Чем транзистор отличается от тиристора

Чем симистор отличается от тиристора

Тиристором называется управляемый полупроводниковый переключатель, обладающий односторонней проводимостью. В открытом состоянии он ведет себя подобно диоду, а принцип управления тиристором отличается от транзистора, хотя и тот и другой имеют по три вывода и обладают способностью усиливать ток.

Выводы тиристора — это анод, катод и управляющий электрод.

Анод и катод — это электроды электронной лампы или полупроводникового диода. Их лучше запомнить по изображению диода на принципиальных электрических схемах. Представьте, что электроны выходят из катода расходящимся пучком в виде треугольника и приходят на анод, тогда вывод от вершины треугольника — катод с отрицательным зарядом, а противоположный вывод — анод с положительным зарядом.

Подав на управляющий электрод определенное напряжение относительно катода, можно перевести тиристор в проводящее состояние. А для того чтобы тиристор вновь запереть, необходимо сделать его рабочий ток меньшим, чем ток удержания данного тиристора.

Тиристор, как полупроводниковый электронный компонент, состоит из четырех слоев полупроводника (кремния) p и n-типа. На рисунке верхний вывод — это анод — область p-типа, снизу — катод — область n-типа, сбоку выведен управляющий электрод — область p-типа. К катоду присоединяется минусовая клемма источника питания, а в цепь анода включается нагрузка, питанием которой следует управлять.

Воздействуя на управляющий электрод сигналом определенной длительности, можно очень легко управлять нагрузкой в цепи переменного тока, отпирая тиристор на определенной фазе периода сетевой синусоиды, тогда закрытие тиристора будет происходить автоматически при переходе синусоидального тока через ноль. Это несложный и весьма популярный способ регулирования мощности активной нагрузки.

В соответствии с внутренним устройством тиристора, в запертом состоянии его можно представить цепочкой из трех диодов, соединенных последовательно, как показано на рисунке. Видно, что в запертом состоянии данная схема не пропустит ток ни в одном, ни в другом направлении. Теперь представим тиристор схемой замещения на транзисторах.

Видно, что достаточный базовый ток нижнего n-p-n-транзистора приведет к возрастанию его коллекторного тока, который тут же явится базовым током верхнего p-n-p-транзистора.

Верхний p-n-p-транзистор теперь отпирается, и его коллекторный ток складывается с базовым током нижнего транзистора, и тот поддерживается в открытом состоянии благодаря наличию в данной схеме положительной обратной связи. И если сейчас перестать подавать напряжение на управляющий электрод, открытое состояние все равно останется таковым.

Чтобы запереть эту цепочку, придется как-то прервать общий коллекторный ток данных транзисторов. Разные способы отключения (механические и электронные) показаны на рисунке.

Симистор, в отличие от тиристора, имеет шесть слоев кремния, и в проводящем состоянии он проводит ток не в одном, а в обоих направлениях, словно замкнутый выключатель. По схеме замещения его можно представить как два тиристора, включенных встречно-параллельно, только управляющий электрод остается один общий на двоих. А после открытия симистора, чтобы ему закрыться, полярность напряжения на рабочих выводах должна измениться на противоположную или рабочий ток должен стать меньше чем ток удержания симистора.

Если симистор установлен для управления питанием нагрузки в цепи переменного или постоянного тока, то в зависимости от текущей полярности и направления тока управляющего электрода, более предпочтительными окажутся определенные способы управления для каждой ситуации. Все возможные сочетания полярностей (на управляющем электроде и в рабочей цепи) можно представить в виде четырех квадрантов.

Стоит отметить, что квадранты 1 и 3 соответствуют обычным схемам управления мощностью активной нагрузки в цепях переменного тока, когда полярности на управляющем электроде и на электроде А2 в каждом полупериоде совпадают, в таких ситуациях управляющий электрод симистора достаточно чувствителен.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры

В современной электронике использование транзисторов в инверторах является предпочтительным, поскольку они имеют много преимуществ перед тиристорами.

Во-первых, транзисторы имеют более высокую электрическую изоляцию и низкую чувствительность к помехам, что обеспечивает более надежную работу инвертора.

