Классификация полупроводниковых приборов. Принцип действия тиристоров
Полупроводниковые приборы классифицируют в зависимости от механизма работы и функционального назначения.
По принципу действия полупроводниковые приборы делятся на следующие основные виды: диоды, тиристоры, стабилитроны, транзисторы. Внутри, каждого из указанных видов приборы подразделяются на типы: диоды — по значениям максимально допустимого среднего прямого тока, тиристоры - по значениям максимально допустимого прямого тока в открытом состоянии, стабилитроны — по значениям максимально допустимой мощности рассеяния.
Приборы одного типа подразделяются на классы:
- диоды — по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения,
- тиристоры - по значениям повторяющегося импульсного обратного напряжения и повторяющегося импульсного напряжения в закрытом состоянии, тиристоры, проводящие в обратном направлении, и симметричные тиристоры — по значениям повторяющегося напряжения в закрытом состоянии,
- стабилитроны — по значениям напряжения стабилизации.
Кроме того, виды диодов и тиристоров подразделяются на подвиды в зависимости от коммутационных параметров. Для диодов:
а) диод - время обратного восстановления не нормируется;
б) быстровосстанавливающийся диод - время обратного восстановления равно или менее нормы.
Для тиристоров:
а) тиристор — время включения и время выключения не нормируется;
б) быстровыключающийся тиристор — время выключения равно или менее нормы;
в) быстровключающийся тиристор — время включения равно или менее нормы;
г) быстродействующий тиристор — время включения и время выключения равно или менее нормы.
В зависимости от отличительных признаков диоды и тиристоры подразделяются следующим образом:
- тиристор, управляемый с помощью внешнего светового сигнала, — фототиристор;
- тиристор, управляемый с помощью внутреннего светового сигнала от светоизлучающего диода при воздействии внешнего электрического сигнала, — оптотиристор (тиристорная оптопара);
- тиристор, проводящий в обратном направлении, допускающий работу в обратном направлении в качестве диода, — тиристор-диод;
- диод (тиристор), имеющий лавинные вольт-амперные характеристики, — лавинный диод (лавинный тиристор).
Кроме того, приборы подразделяются по конструктивным признакам и по полярности
Тиристор это полупроводниковый прибор с тремя или более p-n переходами, ВАХ которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, который используется для переключения.
Двухэлектродный тиристор (динистор) - тиристор имеющий два внешних вывода. Состоит из четырех слоев кристалла полупроводника с чередующимся типом электропроводности. Динистор может находиться в двух состояниях: выключенном, или закрытом, которое характеризуется большим падением напряжения на динисторе и прохождением малых токов через него, то есть большим сопротивлением, и включенном или открытом которое характеризуется малым падением напряжения на динисторе и прохождением больших токов через него, то есть малым сопротивлением. В открытом состоянии динистор находится до тех пор, пока за счет проходящего тока поддерживается количество избыточных зарядов в p-n переходах, необходимое для понижения высоты потенциального барьера до величины, соответствующей прямому его включению. Если же ток через тиристор уменьшить до некоторой величины то в результате рекомбинации и рассасывания количество избыточных зарядов уменьшится произойдет перераспределение падений напряжений на p-n переходах тиристорной структуры и динистор перейдет в закрытое состояние.
Трехэлектродный тиристор (тринистор) – тиристор, имеющий три внешних вывода. Чтобы перевести динистор в открытое состояние необходимо увеличение анодного напряжения на динисторе до величины напряжения включения. Однако тот же эффект можно получить если есть управляющий электрод. При подачи на управляющий электрод напряжения такой полярности, что прилегающий переход будет включен в прямом направлении приведет переключение тринистора в открытое состояние при анодном напряжении меньшем напряжения включения.
Симметричный тиристор (симмистор)- это тиристор,имеющий практически одинаковые ВАХ при различных полярностях приложенного напряжения. Таким образом симметричный тиристор можно представить в виде двух тиристоров включенных встречно и шунтирующих друг друга. Симметричный тиристор можно сделать управляемым, если у одной из областей с электропроводностью p-типа осуществить невыпрямляющий контакт с соответствующим управляющим выводом.
Принцип действия тиристора
Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля.
Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.
Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 1
Р
ис.
1. Обычный тиристор: a) – условно-графическое
обозначение; б) – вольтамперная
характеристика.
На рис. 1, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления iG. Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при iG = 0. При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока iA , при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре .
Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.