5.1.3 Триністорний режим

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

Керуючий електрод може з’єднуватися з будь-якою базою тиристора (рис. 5.5, а, б).

Рис. 5.5 – Структура триністора: а – з управлінням по катоду; б – з управлінням по аноду; в – сім’я ВАХ триністора.

Збільшуючи струм управління , 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 (рис. 13.5, в). Фізично це означає, що накопичення надлишкових зарядів у базах структури відбуватиметься швидше, ніж у випадку диністора, тому що джерело напруги управління у колі будь-якої з баз прискорює інжекцію через відповідний ЕП.

Струм і напруга кола управління 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 більш зручного управління тиристором керуючий електрод з’єднують з базою, що має меншу ширину, оскільки коефіцієнтом передачі струму емітера саме такої транзисторної структури (n-p-n – на рис. 5.5, а і p-n-p – на рис. 5.5, б) легше управляти, ніж коефіцієнтом передачі транзистора з товстою базою.

5.1.4 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 (рис. 5.6).

Рис. 5.6 – Структура (а, б) та ВАХ (в) симетричного тиристора

Якщо до такого тиристора прикласти напругу плюсом до області , а мінусом до області (рис.5.6, а), то перехід I включеться в зворотному напрямі, і струм, протікаючий через нього, буде дуже малим. Робочою частиною у такому режимі буде - - - - структура, в якій протікатимуть процеси, звичайні для диністора.

Якщо зовнішню напругу прикласти плюсом до області , а мінусом до області , то в зворотному напрямі включиться перехід 4, і робочою частиною симістора буде диністор структури - - - (рис.4.6, б).

Таким чином, симістор може бути представлений у вигляді двох тиристорів, включених паралельно і назустріч один одному. ВАХ симістора показана на рис. 5.6, в.

5.2 Способи комутації тиристорів

5.2.1 Включення тиристорів

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

Включення за допомогою струму керування.

Цей спосіб уможливлює включення тиристора у триністорному режимі у разі, коли на аноді приладу є деяка напруга ( < ). Тоді, збільшуючи струм , можна ввімкнути тиристор. Найбільш поширеним способом управління є імпульсний спосіб. При цьому процес накопичення нерівноважних носіїв відбувається не миттєво, і тому для включення тиристора необхідно, щоб імпульс струму керування мав певну тривалість і амплітуду. Розглянемо випадок управління по катоду.

Час переключення тиристора можна розбити на два інтервали, що відповідають різним законам зміни струму через тиристор (рис. 5.7).

Час задержки визначається часом дифузії інжектованих з емітера електронів через базу до КП. Струм через КП і, отже, через тиристор зростатиме відчутно лише тоді, коли інжектовані електрони досягнуть КП. На діаграмі рис. 5.7 – це 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).

Рис. 5.7 – Перехідні процеси струму і напруги при включенні тиристора

Час наростання зв’язаний з інерційністю процесу накопичення нерівноважних носіїв заряду в базах тиристора. За цей час 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 рис. 5.2, 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 управління . Саме тому тривалість імпульсу управління може вибиратись у межах . Закінчення переключення тиристора відповідає моменту, коли знак напруги на КП зміниться на протилежний. Реальна тривалість імпульсу управління досягає 15-20 мкс. Після закінчення імпульсу тиристор перебуватиме у відкритому стані і надалі, якщо , або (див. ВАХ рис. 5.2, в), тобто якщо робоча точка буде на IV ділянці ВАХ.

Процес відкривання тиристора за допомогою імпульсу струму управління має ще й інші особливості. Спочатку відкривання КП відбувається у вузькому каналі біля керуючого електрода, оскільки більша частина амплітуди імпульсу управління падає на розподіленому опорі бази, і тому інжекція через ЕП збільшується не на всій його площі, а на ділянці біля керуючого електрода. Виникає струмопровідний “шнур”, який може призвести до локального перегріву тиристорної структури. Лише потім за рахунок дифузії носіїв канал розширюється на всю площу переходу.

Включення тиристора за допомогою імпульсу

анодної напруги

При імпульсному управлінні по аноду також спостерігається явище, коли напруга включення зменшується порівняно з напругою включення у неперервному режимі. Тиристор включатиметься 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

(5.3)

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