Симметричные тиристоры (симисторы)

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 U_вкл – минимальное прямое анодное напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого в открытое состояние при разомкнутой управляющей цепи (десятки – сотни вольт).

2. Ток включения I_вкл – это значение прямого анодного тока, протекающего через тиристор, выше которого тиристор переходит в открытое состояние при разомкнутой цепи управляющего вывода.

3. Ток удержания (выключения) I_уд (I_выкл) – значение прямого тока, протекающего через тиристор, при разомкнутой цепи управления, ниже которого тиристор выключается (единицы – сотни мА).

4. Напряжение в открытом состоянии (остаточное напряжение) U_пр – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии (1…3 В).

5. Максимально допустимый ток в открытом состоянии I_{пр макс} – максимальное значение тока в открытом состоянии, при котором обеспечивается заданная надежность тиристора (сотни мА – сотни А).

6. Обратное напряжение U_обр – напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности (единицы – тысячи В).

7. Обратный ток I_обр – наибольшее значение обратного тока, протекающего через тиристор при U_обр (доли мА).

8. Отпирающий ток управления I_{у вкл} – наименьший ток в цепи управляющего электрода, необходимый для включения тиристора (десятки мА) с момента подачи отпирающего импульса.

9. Время задержки t_зад – 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 t_вкл – 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 t_выкл – 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 U_уп – наибольшее напряжение, не вызывающее отпирания тиристора (доли В).

16. Запирающее напряжение на управляющем электроде U_уз – напряжение, обеспечивающее требуемое значение запирающего тока управляющего электрода (единицы – десятки В).

ГЛАВА 6