Ang aparato at mga parameter ng thyristors

Ang thyristor ay isang semiconductor device na may tatlo (o higit pa) na p-n junction, ang kasalukuyang boltahe na katangian kung saan may negatibong differential resistance section at ginagamit para sa paglipat sa mga electrical circuit.

Ang pinakasimpleng thyristor na may dalawang output ay isang diode thyristor (dynistor). Ang triode thyristor (SCR) ay mayroon ding ikatlong (control) na elektrod. Ang parehong diode at triode thyristors ay may apat na layer na istraktura na may tatlong p–n junctions (Fig. 1).

Ang mga end area na p1 at n2 ay tinatawag na anode at cathode ayon sa pagkakabanggit, ang isang control electrode ay konektado sa isa sa mga gitnang lugar na p2 o n1. P1, P2, P3- mga paglipat sa pagitan ng p- at n-rehiyon.

Ang isang pinagmulan E ng panlabas na boltahe ng supply ay konektado sa anode na may positibong poste na may kaugnayan sa katod. Kung ang kasalukuyang Iу sa pamamagitan ng control electrode ng triode thyristor ay zero, ang operasyon nito ay hindi naiiba sa pagpapatakbo ng diode. Sa ilang mga kaso, ito ay maginhawa upang kumatawan sa thyristor bilang isang circuit na katumbas ng dalawang transistors, gamit ang mga transistors na may iba't ibang uri ng electrical conductivity p-n-p at n-R-n (Fig. 1, b).

Fig. 1.Structure (a) at two-transistor equivalent circuit (b) ng isang triode thyristor

Gaya ng makikita mula sa fig. 1, b, transition P2 ay isang karaniwang paglipat ng kolektor ng dalawang transistors sa katumbas na circuit, at ang mga transition na P1 at P3 ay mga emitter junction. Habang tumataas ang forward voltage Upr (na nakakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng emf ng power source E), ang thyristor current ay bahagyang tumataas hanggang ang boltahe Upr ay lumalapit sa isang partikular na kritikal na halaga ng breakdown voltage, katumbas ng turn-on na boltahe na Uin (Fig . 2).

kanin. 2. Kasalukuyang-boltahe na mga katangian at maginoo na pagtatalaga ng isang triode thyristor

Sa isang karagdagang pagtaas sa boltahe Upr sa ilalim ng impluwensya ng isang pagtaas ng electric field sa paglipat ng P2, ang isang matalim na pagtaas sa bilang ng mga carrier ng singil na nabuo bilang isang resulta ng impact ionization sa panahon ng banggaan ng mga carrier ng singil na may mga atom ay sinusunod. Bilang resulta, ang junction current ay mabilis na tumataas habang ang mga electron mula sa n2 layer at mga butas mula sa p1 layer ay sumusugod sa p2 at n1 layers at binabad ang mga ito ng minority charge carriers. Sa isang karagdagang pagtaas sa EMF ng pinagmulan E o isang pagbawas sa paglaban ng risistor R, ang kasalukuyang sa aparato ay tumataas alinsunod sa vertical na seksyon ng katangian ng I - V (Fig. 2)

Ang pinakamababang pasulong na kasalukuyang kung saan nananatili ang thyristor ay tinatawag na hawak na kasalukuyang Isp. Kapag ang pasulong na kasalukuyang bumababa sa halaga Ipr <Isp (pababang sangay ng I - V na katangian sa Fig. 2), ang mataas na pagtutol ng koneksyon ay naibalik at ang thyristor ay lumiliko. Ang oras ng pagbawi ng resistensya ng p — n junction ay karaniwang 1 — 100 µs.

Ang boltahe ng Uin kung saan nagsisimula ang isang tulad-avalanche na pagtaas ng kasalukuyang ay maaaring bawasan sa pamamagitan ng karagdagang pagpapakilala ng mga carrier ng minority charge sa bawat isa sa mga layer na katabi ng P2 junction. Ang mga karagdagang charge carrier na ito ay nagpapataas ng bilang ng mga pagkilos ng ionization sa P2 p-n junction at samakatuwid ay bumababa ang turn-on voltage Uincl.

Mga karagdagang carrier ng singil sa triode thyristor na ipinapakita sa Fig. 1, ay ipinakilala sa p2 layer ng isang auxiliary circuit na pinapagana ng isang independiyenteng mapagkukunan ng boltahe. Ang lawak kung saan bumababa ang turn-on na boltahe habang tumataas ang control current ay ipinapakita ng pamilya ng mga curve sa Fig. 2.

Ang paglipat sa bukas (naka-on) na estado, ang thyristor ay hindi naka-off kahit na ang control kasalukuyang Iy ay bumaba sa zero. Ang thyristor ay maaaring patayin alinman sa pamamagitan ng pagpapababa ng panlabas na boltahe sa isang tiyak na minimum na halaga, kung saan ang kasalukuyang ay nagiging mas mababa kaysa sa hawak na kasalukuyang, o sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang negatibong kasalukuyang pulso sa circuit ng control electrode, ang halaga nito, gayunpaman , ay naaayon sa halaga ng forward switch kasalukuyang Ipr.

Ang isang mahalagang parameter ng triode thyristor ay ang unlocking control current Iu on — ang kasalukuyang ng control electrode, na nagsisiguro sa paglipat ng thyristor sa bukas na estado. Ang halaga ng kasalukuyang ito ay umabot sa ilang daang milliamperes.

Fig. 2 makikita na kapag ang isang reverse boltahe ay inilapat sa thyristor, isang maliit na kasalukuyang nangyayari sa loob nito, dahil sa kasong ito ang mga transition P1 at P3 ay sarado. Upang maiwasan ang pagkasira ng thyristor sa baligtad na direksyon (na naglalagay sa thyristor na hindi gumana dahil sa thermal breakdown ng stroke), ang reverse voltage ay kinakailangang mas mababa sa Urev.max.

Sa simetriko diode at triode thyristors, ang inverse I - V na katangian ay tumutugma sa pasulong. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng anti-parallel na koneksyon ng dalawang magkaparehong apat na layer na istruktura o sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na limang-layer na istruktura na may apat na p-n junction.

kanin. 3. Ang istraktura ng isang simetriko thyristor (a), ang eskematiko na representasyon nito (b) at ang kasalukuyang boltahe na katangian (c)

Sa kasalukuyan, ang mga thyristor ay ginawa para sa mga alon hanggang sa 3000 A at mga turn-on na boltahe hanggang 6000 V.

Ang mga pangunahing disadvantages ng karamihan sa mga thyristor ay hindi kumpletong pagkontrol (ang thyristor ay hindi naka-off pagkatapos alisin ang control signal) at medyo mababa ang bilis (sampu-sampung microseconds). Kamakailan, gayunpaman, ang mga thyristor ay nilikha kung saan ang unang disbentaha ay tinanggal (ang pag-lock ng mga thyristor ay maaaring i-off gamit ang control current).

Potapov L.A.