БЕСКОНТАКТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ [1,4,5]

Тиристор и его свойства, вольтамперная

Характеристика тиристора

В отличие от транзистора тиристор может находиться только в двух крайних состояниях проводимости – либо он полностью проводит (открыт), либо тиристор закрыт.

Управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры представляют собой полупроводниковую структуру с тремя электронно–дырочными переходами p–n–p–n типа (рис.80).

В реальных схемах последовательно с тиристором включается сопротивление нагрузки, ограничивающее анодный ток. Тиристор включается за нескольких микросекунд, но не мгновенно, так как необходимо время на переключение всей структуры, особенно для тиристоров, рассчитанных на большие токи. И если нагрузочный ток может нарастать так быстро (это обусловлено видом нагрузки), что полупроводниковая структура тиристора не успела переключиться по всей площади, то весь ток будет протекать через переключенные области, и при большом значении тока тиристор может выйти из строя. В паспортных данных тиристора задается допустимая скорость нарастания тока.

Тиристоры конструируются так, чтобы они и соответствующие им характеристики обладали двумя устойчивыми состояниями закрытым или открытым.

На рис. 81 приведена вольт–амперная характеристика тиристора, поясняющая принцип его работы.

Внешняя кривая соответствует отсутствию тока по управляющему электроду I_УО = 0. Если увеличивать прямое (положительное) напряжение на аноде U_A, то при достижении напряжения U_ПО тиристор переключается (открывается) без тока управления за счет возрастания тепловых токов и переходит на ветвь с высокой проводимостью.

Величиной U_ПО определяется класс тиристора: 1кл. – U_ПО ≥100 В, 2кл. – U_ПО ≥ 200 В, … , 40кл. – U_ПО ≥ 4000 В.

Если увеличивать токи по управляющему электроду I_У2 ≥ I_У1 ≥ 0, то величины напряжений переключения U_П2, U_П1 уменьшаются. Вольт–амперная характеристика тиристора становится аналогичной характеристике неуправляемого диода при токе управления равном току спрямления I_С. В практических схемах всегда обеспечивается ток по управляющему электроду ≥ I_С для открывания тиристора при минимальном прямом напряжении.

После достижения анодным током величины равной току удержания I_УД, нет необходимости пропускать ток управления, так как тиристор уже открылся, поэтому управление тиристорами можно производить короткими импульсами тока. Длительность этих импульсов должна быть достаточной, чтобы ток через тиристор при активно-индуктивной нагрузке успел возрасти за время импульса до величины тока удержания I_УД. Если импульс тока управления обеспечил отпирание тиристора, то затем тиристор не управляется до момента его запирания. Чтобы запереть тиристор необходимо снизить ток через него до значений меньших тока удержания I_УД. Это возможно, например, при смене полярности анодного напряжения в преобразователях переменного напряжения в постоянное, где тиристоры получили наибольшее применение. Обычный тиристор запереть током управления нельзя.

Увеличение обратного напряжения до значения U_ПРОБ приводит к пробою тиристора и выходу его из строя. Если подавать ток управления при обратном напряжении на аноде, то с его увеличением снижается величина пробивного напряжения. Поэтому в отрицательный полупериод нежелательно подавать управляющие импульсы.

В настоящее время кроме тиристоров с непосредственным воздействием электрического сигнала выпускаются оптронные тиристоры. Оптопара (рис. 82) состоит из светодиода и фототиристора.

При протекании управляющего тока через светодиод он излучает световой поток, под воздействием этого потока фототиристор открывается.

С помощью этих оптопар осуществляется гальваническая развязка силовых цепей от цепей управления, что повышает надежность работы всей схемы.