Тиристор − полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое, то есть состояние низкой проводимости, и открытое, то есть состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров − управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например тринистор) и в двух направлениях (например, симисторы − симметричные динисторы). Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1.
Рис. 1 Схемы тиристора:
a) основная четырёхслойная p-n-p-n-структура,
b) диодный тиристор, с) триодный тиристор Рис. 2 Обозначение тринистора на схемах
Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою − катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (рис. 2). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.
Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как их ВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.
Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.
Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления (рис. 3). По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.
Рис. 3 Вольтамперная характеристика тиристора
Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 3. Она имеет несколько участков:
· Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора − прямое запирание.
· В точке 1 происходит включение тиристора.
· Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
· Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).
· В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток Ih.
· Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
· Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.
Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 3 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.