Во-вторых, транзисторы имеют более высокую скорость реакции и более высокую мощность, чем тиристоры, что позволяет использовать их в более сложных и высокоэффективных системах.

Наконец, транзисторы имеют меньшую стоимость производства и легче для массового производства, чем тиристоры, что делает их более доступными для широкого круга потребителей.

В целом, транзисторы являются более эффективным и предпочтительным выбором для использования в современных инверторах, благодаря их высокой надежности, скорости реакции, мощности и доступности.

Хотя тиристоры имеют свои преимущества, они уступают транзисторам в многих важных аспектах, таких как надежность и эффективность.

Тиристоры относятся к полупроводниковым приборам структуры p-n-p-n, и принадлежат, по сути, к особому классу биполярных транзисторов, четырехслойных, трех (и более) переходных приборов с чередующейся проводимостью.

Устройство тиристора позволяет ему работать подобно диоду, то есть пропускать ток лишь в одном направлении.

И также как у полевого транзистора, у тиристора имеется управляющий электрод. При этом как диод, тиристор имеет особенность, — без инжекции неосновных рабочих носителей заряда через управляющий электрод он не перейдет в проводящее состояние, то есть не откроется.

Упрощенная модель тиристора позволяет нам понять, что управляющий электрод здесь аналогичен базе биполярного транзистора, однако имеется ограничение, которое заключается в том, что отпереть то тиристор с помощью этой базы можно, а вот запереть нельзя.

Тиристор, как и мощный полевой транзистор, конечно может коммутировать значительные токи. И в отличие от полевых транзисторов, мощности, коммутируемые тиристорами, могут исчисляться мегаваттами при высоких рабочих напряжениях. Но имеют тиристоры один серьезный недостаток — значительное время выключения.

Для того чтобы запереть тиристор, необходимо прервать или сильно уменьшить его прямой ток на достаточно продолжительное время, за которое неравновесные основные рабочие носители заряда, электронно-дырочные пары, успели бы рекомбинировать или рассосаться. Пока не прерван ток, тиристор будет оставаться в проводящем состоянии, то есть будет продолжать вести себя как диод.

Схемы коммутации переменного синусоидального тока обеспечивают тиристорам подходящий режим работы — синусоидальное напряжение смещает переход в обратном направлении, и тиристор автоматически запирается. Но для поддержания работы прибора, на управляющий электрод необходимо в каждом полупериоде подавать отпирающий управляющий импульс.

В схемах с питанием на постоянном токе прибегают к дополнительным вспомогательным схемам, функция которых — принудительно снизить анодный ток тиристора, и вернуть его в запертое состояние. А поскольку при запирании рекомбинируют носители заряда, то и скорость переключения тиристора сильно ниже, чем у мощного полевого транзистора.

Если сравнить время полного закрытия тиристора с временем полного закрытия полевого транзистора, то разница достигает тысяч раз: полевому транзистору чтобы закрыться нужно несколько наносекунд (10-100 нс), а тиристору требуется несколько микросекунд (10-100 мкс). Почувствуйте разницу.

Конечно, есть области применения тиристоров, где полевые транзисторы не выдерживают конкуренции с ними. Для тиристоров практически нет ограничений в предельно допустимой коммутируемой мощности — это их преимущество.

Тиристоры управляют мегаваттами мощности на больших электростанциях, в промышленных сварочных аппаратах они коммутируют токи в сотни ампер, а также традиционно управляют мегаваттными индукционными печами на сталелитейных заводах. Здесь полевые транзисторы никак не применимы. В импульсных же преобразователях средней мощности полевые транзисторы выигрывают.

Долгое выключение тиристора, как говорилось выше, объясняется тем, что будучи включенным, он требует для выключения снятия коллекторного напряжения, и подобно биполярному транзистору, у тиристора уходит конечное время на рекомбинацию или удаление неосновных носителей.

Проблемы, которые вызывают тиристоры в связи с этой своей особенностью, связаны прежде всего с невозможностью переключения с высокими скоростями, как это могут делать полевые транзисторы. А еще перед подачей на тиристор коллекторного напряжения, тиристор должен обязательно быть закрытым, иначе неизбежны коммутационные потери мощности, полупроводник чрезмерно при этом нагреется.

