13.1.3 Триністорний режим

Триністор відрізняється від диністора наявністю третього виводу, з’єднаного з базовою областю. Ця обставина дозволяє керувати величиною напруги вмикання , змінюючи струм у колі керувального електрода.

Керувальний електрод може з’єднуватися з будь-якою базою тиристора (рисунок 13.5, а, б).

Рисунок 13.5 – Структура триністора: а – з керуванням за катодом; б – з керуванням за анодом; в – сім’я ВАХ триністора

Збільшуючи струму керування , можна збільшити коефіцієнт передачі струму відповідного емітера, це приводить до того, що рівність + =1 виконуватиметься при меншій анодній напрузі і ввімкнення тиристора відбуватиметься при меншому значенні (рисунок 13.5, в). Фізично це означає, що накопичення надлишкових зарядів у базах структури відбуватиметься швидше, ніж у випадку диністора, тому що джерело напруги керування у колі будь-якої з баз прискорює інжекцію через відповідний ЕП.

Струм і напруга кола керування невеликі, струм у анодному колі може досягати одиниць амперів (у тиристорах середньої потужності) або десятків – сотень амперів (в силових тиристорах) при анодних напругах від десятків – сотень вольтів до тисяч вольтів. Тому триністори – це своєрідні підсилювачі потужності з коефіцієнтом підсилення .

Триністори серед інших тиристорних структур мають найбільше практичне застосування в електроніці. Для більшого керування тиристором керувальний електрод з’єднують з базою, що має меншу ширину, оскільки коефіцієнтом передачі струму емітера саме такої транзисторної структури (n-p-n – на рисунку 13.5, а і p-n-p – на рисунку 13.5, б) легше керувати, ніж коефіцієнтом передачі транзистора з товстою базою.

13.1.4 Симістори

Симетричний тиристор, або симістор, - це тиристор, який має практично однакові ВАХ при різних полярностях прикладеної напруги. Симістор являє собою багатошарову структуру - - - - - типу, що складається з п’яти напівпровідникових областей, типи провідності яких чергуються і які утворюють чотири - переходи (рисунок 13.6).

Рисунок 13.6 – Структура (а, б) та ВАХ (в) симетричного тиристора

Якщо до такого тиристора прикласти напругу плюсом до області , а мінусом до області (рисунок 13.6, а), то перехід I увімкнеться в зворотному напрямі, і струм, що проходить через нього, буде дуже малим. Робочою частиною у такому режимі буде - - - - структура, в якій відбуватимуться процеси, звичайні для диністора.

Якщо зовнішню напругу прикласти плюсом до області , а мінусом до області , то в зворотному напрямі ввімкнеться перехід 4, і робочою частиною симістора буде диністор структури - - - (рисунок 13.6, б).

Таким чином, симістор може бути поданий у вигляді двох тиристорів, увімкнених паралельно і назустріч один одному. ВАХ симістора показана на рисунку 13.6, в.

13.2 Способи комутації тиристорів

13.2.1 Увімкнення тиристорів

Крім описаного у попередньому параграфі способу вмикання тиристора шляхом повільного збільшення анодної напруги до величини , існують й інші способи.

1 Вмикання за допомогою струму керування.

Цей спосіб уможливлює вмикання тиристора у триністорному режимі у разі, коли на аноді приладу є деяка напруга ( < ). Тоді, збільшуючи струм , можна ввімкнути тиристор. Найбільш поширеним способом керування є імпульсний спосіб. При цьому процес накопичення нерівноважних носіїв відбувається не миттєво, і тому для ввімкнення тиристора необхідно, щоб імпульс струму керування мав певну тривалість і амплітуду. Розглянемо випадок керування за катодом. Час перемикання тиристора можна розбити на два інтервали, що відповідають різним законам зміни струму через тиристор (рисунок 13.7). Час затримки визначається часом дифузії інжектованих з емітера електронів через базу до КП. Струм через КП і, отже, тиристор зростатимуть відчутно лише тоді, коли інжектовані електрони досягнуть КП. На діаграмі рисунку 13.7 – не проміжок часу, за який струм збільшиться до 0.1 від усталеного значення (або час, за який анодна напруга на тиристорі знизиться до 0.9 від свого початкового значення).

Рисунок 13.7 – Перехідні процеси струму і напруги при вмиканні тиристора

Час наростання зв’язаний з інерційністю процесу накопичення нерівноважних носіїв заряду в базах тиристора. За цей проміжок часу струм анода різко зростає до величини 0.9 , а напруга на аноді зменшується від 0.9 до 0.1 . Це інтервал часу відповідає перебуванню робочої точки на ділянці негативного диференційного опору (ділянка III на ВАХ рисунка 13.2, в), і тому процес перемикання має регенеративний, лавиноподібний, нестійкий характер. Цей процес обов’язково закінчиться зміною стану приладу, навіть якщо в цей час припиниться дія імпульсу керування . Саме тому тривалість імпульсу управління може вибиратись у межах . Закінчення перемикання тиристора відповідає моменту, коли знак напруги на КП зміниться на протилежний. Реальна тривалість імпульсу керування досягає 15-20 мкс. Після закінчення імпульсу тиристор перебуватиме у відкритому стані і надалі, якщо , або (див. ВАХ рисунок 13.2, в), тобто якщо робоча точка буде на IV ділянці ВАХ.

Процес відкривання тиристора за допомогою імпульсу струму керування має ще й інші особливості. Спочатку відкривання КП відбувається у вузькому каналі біля клерувального електрода.

Оскільки більша частина амплітуди імпульсу керування падає на розподільному опорі бази, і тому інжекція через ЕП збільшується не на всій його площі, а на ділянці біля керувального електрода. Виникає струмопровідний “шнур”, який може призвести до локального перегріву тиристорної структури. Лише потім за рахунок дифузії носіїв канал розширюється на всю площу переходу.

2 Увімкнення тиристора за допомогою імпульсу анодної напруги

При імпульсному керуванні за анодом також спостерігається явище, коли напруга вмикання зменшується порівняно з напругою вмикання у неперервному режимі. Тиристор умикатиметься за допомогою імпульсу анодної напруги, амплітуда якого менша за величину в режимі, коли напруга на аноді тиристора зростає повільно. Це явище зумовлене дією бар’єрної ємності КП, струм через яку під час перезаряду дорівнює

(13.3)

і буде тим більшим, чим більша швидкість наростання анодної напруги на тиристорі (ефект ). Цей струм, проходячи через емітерні переходи приладу, спричиняє збільшення коефіцієнтів передачі та , і тоді сума + досягає одиниці при меншій напрузі. Інакше кажучи, дія ємнісного струму КП аналогічна до дії струму керування у триністорі.