКЛ. Ток управления, при котором тиристор переходит на спрямленный участок вольт-амперной характеристики (показано на рис. 1 пунктиром) называют током управления спрямления Iуспр.

При изменении полярности приложенного к тиристору напряжения, эмиттерные p-n-переходы J₁ и J₃ будут смещены в обратном направлении, тиристор будет закрыт, а вольт-амперная характеристика будет представлять собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики обыкновенного диода.

Рис.3- Вольт-амперная характеристика тринистора (рисунок выполнен авторами)

Таким образом, тиристор представляет собой частично управляемый вентиль, который можно перевести в проводящее состояние при наличии одновременно двух факторов: положительный потенциал анода относительно катода; подача управляющего сигнала в виде тока управления в цепи управляющего электрода. Если хотя бы один из этих факторов отсутствует, то тиристор будет оставаться в закрытом состоянии.

Частичная управляемость тиристора заключается в том, что после включения тиристора, цепь управления становится ненужной, так как он сам себя поддерживает во включенном состоянии. Выключить обычный тиристор по цепи управления невозможно. Поэтому он называется однооперационным тиристором или в зарубежной терминологии SCR (SiliconControlledRectifier). Для запирания тиристора необходимо каким-либо способом снизить анодный ток до нуля и удерживать его на нулевом уровне в течение времени рассасывания неосновных носителей, накопившихся в базах транзисторов VT1 и VT2.

На электрических принципиальных схемах незапираемые тиристоры обозначаются условными графическими обозначениями, представленными на рис. 4.

Рис. 4 Условные обозначения незапираемыхтринисторов с управлением по аноду (а), с управлением по катоду (б)

 

 

Основная литература:

1. З.А.Мизерная. Электронная техника.: Издательство «Маршрут», 2006.

2. С.А. Дунаева. Электроника, микроэлектроника и автоматика.– Москва, 2003.

3. Г.Н. Акимова. Электронная техника.– Москва, 2003.

 

Дополнительная литература:

1. Г.Г.Калиш. Основы вычислительной техники.– Москва,2000

2. Б.А.Калабеков. Цифровые устройства и микропроцессорные системы.–Москва,2002.

3. З.А.Мизерная. Цифровые системы передачи.–Москва,2003.

4. З.Ю.Горелик. Схемотехника ЭВМ.–Москва,2007.

5. С.Д. Дунаев. Цифровая схемотехника.–Москва,2007.

6. М.В.Напрасник. Микропроцессоры и микро ЭВМ.–Москва,2000.

7. В.Л.Горбунов. Справочное пособие по микропроцессорам.–Москва,2001.