Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

тиристор

Тир і стор (від грец. Th ý ra - двері, вхід і англ. Resistor - резистор ), Напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристала напівпровідника з чотиришарове структурою р-n-p-n-типу, що володіє властивостями вентиля електричного і має нелінійну розривну вольтамперних характеристику (ВАХ). З крайніми шарами (областями) монокристала контактують силові електроди (СЕ) - анод і катод, від одного з проміжних шарів роблять висновок електрода управління (УЕ).

До СЕ під'єднують струмопідведення силового ланцюга і пристрої тепловідведення. У разі, коли до СЕ прикладається напруга прямої полярності U np (як зазначено на рис. 1), перший (П1) і третій (П3) електронно-діркові переходи зміщуються в прямому напрямку, а другий (П2) - в зворотному. Через переходи П1 і П3 в області, що примикають до переходу П2, инжектируются неосновні носії, які зменшують опір переходу П2, збільшують струм через нього і зменшують падіння напруги на ньому. При підвищенні прямої напруги струм через Т. спочатку зростає повільно, що відповідає ділянці ОА на ВАХ (рис. 2). В цьому режимі Т. можна вважати замкненим, так як опір переходу П2 все ще дуже велика (при цьому напруги на переходах П1 і П3 малі, і майже все прикладена напруга падає на переході П2). У міру збільшення напруги на Т. знижується частка напруги, що падає на П2, і швидше зростають напруги на П1 і П2, що викликає подальше збільшення струму через Т. і посилення інжекції неосновних носіїв в область П3. При деякому значенні напруги (близько десятків або сотень в), називається напругою перемикання U пер (точка А на ВАХ), процес набуває лавиноподібного характеру, Т. переходить в стан з високою провідністю (включається), і в ньому встановлюється струм, який визначається напругою джерела і опором зовнішнього ланцюга (точка В на ВАХ).

Процес стрибкоподібного перемикання Т. зі стану з низькою провідністю в стан з високою провідністю можна пояснити, розглядаючи Т. як комбінацію двох транзисторів (T1 і Т2), включених назустріч один одному (рис. 3). Крайні області монокристала є емітерами (р-шар називається анодним емітером, n-шар - катодних), а середні - колектором одного і одночасно базою ін. Транзистора. Струм i, що протікає в зовнішньому ланцюзі Т., є струмом першого емітера i е1і струмом другого емітера i Е2. Разом з тим цей струм складається з двох колекторних струмів i к1 і i к2, рівних відповідно a 1 i Е1 і a 2 i Е2, де «a1 і a 2 - коефіцієнти передачі емітерного струму транзисторів T1 і Т2; крім того, до його складу входить струм колекторного переходу i Кo (так званий зворотний струм). Таким чином i = a1 i Е1 + a 2 i Е2 + i Кo. З урахуванням i Е1 = i Е2 = i маємо Процес стрибкоподібного перемикання Т . При малих токах a 1 і a 2 значно менше 1 (і їх сума також менше 1). Зі збільшенням струму a 1 і a 2 ростуть, що веде до зростання i. Коли він досягає значення, називається струмом включення I вк, сума a 1+ a2 стає приблизно рівною 1, і струм стрибком зростає до величини, що обмежується опором навантаження (точка В на рис. 2). Всякий Т. характеризується гранично допустимим значенням прямого струму I перед (точка Г на рис. 2), при якому на приладі буде невелике залишкову напругу U ocт. Якщо ж зменшувати струм через Т., то при деякому його значенні, називається утримує струмом I Yд (точка Б на рис. 2), Т. закривається - переходить в стан з низькою провідністю, відповідне ділянці ОА на ВАХ. При напрузі зворотної полярності крива залежності струму від напруги виглядає так само, як відповідна частина ВАХ напівпровідникового діода .