Иначе говоря, предельное dU/dt ограничивает быстродействие. График зависимости рассеиваемой мощности от тока и времени включения иллюстрирует эту проблему. Высокая температура внутри кристалла тиристора может не только вызвать ложное срабатывание, но и помешать переключению.

В резонансных инверторах на тиристорах проблема запирания решается сама собой, там выброс напряжения обратной полярности приводит к запиранию тиристора, при условии, что воздействие это достаточно длительное.

Так выявляется главное преимущество полевых транзисторов перед тиристорами. Полевые транзисторы способны работать на частотах в сотни килогерц, и управление сегодня не является проблемой.

Тиристоры же будут надежно работать на частотах до 40 килогерц, ближе к 20 килогерцам. Это значит, что если бы в современных инверторах использовались тиристоры, то аппараты на достаточно высокую мощность, скажем, на 5 киловатт, получались бы весьма громоздкими.

В этом смысле полевые транзисторы способствуют тому, что инверторы получаются более компактными за счет меньшего размера и веса сердечников силовых трансформаторов и дросселей.

Чем выше частота, тем меньшего размера требуются трансформаторы и дроссели для преобразования одной и той же мощности, это знает каждый, кто знаком со схемотехникой современных импульсных преобразователей.

Безусловно, в некоторых применениях тиристоры оказываются очень полезными, например диммеры для регулировки яркости света, работающие на сетевой частоте 50 Гц, в любом случае выгоднее изготавливать на тиристорах, они получаются дешевле, чем если бы там применялись полевые транзисторы.

А в сварочных инверторах, например, выгоднее использовать полевые транзисторы, именно в силу простоты управления переключением и высокой скорости этого переключения. Кстати, при переходе с тиристорной схемы на транзисторную, несмотря на большую стоимость последних, из приборов исключаются лишние дорогостоящие компоненты.

• Что такое монтажные схемы и где они применяются
• Полярные и неполярные конденсаторы — в чем отличие
• Цветовая маркировка проводов

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Чем отличаются диоды, транзисторы и тиристоры

Диоды, транзисторы и тиристоры — это электронные компоненты, используемые в электронных схемах для управления и преобразования электрических сигналов. Несмотря на то, что эти компоненты могут казаться схожими на первый взгляд, они имеют различные принципы работы и характеристики, которые определяют их применение в различных областях.

В этой статье мы рассмотрим основные отличия между диодами, транзисторами и тиристорами, чтобы помочь начинающим разобраться в этой теме.

Назначение диодов, транзисторов и тиристоров

Диоды, транзисторы и тиристоры — это электронные компоненты, которые широко используются в электронике и электротехнике. Они выполняют разные функции и имеют различные характеристики, что делает их важными элементами при проектировании и изготовлении электронных устройств.

Диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный ток, а также для защиты электронных устройств от обратной полярности и коротких замыканий.

Транзисторы широко применяются для усиления сигналов и коммутации электрических цепей.

Тиристоры используются для управления высокими напряжениями и токами, их можно использовать в электронных схемах регулирования скорости электродвигателей, в электронных блоках питания и других устройствах.

Устройство и принцип работы диода

Диод — это электронный прибор, который позволяет пропускать электрический ток только в одном направлении. Он состоит из двух электродов — катода и анода, и полупроводникового материала, который разделяет электроды. Полупроводник в диоде обычно изготавливается из кремния или германия.

Когда на катод подается отрицательное напряжение, а на анод — положительное, то электроны могут свободно двигаться от катода к аноду, пропуская ток через диод. Однако если на катод подается положительное напряжение, а на анод — отрицательное, то электроны не могут двигаться через диод, и ток не протекает.

Таким образом, диод выполняет функцию выпрямления тока, превращая переменный ток в постоянный, также он используется для защиты от обратного тока, например, в цепях питания электронных устройств.

В зависимости от назначения и параметров, диоды могут иметь различные формы и размеры, а также специальные свойства, например, светодиоды, которые излучают свет, или диоды-шоттки, имеющие более высокую скорость переключения.

