Тиристоры, динисторы и симисторы

Тиристор — это полупроводниковый прибор, имеющий четырехслойную р-п-р-п -структуру, которая обеспечивает переключающие свойства прибора.

Полупроводниковая четырехслойная р-п-р-п -структура тири­стора представлена на рис. 1.11, а. Она имеет два р-п- перехода, смещенных в прямом направлении, и один — в обратном. Условное графическое обозначение управляемого тиристора приведено на рис. 1.11, б.

Рис. 1.11. Структура р-п-р-п- тиристора с управляющим электродом (а),

его УГО (б) и ВАХ (в)

Вольтамперная характеристика тиристора приведена на рис. 1.11, в. Тиристор может находиться в одном из двух устойчивых состо­яний, соответствующих положению рабочей точки на его ВАХ: либо ниже прямой, характеризующей среднее значение тока I ср(тиристор закрыт), либо выше нее (тиристор открыт). Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит скачком, когда напря­жение анод—катод превышает некоторое пороговое значение U 1. На отрицательном участке ВАХ состояние прибора неустойчивое.

Если на управляющий электрод (У) подать положительное напряжение, на нем появляется ток срабатывания и тиристор переходит в проводящее состояние при более низком напряжении анод—катод (U 2). При этом переходе сопротивление тиристора и ток, проходящий через него, изменяются в 106—107раз. При сопро­тивлении тиристора в закрытом состоянии примерно от 107Ом, ток в нем составляет около 10-6А (микроампер). В открытом состоянии ток в тиристоре составляет от 0,1 до 1,0 А. Таким образом, тиристор имеющий очень высокий коэффициент усиления по току и мощности, может быть хорошим ключевым устройством.

Динистор — это тиристор без управляющего электрода. Дини­сторы используются как электронные ключи, срабатывающие при превышении определенного напряжения.

В электронной аппаратуре используются также симметричные диодные динисторы и триодные тиристоры (симисторы), переключающиеся при прямом и обратном включениях.

Структура симметричного диодного тиристора — симистора (рис. 1.12, а, в) состоит из пяти областей полупроводника с чередованием типов проводимостей, которые формируют четыре р-п -перехода.

Рис. 1.12. Структуры симметричных диодного (а) и триодного (б) тиристоров, соответствующие УГО (в, г) и ВАХ диодного тиристора (д):

1...4 — переходы полупроводника

При подаче положительного напряжения на правый электрод, отрицательного — на левый на переходах полупроводника 1 и 3 будет прямое напряжение, а на переходах 2 и 4 — обратное. Напряжение на переходах 1 и 4 зависит от тока, проходящего через структуру: с ростом тока падение напряжения на них увеличивает­ся и достигает значения, достаточного для смещения перехода 1 в прямом направлении, а перехода 4 — в обратном. В результате начинается инжекция электронов из п 1-области в р 1-область с после­дующим накоплением их в п 2-области. Происходит и встречная инжекция дырок из р 2-области через п 2-область и накопление их в области р 1. При этом область п 3 не участвует в формировании тока, так как переход 4 смещен в обратном направ­лении.

Таким образом, работа п 1 -р 1 -п 2 -р 2-структуры аналогична работе тиристора. При смене полярности подаваемого напряжения работает р 1- п 2- р 2- п 3-структура и протекающие в ней процессы также соответствуют тиристорным. Симметрия физических процессов при прямом и обратном включениях напряжения определяет симметрию ВАХ диодных тиристоров (рис. 1.12, д).

У симметричного триодного тиристора (рис. 1.12, б, в) основные электроды А и К соприкасаются одновременно с n - и p -обла­стя­ми. Электрод У, также соединенный с п- и р- областями, управля­ет током любого направления посредством напряжения соответствующей полярности. Это свойство симисторов используется для регулирования тока в мощных установках переменного напряжения, например, в электромоторах.

Управление тиристором, т.е. его включение, может осуществляться путем освещения п - р - п - р -структуры светом. В этом случае прибор называется фототиристором. При освещении светом светодиода полупроводниковой структуры, прозрачной в инфракрасном диапазоне, в ней образуются электронно-дырочные пары, способствующие возникновению тока и включению тиристора.