Описаний спосіб включення Т. (підвищенням напруги між його СЕ) застосовують в Т., називається вентилями-перемикачами (рідше некерованими Т., або діністоров). Однак переважне поширення набули Т., що включаються подачею в ланцюг УЕ імпульсу струму певної величини і тривалості при позитивній різниці потенціалів між анодом і катодом (зазвичай їх називають керованими вентилями або Т.). Особливу групу складають фототиристори , Переклад яких в стан з високою провідністю здійснюється світловим впливом. Вимкнення Т. виробляють або зниженням струму через Т. до значення I Yд, або зміною полярності напруги на його СЕ.

Відповідно до призначення розрізняють Т. з однобічну провідність, з двостороннім провідністю (симетричні), швидкодіючі, високочастотні, імпульсні, двухопераціонние і спеціальні.

Напівпровідниковий елемент Т. виготовляють з кремнієвих монокристалічних дисків (пластин), вводячи в Si добавки В, Al і Р. При цьому в основному використовують диффузионную і сплавних технологію. Конструктивно Т. виконують (рис. 4) в герметичному корпусі; для забезпечення механічної міцності і усунення теплових напружень, що виникають через відмінності коефіцієнтів розширення Si і Cu (матеріал електродів), між кристалом і електродами встановлюють термокомпенсирующих вольфрамові або молібденові диски. Розрізняють Т. штирьовий конструкції - в металевих і металокерамічних корпусах, притискні (з відведенням тепла з одного боку Т.) і таблеткові (з двостороннім відведенням тепла). Основні конструкції Т. - таблеточна і штирьова. Т. на струми до 500 а виготовляють з повітряним охолодженням, на струми понад 500 а - зазвичай з водяним.

Сучасні Т. виготовляють на струми від 1 ма до 10 ка напруги від декількох в до декількох кв; швидкість наростання в них прямого струму досягає 109 а / сек, напруги - 109 в / сек, час включення складає величини від декількох десятих часток до декількох десятків мксек, час вимикання - від декількох одиниць до декількох сотень мксек; ккд досягає 99%.

Т. знайшли застосування в якості вентилів в перетворювачах електричної енергії (див. перетворювальна техніка , тиристорний електропривод ), Виконавчих і підсилюючих елементів в системах автоматичного управління , Ключів і елементів пам'яті в різних електронних пристроях і т. П., Де вони спільно з ін. напівпровідниковими приладами до середини 70-х рр. 20 в. в основному витіснили електронні (електровакуумні) і іонні (газорозрядні і ртутні) вентилі.

Літ .: Тиристори. (Технічний довідник), пров. з англ., 2 вид., М., 1971; Кузьмін В, А., Тиристори малої і середньої потужності, М., 1971.

Ю. М. Іньков, А. А. Сакович.

Мал. 4. Керований тиристор (в розрізі): 1 - підстава (силовий електрод); 2 - напівпровідниковий кристал; 3 - фторопластові кільце; 4 - гнучкий внутрішній провід; 5 - кришка; 6 - ізолятор кришки; 7 - стрижень кришки; 8 - гнучкий зовнішній висновок (силовий електрод); 9 - керуючий електрод; 10 - наконечник зовнішнього виведення.

Мал. 5 (в, г). Загальний вигляд тиристорів: в - притискного в металлокерамическом корпусі; г - штирьового в металлокерамическом корпусі в зборі з охолоджувачем.

Мал. 3. Схематичне зображення тиристора у вигляді двох включених назустріч один одному транзисторів: Т - транзистор; Е - емітер; Б - база; К - колектор; iе - емітерний струм; Ік - колекторний струм; iкo - струм колекторного переходу; Rн - опір зовнішньої ланцюга; Uпp - пряма напруга на тиристорі.

Мал. 1. Схематичне зображення тиристора: А - анод; К - катод; УЕ - керуючий електрод; П - електронно-дірковий перехід; Rн - опір зовнішньої ланцюга; Uпp - пряма напруга на тиристорі.

Мал. 5 (а, б). Загальний вигляд тиристорів: а - штирьового в металевому корпусі; б - таблеткового в керамічному корпусі.

Мал. 2. Вольтамперная характеристика тиристора (вентиля-перемикача): ділянка ОА відповідає стану тиристора з низькою провідністю, ділянку БГ - з високою провідністю.