Основные характеристики диодов

Основные характеристики диодов включают в себя параметры, определяющие их способность пропускать электрический ток и обеспечивать необходимую защиту от обратного напряжения. Некоторые из наиболее важных характеристик диодов включают:

• Прямое напряжение — это напряжение, необходимое для пропускания тока через диод в прямом направлении. Это значение может варьироваться в зависимости от типа диода и его конструкции.
• Обратное напряжение — это максимальное напряжение, которое диод может выдержать в обратном направлении без пробоя. Если это значение превышено, диод может выйти из строя.
• Максимальный ток — это максимальный ток, который может протекать через диод без повреждения его структуры.
• Скорость восстановления — это время, необходимое для восстановления диода после пропускания обратного тока.
• Емкость — это емкость p-n перехода диода. Она может влиять на быстродействие диода и его способность работать на высоких частотах.
• Мощность — это максимальная мощность, которую диод может потреблять без перегрева.
• Температурный коэффициент — это показатель изменения характеристик диода при изменении температуры окружающей среды.

Знание этих основных характеристик диодов позволяет правильно выбирать и применять их в различных электрических цепях и устройствах.

Виды диодов

Существует множество различных видов диодов, каждый из которых имеет свои особенности и применение. Вот некоторые из них:

• Кремниевые диоды: наиболее распространенный тип диодов, используемый в электронике. Они имеют низкое сопротивление при прямом напряжении и высокое сопротивление при обратном напряжении.
• Д иодыШоттки: это быстродействующие диоды, которые имеют низкий пороговый уровень напряжения. Они используются в высокочастотных схемах, где быстрый переход между проводящим и непроводящим состояниями является критически важным.
• Светодиоды: это диоды, которые излучают свет, когда пропускают ток. Они используются в индикаторах и источниках света.
• Диоды Зенера (стабилитроны): это два диода, соединенных общим электродом. Они используются для создания стабилизированного напряжения и сглаживания пульсаций в блоках питания.
• Туннельные диоды: это диоды, которые имеют отрицательное сопротивление при прямом напряжении. Они используются в схемах генерации высокочастотных сигналов и устройствах генерации широкополосных сигналов.
• Варикапы: это диоды с изменяемой ёмкостью, которые используются в схемах настройки частоты, детекторах частоты и тюнерных схемах.

Кроме перечисленных, существуют еще множество других видов диодов, которые используются в различных областях электроники.

Устройство и принцип работы транзистора

Транзистор — это электронное устройство, которое используется для управления электрическим током в электронных схемах.

Транзисторы имеют три вывода: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C). Транзисторы могут работать как ключи или усилители.

Устройство транзистора может быть различным в зависимости от типа транзистора, но общие элементы включают полупроводниковые материалы, такие как кремний или германий, и примеси, добавленные для создания p-n перехода. Эти элементы образуют два pn-перехода внутри транзистора: база-эмиттерный переход и база-коллекторный переход.

Принцип работы транзистора основан на изменении проводимости материала полупроводника под воздействием внешнего электрического поля.

В транзисторе ток через базу управляет током в коллекторе, что делает его устройством усиления сигнала. Когда на базу подается положительное напряжение, ток начинает течь через базу в эмиттер и далее в коллектор. Если на базу подается отрицательное напряжение, ток не протекает и транзистор находится в выключенном состоянии.

Существует два основных типа транзисторов: биполярный транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET). BJТ использует два pn-перехода, в то время как FET использует только один. Оба типа транзисторов широко используются в электронике и имеют свои особенности в работе и применении.

Основные характеристики транзисторов

Основные характеристики транзисторов включают в себя:

• Ток коллектора — это ток, который протекает через коллектор транзистора во время работы.
• Ток базы — это ток, который подается на базу транзистора и управляет током коллектора.
• Напряжение коллектор-эмиттер — это напряжение между коллектором и эмиттером транзистора во время работы.
• Напряжение база-эмиттер — это напряжение между базой и эмиттером транзистора во время работы.
• Усиление тока — это отношение тока коллектора к току базы транзистора.
• Максимальная мощность — это максимальная мощность, которую может выдерживать транзистор без повреждения.
• Максимальная рабочая температура — это максимальная температура, при которой транзистор может работать без повреждения.
• Скорость переключения — это время, необходимое для переключения транзистора из одного состояния в другое.

