1.2.12. Tiristoriai
Tiristorius
yra silicio puslaidininkinis valdomas ventilis su trimis p-n sandūromis S1,
S2, S3, kurios susidaro tarp keturių sluoksnių: p1-n1-p2-n2.
Be anodo A ir katodo K, tiristorius turi trečią (valdymo) elektrodą VE (1.a
ir 1.b) . Nuo
tranzistoriaus skiriasi tuo, kad turi trečią p-n tipo sandūrą.
Dažnai tiristoriaus elektronai, remiantis analogija su tranzistoriais, vadinami: kolektorius ir emiteris išoriniai p1 ir n2 sluoksniai, o sluoksnis, sujungtas su valdymo elektrodu, - baze.
Esant nedidelei nuolatinei maitinimo įtampai U ir atjungtam valdymo elektrodui, dvi išorinės sandūros S1 ir S3 yra įjungtos tiesiogine kryptimi, o vidurinė sandūra S2 atgaline, srovės nepraleidžiančia kryptimi. Kadangi sandūros S2, palyginus su išorinėmis S1 ir S3 sandūromis, varža nedidelė, tai joje veikia didžioji maitinimo įtampos dalis, ir srovė grandinėje maža.
Didinant tiristoriaus įtampą U, srovė didėja nežymiai, nes ji apribojama nedidele sandūros S2 varža (2.a kreivė Oa). Kai maitinimo įtampa pasidaro tam tikro didumo, vadinama tiesioginio pramušimo arba perjungimo įtampa Uperj, sandūros S2 sluoksnyje lauko stiprumas pasidaro pakankamas jonizacijai ir naujų krūvių nešėjų elektronų ir skylių susidarymui. Tuomet įvyksta sandūros S2 griūtinis pramušimas.tiristoriaus srovė padidėja iki Iperj perjungimo srovės, sandūros S2 įtampa staigiai sumažėja (iki maždaug 1V), nes staigiai sumažėja šios sandūros varža, t.y. ventilis atsidaro. Sandūroje S2 išskiriamas nedidelis galingumas, todėl, esant normaliai tiristoriaus įtampai, griūtinis pranašumas tiristoriaus struktūros negrįžtamai nepakeičia.
Ventilio atidarymą atitinka kreivės sritis ab. Tolesnė kreivės sritis bc analogiška normaliai silicio ventilio voltamperinei charakteristikai. Ventilis bus atidarytas tol, kol tiristoriaus srovės stiprumas bus pakankamas krūvių nešėjų susidarymo procesui sandūroje S2 palaikyti. Srovei sumažėjus iki tam tikros reikšmės Isulaik, vadinamos sulaikymo srove, tiristorius grįžta į pradinę būseną, kurioje srovės nepraleidžia.
Prijungus prie valdymo elektrodo pagalbinės baterijos teigiamą gnyptą, valdymo srove Ivald įvedami į bazės sluoksnį papildomi krūvio nešėjai elektronai. Todėl sumažėja sandūros S2 pramušimo įtampa. Juo didesnė Ivald , juo mažesnė įtampa, kurią pasiekus tiristorius atidaromas. Esant pakankamai valdymo srovei, kuri vadinama ištiesinimo srove Iišt , tiristorius dirba kaip nevaldomas ventilis [voltamperinės charakteristikos sritis Obc].
Taigi tiristorių galima pervesti iš uždaros būsenos į atvirą arba prijungus perjungimo įtampą Uperj , kuomet įvyksta griūtinis pramušimas, arba įjungus valdymo srovę Ivald , kuri bazei paduoda papildomų srovės nešėjų. Kadangi tiristoriaus atsidarymas trunka maždaug 10μs, o atidarius valdymo elektrodas nustoja veikti tiristoriaus darbą, tai jam atidaryti pakanka trumpo valdymo srovės Ivald impulso.
Prie tiristoriaus elektrodų prijungus atgalinę įtampą Uatg , jį uždaro sandūros S1 ir S2, kad ir kokia būtų valdymo elektrodo įtampa. Tuo atveju jo voltamperinė charakteristika nesiskiria nuo atitinkamos nevaldomo ventilio charakteristikos.
Valdomi triodiniai tiristoriai (trinistoriai) turi papildomą valdymo elektrodo siauros bazės B 2 išvadą VE (3.c). išorinis įtampos šaltinis jungiamas teigiamuoju poliumi prie p laidumo srities (anodo A), o neigiamuoju prie n laidumo srities (katodo K). šiuo atveju emiterinės sandūros yra atviros ir veikia injekcijos rėžimu; kolektorinei sandūrai įtampa prijungta užtvarine kryptimi, jos varža didelė, struktūra teka silpna srovė ir beveik visa šaltinio maitinimo įtampa tenka kolektorinei sandūrai. Kai taip prijungtos įtampos, prietaisas yra uždarytas.
