ТИРИСТОР

ТИРИСТОР (от греч. thyra
- дверь, вход и англ, resistor - резистор), полупроводниковый прибор,
выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной
структурой

р-п-р-n-типа,
обладающий свойствами вентиля электрического и имеющий нелинейную
разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ). С крайними слоями
(областями) монокристалла контактируют силовые электроды (СЭ)
-
анод и катод, от одного из промежуточных слоев делают вывод электрода управления
(УЭ).

Рис. 1. Схематическое изображение
тирнстора: А - анод; К - катод; УЭ - управляющий электрод; П - электроннодырочный
переход; Rна тнристоре.

К СЭ подсоединяют токоподводы силовой
цепи и устройства теплоотвода. В случае, когда к СЭ прикладывается напряжение
прямой полярности t/пр (как указано на рис. 1), первый (Ш) и
третий (Пэ) электронно-дырочные переходы смещаются в прямом направлении,
а второй (П) -в обратном. Через переходы П i и Побласти, примыкающие к переходу Пносители, к-рые уменьшают сопротивление перехода Пток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого
напряжения ток через Т. сначала растёт медленно, что соответствует участку
ОА на ВАХ (рис. 2). В этом режиме Т. можно считать запертым, т.
к. сопротивление перехода Пнапряжения на переходах Ш и Пнапряжение падает на переходе П). По мере увеличения
напряжения на Т. снижается доля напряжения, падающего на Пи быстрее возрастают напряжения на П. и Пувеличение тока через Т. и усиление инжекции неосновных носителей в область
Пв), наз. напряжением переключения (Упер (точка А на ВАХ), процесс
приобретает лавинообразный характер, Т. переходит в состояние с высокой
проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением
источника и сопротивлением внешней цепи (точка В на ВАХ).

Процесс скачкообразного переключения
Т. из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью
можно объяснить, рассматривая Т. как комбинацию двух транзисторов (Ti
и Тмонокристалла являются эмиттерами (р-слой наз. анодным эмиттером, n-слой
- катодным), а средние - коллектором одного и одновременно базой др. транзистора.
Ток i, протекающий во внешней цепи Т., является током первого эмиттера
ь. и током второго эмиттера гиз двух коллекторных токов г'к. и г'к


где а.1 и а.2-коэфф.
передачи эмиттерного тока транзисторов Ti и Тв его состав входит ток коллекторного перехода гток). Т. о.,



С учётом

имеем:



При малых токах



значительно меньше 1 (и их сумма
также меньше 1). С увеличением тока а.1 и осчто ведёт к возрастанию i. Когда он достигает значения, наз. током включения
/oil + <Хравной 1, и ток скачком возрастает до величины, ограничиваемой сопротивлением
нагрузки (точка В на рис. 2). Всякий Т. характеризуется предельно допустимым
значением прямого тока /пред (точка Г на рис. 2), при к-ром на приборе
будет небольшое остаточное напряжение [/ост. Если же уменьшать ток через
Т., то при некотором его значении, наз. удерживающим током /Б на рис. 2), Т. запирается - переходит в состояние с низкой проводимостью,
соответствующее участку ОА на ВАХ. При напряжении обратной полярности кривая
зависимости тока от напряжения выглядит так же, как соответствующая часть
ВАХ полупроводникового диода.

Описанный способ включения Т. (повышением
напряжения между его СЭ) применяют в Т., наз. вентилями-переключателями
(реже неуправляемыми Т., или динисторами). Однако преимуществ. распространение
получили Т., включаемые подачей в цепь УЭ импульса тока определённой величины
и длительности при положит, разности потенциалов между анодом и
катодом (обычно их наз. управляемыми вентилями или Т.). Особую группу составляют
фототириспгоры,
перевод
к-рых в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием.
Выключение Т. производят либо снижением тока через Т. до значения /либо изменением полярности напряжения на его СЭ.

В соответствии с назначением различают
Т. с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью (симметричные),
быстродействующие, высокочастотные, импульсные, двухоперационные и специальные.

Полупроводниковый элемент Т. изготовляют
из кремниевых монокристаллич. дисков (пластин), вводя в Si добавки
В, А1 и Р. При этом в основном используют диффузионную и сплавную технологию.
Конструктивно Т. выполняют (рис. 4) в герметичном корпусе; для обеспечения
механич. прочности и устранения тепловых напряжений, возникающих из-за
различия коэфф. расширения Si и Си (материал электродов), между
кристаллом и электродами устанавливают термокомпенсирующие вольфрамовые
или молибденовые диски. Различают Т. штыревой конструкции - в металлич.
и металлокерамич. корпусах, прижимные (с отводом тепла с одной стороны
Т.) и таблеточные (с двухсторонним отводом тепла). Осн. конструкции
Т. - таблеточная и штыревая. Т. на токи до 500 а изготовляют с возд.
охлаждением, на токи св. 500 а-обычно с водяным.

Совр. Т. изготовляют на токи от 1
ма
до
10 ка и напряжения от неск. в до неск. кв;
скорость
нарастания в них прямого тока достигает 10^Э а/сек,
напряжения
-10^Э в/сек; время включения составляет

величины от неск. десятых долей до
неск. десятков мксек, время выключения - от неск. единиц
до неск. сотен мксек; кпд достигает 99%.

Т. нашли применение в качестве вентилей
в преобразователях электрич. энергии (см. Преобразовательная техника,
Тиристорный электропривод), исполнит, и усилит, элементов в системах
автоматического
управления, ключей и элементов памяти в различных электронных устройствах
и т. п., где они совместно с др. полупроводниковыми приборами к
сер. 70-х гг. 20 в. в основном вытеснили электронные (электровакуумные)
и
ионные (газоразрядные и ртутные) вентили.

Рис. 4. Управляемый тиристор (в разрезе):
1 - основание (силовой электрод); 2 - полупроводниковый кристалл; 3
- фторопластовое кольцо; 4 - гибкий внутренний провод; 5
- крышка; 6 -изолятор крышки; 7 - стержень крышки; 8 -
гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 - управляющий электрод;
10
-
наконечник на-* ружного вывода.

Рис. 5. Общий вид тиристоров:
а
- шты-. ревого в металлическом корпусе; б- таблеточного в керамическом
корпусе; в -прижимного в металлокерамическом корпусе; г - штыревого
в металлокерами ческом корпусе в сборе с охладителем.

Рис. 3. Схематическое изображение
тиристора в виде двух включённых навстречу друг-другу транзисторов: Т -
транзистор; Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор; г'э - эмиттерный ток;
г'к - коллекторный ток; гток коллекторного перехода;
RH
-
сопротивление внешней цепи; (Упр -прямое напряжение на тиристоре.

Рис. 2. Вольтамперная характеристика
тиристора (вентиля-переключателя): участок ОА соответствует состоянию тиристора
с низкой проводимостью, участок БГ - с высокой проводимостью.

Лит.: Тиристоры. (Технический
справочник), пер, с англ., 2 изд., М., 1971; Кузьмин В. А., Тиристоры
малой и средней мощности, М., 1971.

Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.