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов, которые отличаются своей конструкцией и областью применения:

• Биполярные транзисторы – самые распространенные транзисторы. Они имеют три вывода – эмиттер, базу и коллектор. Б иполярные транзисторы могут быть p-n-p или n-p-n типа и работают на принципе переноса носителей заряда.
• Полевые транзисторы – имеют также три вывода: исток, затвор и сток. Они работают на основе создания электрического поля в полупроводнике.
• IGBT транзисторы – объединяют в себе преимущества биполярных и полевых транзисторов . Они имеют четыре вывода, работают на больших напряжениях и токах и часто используются в системах управления электроприводами.
• Дарлингтоновы транзисторы – являются комбинацией двух биполярных транзисторов и имеют больший коэффициент усиления по сравнению с обычным биполярным транзистором .
• Транзисторы Шоттки – работают на основе формирования барьера Шоттки на границе двух материалов и имеют меньшее время переключения, чем обычные биполярные транзисторы .
• МОП-транзисторы (MOSFET) – являются разновидностью полевых транзисторов и используются в интегральных схемах. Они имеют очень высокое входное сопротивление и малую потребляемую мощность.

Каждый вид транзистора имеет свои уникальные особенности, что позволяет выбрать подходящий для конкретной задачи транзистор.

Устройство и принцип работы тиристора

Тиристор — это электронный прибор, который используется для управления электрическими цепями высокого напряжения и тока. Он представляет собой симметричный тиристорный ключ, который может быть управляемым или неуправляемым.

Т иристор состоит из трех слоев полупроводникового материала: p-n-p-n. Каждый слой имеет свою зону диффузии, которая определяет его электрические свойства. В центре тиристора находится катод, а на обоих концах находятся аноды.

Принцип работы тиристора заключается в том, что он является управляемым двухсторонним выпрямителем, который может быть переключен в режим проводимости путем подачи на его управляющий электрод импульса тока.

При наличии тока на управляющем электроде тиристор включается, что позволяет току протекать в обе стороны между анодом и катодом. Когда ток падает до определенного уровня, тиристор автоматически выключается.

Тиристоры используются в широком диапазоне приложений, таких как регулирование скорости двигателей, управление светом, управление электропитанием, а также в схемах управления мощными электрическими нагрузками, такими как электрические двигатели и сварочные аппараты.

Основные характеристики тиристоров

Основными характеристиками тиристоров являются:

• Напряжение переноса: это максимальное обратное напряжение, которое тиристор может выдержать без пробоя. Оно определяет, какое напряжение может быть подано на тиристор, не повредив его.
• Ток удержания: это минимальный ток, необходимый для удержания тиристора в открытом состоянии после его включения. Если ток опустится ниже этого уровня, тиристор закроется.
• Ток пробоя: это максимальный ток, который может протекать через тиристор при пробое. Эта характеристика определяет, какой ток может пройти через тиристор без его повреждения.
• Скорость переключения: это время, за которое тиристор переключается из открытого состояния в закрытое и наоборот. Чем меньше это время, тем быстрее тиристор может переключаться, что важно для его применения в схемах управления электродвигателями, светодиодами и другими устройствами.
• Мощность: это максимальная мощность, которую тиристор может выдерживать без перегрева или повреждения.
• Рабочая температура: это температура, при которой тиристор может работать в течение продолжительного времени без перегрева.

Виды тиристоров

Существует несколько видов тиристоров, которые отличаются своими характеристиками и областями применения:

• Кремниевый тиристор (СТГ, SCR) — самый распространенный тип тиристора. Он имеет высокую надежность, большую мощность и низкую цену. Кремниевый тиристор может переключаться с малой задержкой и обеспечивает высокую эффективность.
• Тиристор с обратным включением (GTO) — это тиристор, который может переключаться в обратном направлении. Он используется в высоковольтных приложениях, таких как электрические локомотивы и силовые станции.
• Тиристор с положительным температурным коэффициентом сопротивления (PCT) — этот тип тиристора имеет особенность, что его сопротивление увеличивается при повышении температуры. Это позволяет ему быть более устойчивым к перегрузкам и предотвращать возможные повреждения при перегрузке.