Dinistorių (3.b) ir trinistorių (3.d) voltamperinės charakteristikos turi tiesiogines ir atgalines šakas. Tiesioginėje šakoje išskiriamos šios sritys: D stabili nelaidumo sritis kolektorinė sandūra užrašyta išorinio šaltinio įtampa; C inversinio kolektorinės sandūros pramušimo sritis; B nestabili sritis, pasižyminti didele neigiama varža; A stabili laidumo sritis
Ketursluoksniai puslaidininkiniai prietaisai tiristoriai ir tiristoriai be valdymo elektrodo, vadinami dinistoriais (4.a 4.b), dažnai naudojami kaip bekontakčiai perjungikliai. Jie turi dvi stabiles būsenas; vienoje jų prietaiso varža didelė (r ≈ ∞) grandinė nutraukta, kitoje varža maža (r ≈ 0), grandinė sujungta. Dinistoriuje yra trys sandūros: p1 n1, n1-p2 , p2-n2
Kol įtampa U-A nedidelė, dinistoriumi teka nedidelė srovė I-A. Didinant anodinę įtampą U-A, dinistoriaus srovė I-A beveik nedidėja, kol įtampa pasiekia vertę U-bo. Tuo momentu nelaidi sandūra n1-p2 elektriškai pramušama, jos varža staiga sumažėja, o srovė I-A padidėja. Šis reiškinys yra vadinamas dinistoriaus perjungimu (komutacija), o įtampa U-bo perjungimo įtampa. Perjungimo metu srovė I-A sustiprėja, padidėja įtampos kritimas apkrovos rezistoriuje R-L, dinistoriaus įtampa sumažėja. Rezistoriaus R-L varža parenkama tokia, kad grandine tekėtų srovė , ne mažesnė už I-H , palaikančią dinistorių atviroje būsenoje. Įtampos kritimas atvirame dinistoriuje paprastai yra apie 0.5-1.0 V. Mažinant varžą R-L ar didinant maitinimo įtampą, atviro dinistoriaus srovė I-A didėja. Įtampą U-A atjungus, sandūros n1-p2 dielektrinės savybės atsistato (varža padidėja) per 10-20μs.
5.a
ir 5.b Paveiksle parodyta lygiagretaus priešpriešinio dviejų tiristorių įjungimo
į sinusinės įtampos grandinę su aktyvine apkrova Ra schema. Srovės
impulsus paduodant į pirmąjį tiristorių kiekvieno periodo pradžioje (α
= 0), srovė grandinėje teka visą pusperiodį T/2. Jeigu impulsus Ivald1
paduotume tam
tikrais
laiko intervalais t1=α1/ω, tai srovė grandinėje tekėtų tik pusperiodžio
dalį nuo t1 iki T/2. Analogišką vaizdą galima gauti ir antroje šakoje, paduodant
srovės impulsus Ivald2 , kurie pusperiodžiu atsilieka nuo impulsų
Ivald1 .taigi skirtingais laiko momentais paduodant srovės impulsus
Ivald1 ir Ivald2 (esant skirtingiems
reguliavimo kampams α), galima keisti srovės tekėjimo per kiekvieną pusperiodį
trukmę, vadinasi, galima reguliuoti srovės apkrovoje efektinę reikšmę (ji nustatoma
kaip vidutinė per periodą , neužbrūkšniuoto plotelio ordinatė), nepanaudojus
jokių perjungimo įrenginių.
Pagrindiniai tiristoriaus parametrai:1) perjungimo įtampa Uperj kuriai esant tiristorius perjungiamas, kai valdymo elektrodas atjungtas; 2) liekamoji įtampa Uliek tiesioginė įtampa tarp prietaiso elektrodų, esant normaliai srovei atviroje būsenoje; 3) atgalinė srovė Iatg, esant tam tikrai atgalinei įtampai; 4) valdymo srovė Ivald mažiausia valdymo srovė, kuriai esant prietaisas pereina iš uždaros būsenos į atvirą; 5) maksimali srovė Imax didžiausia leistinoji srovė atviroje būsenoje; 6) išjungimo srovė Iišj mažiausia prietaiso srovė, kuriai esant jis dar yra įjungtas; 7) perjungimo srovė Iperj srovė atitinkanti perjungimo įtampą; 8) perjungimo laikas tperj laiko tarpas nuo atidarančio impulso padavimo iki prietaiso įtampos sumažėjimo 10% nuo pradinės; 9) išjungimo laikas tišj trumpiausia laikas, per kurį prie prietaiso turi būti prijungta atgalinė įtampa prietaisui perjungti iš atviros būsenos į uždarą.
DINISTORIŲ TIPAI |
|||||||||
PARAMETRAI |
KH102A |
KH102Б |
КН102Г |
КН102В |
КН102Г |
КН102Ж |
КН102И |
||
Tiesioginė įtampa V |
5 |
7 |
10 |
14 |
20 |
30 |
50 |
||
Įjungimo įtampa V |
20 |
28 |
40 |
56 |
80 |
120 |
150 |
||
Nuotėkio srovė μA, esant 20 o C temperatūrai |
2.5 |
Maksimali leistinoji tiesioginė srovė mA |
200 |
||||||
Atgalinė nuotėkio srovė μA, kai U-atg yra 10V |
0.5 |
Maksimali leistinoji tiesioginė impulsinė srovė A, kai T yra 10ms |
2 |
||||||
Išjungimo srovė mA, kai U-t yra 2V |
0.1 |
Maksimali leistinoji atgalinė įtampa V |
10 |
||||||
Liktinė įtampa V, kai I-t yra 200mA |
1.5 |
1. V. Kitajevas Elektronika ir pramoninės elektronikos pagrindai Vilnius Mokslas 1983
2. A. Karatkinas Elektrotechnikos pagrindai Vilnius Mokslas 1979
3. Jaunojo radisto žinynas Vilnius Mokslas 1986
4. S. Masiokas Elektrotechnika Vilnius Mokslas 1989