Симисторы – переключающие приборы, работающие как при положительном, так и при отрицательном напряжении. При работе в цепях переменного тока они включаются в положительные и отрицательные полупериоды, вольт-амперные характеристики одинаковы в I и III квадрантах (рис. 5.3,а).
Симисторы выполнены на основе пятислойных структур (рис. 5.3,б), и имеют условное обозначение (рис. 5.3,в). Крайние переходы зашунтированы объемными сопротивлениями прилегающих областей p-типа. Если подать плюс внешнего напряжения на n1-область, а минус на n3-область, то переход П1 включается в обратном направлении, и ток, протекающий через него, очень мал. Рабочей частью тиристора является p1-n2-p3-n3 структура, работающая как динистор.
При смене полярности внешнего напряжения, p2-n3 переход включается в обратном направлении и полностью зашунтирован относительно малым сопротивлением p2-областью. Рабочая часть тиристора представлена структурой n1-p1-n2-p2. Таким образом, симметричный тиристор можно представить в виде-
двух тиристоров, включенных встречно и шунтирующих друг друга (рис. 5.3,в). Симметричный тиристор может быть преобразован в несимметричный, если в одной из p-областей изготовить омический контакт, выполняющий роль управляющего электрода.
Все тиристоры изготавливаются только из кремния, имеющего малый обратный ток, и, следовательно, обладают малой мощностью рассеяния в закрытом состоянии. Все это позволяет изготавливать тиристоры с большим напряжением включения и большим допустимым обратным напряжением, работающие в широком температурном диапазоне от –60°С до +125°С.
Примером тиристора являются: КН 102И – динистор, КУ 201А – управляемый тиристор.
Основным отличием и достоинством тиристорной структуры по сравнению с транзисторной является то, что тиристор обладает свойством памяти. Достаточно кратковременным сигналом переключить его в проводящее состояние, как он остается в этом состоянии до тех пор, пока ток через него не станет меньше тока выключения. Для управления транзистором на его входе необходимо поддерживать сигнал управления. Крутизна фронтов импульсов, формируемых с помощью транзисторов, существенно зависит от величины и формы входного сигнала. В тиристорных схемах из-за лавинообразного переключения тиристора форма выходного сигнала практически не зависит от величины и формы входного. Все это позволяет получить в тиристорных схемах большой коэффициент усиления по мощности, крутые фронты импульсов сигнала и большой КПД.
Параметры тиристоров
1. Напряжение включения Uвкл – минимальное прямое анодное напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого в открытое состояние при разомкнутой управляющей цепи (десятки – сотни вольт).
2. Ток включения Iвкл – это значение прямого анодного тока, протекающего через тиристор, выше которого тиристор переходит в открытое состояние при разомкнутой цепи управляющего вывода.
3. Ток удержания (выключения) Iуд (Iвыкл) – значение прямого тока, протекающего через тиристор, при разомкнутой цепи управления, ниже которого тиристор выключается (единицы – сотни мА).
4. Напряжение в открытом состоянии (остаточное напряжение) Uпр – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии (1…3 В).
5. Максимально допустимый ток в открытом состоянии Iпр макс – максимальное значение тока в открытом состоянии, при котором обеспечивается заданная надежность тиристора (сотни мА – сотни А).
6. Обратное напряжение Uобр – напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности (единицы – тысячи В).
7. Обратный ток Iобр – наибольшее значение обратного тока, протекающего через тиристор при Uобр (доли мА).
8. Отпирающий ток управления Iу вкл – наименьший ток в цепи управляющего электрода, необходимый для включения тиристора (десятки мА) с момента подачи отпирающего импульса.
9. Время задержки tзад – время до момента, когда анодный ток через тиристор возрастает до величины 0,1 от установившегося значения или время, в течение которого анодное напряжение на тиристоре уменьшится до 0,9 от начального значения с момента подачи на тиристор управляющего импульса. Эти определения равноценны при активной нагрузке во внешней цепи тиристора.
10. Время включения tвкл – время, с момента подачи отпирающего импульса до момента, когда напряжение на тиристоре уменьшается до 0,1 своего установившегося значения (мкс – десятки мкс), или время с момента подачи отпирающего импульса до момента, когда ток через тиристор возрастает до 0,9 своего установившегося значения.
11. Время выключения tвыкл – минимальное время, в течение которого к тиристору прикладывается запирающее напряжение (десятки – сотни мкс).
12. Максимально допустимая скорость нарастания прямого напряжения (dU/dt)макс – скорость нарастания прямого анодного напряжения, при котором еще не происходит переключение тиристора в открытое состояние при отключенном управляющем электроде.
13. Максимально допустимая скорость нарастания прямого тока (dI/dt)макс – скорость нарастания прямого тока, не вызывающая необратимых процессов в тиристорной структуре.
14. Рассеиваемая мощность Р (единицы – десятки Вт).
15. Неотпирающее напряжение на управляющем электроде Uуп – наибольшее напряжение, не вызывающее отпирания тиристора (доли В).
16. Запирающее напряжение на управляющем электроде Uуз – напряжение, обеспечивающее требуемое значение запирающего тока управляющего электрода (единицы – десятки В).
ГЛАВА 6
