Тиристоры

Тиристоры представляют собой широкую классификацию полупроводниковых устройств с биполярной проводимостью, имеющих четыре (или более) чередующихся слоев N-P-N-P. К тиристорам относятся:кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), TRIAC, выключатель затвора (GTO), кремниевый управляемый переключатель (SCS), диод переменного тока (DIAC), однопереходный транзистор (UJT), программируемый однопереходный транзистор (PUT). В этом разделе рассматривается только SCR; хотя упоминается GTO.

Шокли предложил четырехслойный диодный тиристор в 1950 году. Он был реализован только спустя годы в General Electric. Теперь доступны SCR для регулирования уровней мощности от ватт до мегаватт. Самые маленькие устройства, выполненные как малосигнальные транзисторы, переключают 100 миллиампер при напряжении около 100 В переменного тока. Самые большие упакованные устройства имеют диаметр 172 мм, коммутируют 5600 А при 10 000 В переменного тока. SCR наивысшей мощности может состоять из цельной полупроводниковой пластины диаметром несколько дюймов (100 мм).

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR):(a) профиль легирования, (b) эквивалентная схема BJT.

Кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой четырехслойный диод с подключением затвора, как показано на рисунке выше (а). При включении он проводит как диод для одной полярности тока. Если не сработал, он не проводит. Работа поясняется в терминах эквивалента составного подключенного транзистора на рисунке выше (b). Положительный сигнал запуска подается между выводами затвора и катода. Это заставляет транзистор, эквивалентный NPN, проводить. Коллектор проводящего транзистора NPN тянет низкий уровень, перемещая базу PNP в сторону напряжения коллектора, что заставляет PNP проводить. Коллектор проводящего PNP тянет вверх, перемещая основание NPN в направлении его коллектора. Эта положительная обратная связь (регенерация) усиливает уже проводимое состояние NPN. Более того, NPN теперь будет проводить даже при отсутствии стробирующего сигнала. Как только SCR проводит, он продолжает работать до тех пор, пока присутствует положительное анодное напряжение. Для показанной батареи постоянного тока это навсегда. Однако тиристоры чаще всего используются с переменным током или пульсирующим постоянным током. Проводимость прекращается с истечением положительной половины синусоиды на аноде. Более того, наиболее практичные схемы SCR зависят от цикла переменного тока, идущего от нуля до отключения или коммутации SCR.

На рисунке ниже (а) показан профиль легирования SCR. Обратите внимание, что катод, который соответствует эквивалентному эмиттеру NPN-транзистора, сильно легирован, как указывает N +. Анод также сильно легирован (P +). Это эквивалентный эмиттер PNP-транзистора. Два средних слоя, соответствующие областям базы и коллектора эквивалентных транзисторов, менее легированы:N- и P. Этот профиль в мощных SCR может быть распределен по всей полупроводниковой пластине значительного диаметра.

Тиристоры:(a) поперечное сечение, (b) символ кремниевого выпрямителя (SCR), (c) символ запорного тиристора (GTO).

Схематические символы для SCR и GTO показаны на рисунках выше (b и c). Основной символ диода указывает на то, что проводимость от катода к аноду однонаправлена, как у диода. Добавление вывода затвора указывает на контроль проводимости диода. Выключатель выключения затвора (GTO) имеет двунаправленные стрелки вокруг вывода затвора, что указывает на то, что проводимость может быть отключена отрицательным импульсом, а также инициирована положительным импульсом.

В дополнение к широко распространенным SCR на основе кремния были произведены экспериментальные устройства из карбида кремния. Карбид кремния (SiC) работает при более высоких температурах и обладает большей теплопроводностью, чем любой металл, уступая алмазу. Это должно позволить использовать устройства с физической мощностью меньше или с большей мощностью.

ОБЗОР:

• SCR - наиболее распространенный член семейства тиристорных четырехслойных диодов.
• Положительный импульс, приложенный к затвору SCR, запускает его в проводимость. Проводимость продолжается, даже если стробирующий импульс удален. Проводимость прекращается только тогда, когда напряжение между анодом и катодом падает до нуля.
• SCR чаще всего используются с источником переменного тока (или пульсирующим постоянным током) из-за постоянной проводимости.
• Выключатель затвора (GTO) может быть отключен подачей отрицательного импульса на затвор.
• Выключатель SCR мегаватт мощности, до 5600 А и 10 000 В.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица тиристоров