Выбор конкретного типа тиристора зависит от требуемых характеристик и условий эксплуатации.

Сравнение диодов, транзисторов и тиристоров

Диоды, транзисторы и тиристоры — это полупроводниковые элементы, которые широко используются в электронике и электротехнике. Они имеют различные свойства и характеристики, которые позволяют использовать их для разных целей.

Диоды и транзисторы

Основное различие между диодом, транзистором и тиристором заключается в их способности управлять потоком электрического тока.

Диод является устройством с одним p-n переходом, который позволяет току протекать только в одном направлении, транзистор — устройство с тремя зонами, которые могут быть использованы для управления током, а тиристор — устройство, которое может удерживать ток до тех пор, пока не будет подан импульс для его открытия.

Другое важное различие между этими элементами — это их характеристики и возможности применения в электронных схемах.

Диоды могут использоваться для выпрямления переменного тока, защиты от обратного тока, стабилизации напряжения и других приложений. Транзисторы могут быть использованы для усиления, переключения и стабилизации тока и напряжения. Тиристоры наиболее часто используются в качестве ключевых элементов для управления высокими напряжениями и мощностями в устройствах управления электропитанием.

Кроме того, транзисторы и тиристоры могут иметь различные конструкции, такие как биполярные транзисторы (BJT), полевые транзисторы (FET), тиратроны, симисторы и другие, которые предназначены для разных целей и имеют различные характеристики.

Таким образом, основные различия между диодами, транзисторами и тиристорами заключаются в их способности управлять током, конструкции и возможности применения в различных электронных схемах. При выборе элемента необходимо учитывать его характеристики и соответствие требованиям конкретной схемы.

Применение в электронных схемах диодов, транзисторов и тиристоров

Диоды, транзисторы и тиристоры являются основными полупроводниковыми элементами в электронных схемах. Каждый из этих элементов имеет свои уникальные свойства и особенности применения.

Диоды широко используются в электронных схемах для выпрямления переменного тока, защиты от обратной полярности, стабилизации напряжения, генерации сигналов и многих других задач. Также диоды используются в оптоэлектронике для преобразования световых сигналов в электрические и наоборот.

Транзисторы используются в электронных схемах как усилители, ключи, стабилизаторы, генераторы и многих других задач. Транзисторы могут быть использованы в цифровых схемах, где они выполняют функции логических элементов, таких как инверторы, и, или, не и др.

Тиристоры применяются в электронных схемах для управления большими токами и высокими напряжениями. Они используются как коммутационные устройства, включая регулирование мощности, прерывание цепи и защиту от перенапряжения. Тиристоры также используются в системах управления двигателями, сварочных аппаратах, источниках бесперебойного питания и других электронных устройствах.

Кроме того, диоды, транзисторы и тиристоры могут использоваться вместе в одной схеме для решения различных задач. Например, транзистор может использоваться для управления током, а диод для защиты от обратной полярности. Также тиристор может использоваться вместе с диодом для реализации защиты от перенапряжения в электронных схемах.

Таким образом, диоды, транзисторы и тиристоры являются важными элементами в электронных схемах, каждый из которых имеет свои уникальные особенности применения в зависимости от требуемой задачи.

В заключение можно сказать, что диоды, транзисторы и тиристоры являются основными элементами полупроводниковой электроники и находят широкое применение в различных электронных устройствах.

Диоды используются для выпрямления переменного тока, защиты от обратной полярности, стабилизации напряжения, формирования сигналов и др. Транзисторы служат для усиления, коммутации, модуляции сигнала и др. Тиристоры применяются для управления мощными нагрузками, усилителях мощности, стабилизаторах, диммерах и т.д.

