המכשיר והפרמטרים של תיריסטורים

תיריסטור הוא התקן מוליכים למחצה עם שלושה (או יותר) צמתים p-n, אשר מאפיין הזרם-מתח שלו הוא בעל קטע התנגדות דיפרנציאלית שלילית ואשר משמש למיתוג במעגלים חשמליים.

התיריסטור הפשוט ביותר עם שתי יציאות הוא תיריסטור דיודה (דיניסטור). לתיריסטור הטריודה (SCR) יש בנוסף אלקטרודה שלישית (שליטה). גם לתיריסטורים של דיודה וגם לטריודה יש ​​מבנה של ארבע שכבות עם שלושה חיבורי p–n (איור 1).

אזורי הקצה p1 ו-n2 נקראים אנודה וקתודה בהתאמה, אלקטרודת בקרה מחוברת לאחד מאזורי האמצע p2 או n1. P1, P2, P3- מעברים בין אזורי p ו-n.

מקור E של מתח האספקה ​​החיצוני מחובר לאנודה עם קוטב חיובי ביחס לקתודה. אם הזרם Iу דרך אלקטרודת הבקרה של תיריסטור הטריודה הוא אפס, פעולתו אינה שונה מפעולת הדיודה. במקרים מסוימים, נוח לייצג את התיריסטור כמעגל שווה ערך לשני טרנזיסטורים, באמצעות טרנזיסטורים עם סוגים שונים של מוליכות חשמלית p-n-p ו-n-R-n (איור 1, ב).

תאנה. 1.מבנה (א) ומעגל שווה ערך לשני טרנזיסטורים (ב) של תיריסטור טריודה

כפי שניתן לראות מאיור. 1, b, מעבר P2 הוא מעבר אספן משותף של שני הטרנזיסטורים במעגל המקביל, והמעברים P1 ו-P3 הם צומת פולטים. ככל שהמתח הקדמי Upr גדל (שמושג על ידי הגדלת ה-emf של מקור הכוח E), זרם התיריסטור גדל מעט עד שהמתח Upr מתקרב לערך קריטי מסוים של מתח השבר, שווה למתח ההפעלה Uin (איור .2).

אורז. 2. מאפייני מתח זרם וייעוד קונבנציונלי של תיריסטור טריודה

עם עלייה נוספת במתח Upr בהשפעת שדה חשמלי הולך וגובר במעבר P2, נצפית עלייה חדה במספר נושאי המטען הנוצרים כתוצאה מיינון השפעה במהלך ההתנגשות של נושאי מטען עם אטומים. כתוצאה מכך, זרם הצומת גדל במהירות כאשר אלקטרונים משכבת ​​n2 וחורים משכבת ​​p1 ממהרים לשכבות p2 ו-n1 ומרווים אותם בנושאי מטען מיעוט. עם עלייה נוספת ב-EMF של המקור E או ירידה בהתנגדות של הנגד R, הזרם במכשיר גדל בהתאם לחתך האנכי של מאפיין I - V (איור 2)

הזרם הקדמי המינימלי שבו התיריסטור נשאר דולק נקרא זרם ההחזקה Isp. כאשר הזרם קדימה יורד לערך Ipr <Isp (ענף יורד של המאפיין I - V באיור 2), ההתנגדות הגבוהה של החיבור משוחזרת והתיריסטור נכבה. זמן התאוששות ההתנגדות של צומת p - n הוא בדרך כלל 1 - 100 µs.

ניתן להפחית את המתח Uin שבו מתחילה עליית זרם דמוי מפולת על ידי החדרה נוספת של נושאי מטען מיעוט לכל אחת מהשכבות הסמוכות לצומת P2. נושאי מטען נוספים אלה מגדילים את מספר פעולות היינון בצומת P2 p-n ולכן מתח ההדלקה Uincl יורד.

נושאי מטען נוספים בתיריסטור הטריודה המוצג באיור. 1, מוכנסים לשכבת p2 על ידי מעגל עזר המופעל על ידי מקור מתח עצמאי. המידה שבה מתח ההדלקה יורד ככל שזרם הבקרה עולה, מוצגת על ידי משפחת העקומות באיור. 2.

במעבר למצב פתוח (מופעל), התיריסטור אינו נכבה גם כאשר זרם הבקרה Iy יורד לאפס. ניתן לכבות את התיריסטור על ידי הורדת המתח החיצוני לערך מינימלי מסוים, שבו הזרם הופך פחות מזרם האחזקה, או על ידי אספקת דופק זרם שלילי למעגל אלקטרודת הבקרה, שערכו, עם זאת. , תואם את הערך של זרם המתג קדימה Ipr.

פרמטר חשוב של תיריסטור הטריודה הוא זרם הבקרה לפתיחת הנעילה Iu on - הזרם של אלקטרודת הבקרה, המבטיח את החלפת התיריסטור במצב פתוח. ערכו של זרם זה מגיע לכמה מאות מיליאמפר.

תאנה. 2 ניתן לראות שכאשר מופעל מתח הפוך על התיריסטור, מתרחש בו זרם קטן, שכן במקרה זה המעברים P1 ו-P3 סגורים. כדי למנוע נזק לתיריסטור בכיוון ההפוך (מה שמוציא את התיריסטור מפעולה עקב התמוטטות תרמית של המהלך), המתח ההפוך נדרש להיות פחות מ-Urev.max.

בתיריסטורים דיודה וטריודה סימטריים, המאפיין ההפוך I - V עולה בקנה אחד עם המאפיין הקדמי. זה מושג על ידי חיבור אנטי-מקבילי של שני מבנים ארבע שכבתיים זהים או על ידי שימוש במבנים מיוחדים של חמש שכבות עם ארבעה צמתים p-n.

אורז. 3. המבנה של תיריסטור סימטרי (א), הייצוג הסכמטי שלו (ב) ומאפיין הזרם-מתח (ג)

נכון לעכשיו, תיריסטורים מיוצרים עבור זרמים של עד 3000 A ומתחי הפעלה עד 6000 וולט.

החסרונות העיקריים של רוב התיריסטורים הם יכולת שליטה לא מלאה (התיריסטור לא נכבה לאחר הסרת אות הבקרה) ומהירות נמוכה יחסית (עשרות מיקרו שניות). אולם לאחרונה נוצרו תיריסטורים בהם הוסר החיסרון הראשון (ניתן לכבות תיריסטורים נעילה באמצעות זרם הבקרה).

פוטאפוב ל.א.