Каждый из этих элементов имеет свои уникальные свойства и особенности, которые позволяют решать различные задачи в электронике. Осознание принципов работы и применения диодов, транзисторов и тиристоров может помочь в создании более сложных электронных устройств и повышении эффективности их работы.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

В чем отличие тиристора от транзистора

Транзисторы и тиристоры — это электронные устройства, изготовленные на базе монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния), в которых сформирован определённый набор p—n-переходов. Транзисторы являются универсальными элементами современной электроники, позволяющими осуществлять генерацию, усиление, коммутацию и трансформацию электрических сигналов. Основная сфера применения тиристоров — использование в качестве ключевого (переключающего) элемента в схемах коммутации электросигналов. Отличие полупроводникового тиристора от транзистора обусловлено количеством и конфигурацией p—n-переходов, из которых состоят данные устройства.

Структура и принцип действия транзистора

В полупроводниковой электронике различают два вида транзисторов — биполярные и полевые. В рамках данной статьи рассмотрим разницу биполярного транзистора и тиристора. На рисунке схематично показана структура p—n—p-транзистора, состоящего из двух p—n-переходов, и его условное обозначение на электрических схемах. Устройство имеет три электрода: эмиттер (Э), коллектор (К) и базу (Б).

Аналогичную структуру имеет биполярный n—p—n-транзистор, в котором электрод базы соединён с p-слоем полупроводника, обладающего дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — с n-слоями, имеющими электронную проводимость. Два встречных p—n-перехода способны работать как в ключевом режиме, так и в режиме усилителя, когда электроток малой величины, поданный на базу, возрастает в 10 2 -10 3 раз. База играет роль управляющего электрода.

Структура и принцип действия тиристора

На рисунке ниже схематично показана структура полупроводникового p—n—p—n-тиристора, состоящего из трёх p—n-переходов, а также его условное обозначение (слева) на электрических схемах.

Как и транзистор, тиристор имеет три электрода: катод, анод и управляющий (затвор). Структура устройства состоит, как минимум, из четырёх слоёв легированного полупроводника с чередующимися типами проводимости p и n. Работа тиристора может быть реализована комбинацией двух транзисторов, но это более громоздкий с точки зрения схемотехники вариант.

Принцип работы тиристора такой же, как у диода. Протекание тока возможно только в одном направлении — от анода к катоду (состояние «открыто»). Возврат в состояние «закрыто» происходит в двух случаях:

• Отключение нагрузки.
• Уменьшение рабочего тока ниже уровня тока удержания I_уд (минимальная величина тока, возникающая при открытии).

Включение тиристора происходит при подаче на управляющий электрод (УЭ) небольшого кратковременного сигнала. То есть, открывание (включение) тиристора происходит при подаче напряжения на управляющий электрод, а закрывание (выключение) — с помощью снижения тока анод-катод. УЭ аналогичен базе транзистора, но отличие заключается в том, что открыть тиристор с помощью УЭ можно, а закрыть нельзя.

Таким образом, тиристор может быть или полностью в открытом состоянии, или полностью в закрытом. Отсюда следует основное предназначение тиристоров в качестве электронного ключа, выполняющего функцию включения (замыкания) и выключения (размыкания) электрических цепей.

Основные отличия

Несмотря на структурную схожесть, транзистор и тиристор существенно отличаются друг от друга:

• Транзисторы состоят из трёх полупроводниковых p и n слоёв, а тиристоры, как минимум, из четырёх.
• У транзистора присутствует два p—n-перехода, а у тиристора не менее трёх.
• Имеется существенное различие вольт-амперных характеристик.
• Транзистор может работать в линейном режиме, то есть, в режиме усиления поданного на него сигнала. Тиристор — это фактически переключатель, имеющий два состояния — «включен» или «выключен».
• Тиристор относится к классу устройств с внутренней положительной обратной связью, которая является следствием его внутренней структуры. В транзисторе внутренняя связь отсутствует.
• Транзистор используется чаще в цепях постоянного и переменного тока, а тиристор в основном в цепях переменного тока.

Заключение

Биполярный транзистор отличается от тиристора, прежде всего, структурными особенностями, связанными с разным количеством p—n-переходов в составе устройств. Свойства тиристора используются в схемах коммутации и управления электрическими приборами в широком диапазоне мощностей. На базе физических характеристик транзисторов создаются дискретные устройства усиления, генерации, коммутации, а также интегральные схемы.