Тиристор симистор динистор что это такое

7. Динисторы, тиристоры, симисторы. Параметры. Вах. Область применения

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт-закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n . Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

Симиcmop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закрытом состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напротив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время симистор подобен замкнутому выключателю.

Параметры тиристоров:

1. Напряжение включения (Uвкл) – это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние.

2. Повторяющееся импульсное обратное напряжение (Uобр.max) – это напряжение, при котором наступает электрический пробой. Для большинства тиристоров Uвкл.= Uобр.max

3. Максимально допустимый прямой, средний за период ток.

4. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре (Uпр.= 0,5÷1 В)

5. Обратный максимальный ток – это ток, обусловленный движением неосновных носителей при приложении напряжения обратной полярности.

6. Ток удержания – это анодный ток, при котором тиристор закрывается

7. Время отключения — это время в течение которого закрывается тиристор.

8. Предельная скорость нарастания анодного тока, если анодный ток будет быстро нарастать, то p-n переходы будут загружаться током неравномерно, вследствие чего будет происходить местный перегрев и тепловой пробой .

9. Предельная скорость нарастания анодного напряжения Если предельная скорость нарастания анодного напряжения будет больше паспортной, тиристор может самопроизвольно открыться от электромагнитной помехи.

10. Управляющий ток отпирания – это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

11. Управляющее напряжение отпирания — это напряжение, которое необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена».

Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением.

параметры динистора:

1. Напряжение включения (Uвкл) – это такое напряжение, при котором тиристор переходит в открытое состояние (от 10 до 2500В).;

2. Прямое падение напряжения на открытом тиристоре (Uпp = 0,5÷1В).Ток включения Iвкл;

3. Ток удержания – это анодный ток, при котором тиристор закрывается Іудерж;

4. Время отключения – это время, в течение которого закрывается тиристор Iоткл.;

5. Максимально допустимая скорость нарастания прямого напряжения (dU/dt)max;

6. Максимально допустимая скорость нарастания прямого тока (dI/dt)max;

7. Время включения t вкл;

8. Время задержки tз;

9. Управляющий ток отпирания – это ток, который необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена» І у вип;

10. Управляющее напряжение отпирания – это напряжение, которое необходимо подать, чтобы тиристор открылся без «колена» U у вип.

11. Обратный максимальный ток – это ток, обусловленный движением неосновных носителей при приложении напряжения обратной полярности;

12. Максимально допустимый прямой, средний за период ток.

Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений.

параметры симисторов:

Сразу заметим, что все характеристики симисторов сильно зависят от рабочей температуры p-n-p-n-структуры. Как правило, указываются два значения – при температуре 25-30 °С и на верхнем пределе рабочего диапазона. Значения параметров в промежуточных точках вычисляют по линейному закону. Для симисторных блоков производства КонтрАвт указываются значения параметров для 30 °С и 50 °С.

Сильное тепловыделение вызвано тем, что на полностью открытом симисторе в рабочем диапазоне всегда сохраняется падение напряжения около 1-2 В, независимо от тока нагрузки. На рис. 3 оно соответствует величине Uос. Таким образом, симистор всегда должен рассеивать мощность в окружающую среду. Как уже отмечалось, при токе нагрузки 40 А симистор должен рассеивать порядка 60-80 Вт, оставаясь при этом в рабочем диапазоне температур. Поэтому симистор, в отличие от реле и других электромеханических коммутационных устройств, немыслим без радиатора, тем большего, чем большую мощность он коммутирует.

Симисторы нашли широкое применение в устройствах регулирования скорости вращения электродвигателей, в системах освещения, в электронагревателях, в преобразовательных установках.

ВАХ Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольт-амперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности ), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса. Характерные примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, динистор, стабилитрон. Для трехполюсных элементов (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента.

Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства реальная зависимость напряжения от времени может пробегать по траекториям, весьма далеким от «идеальной» ВАХ. Чаще всего это связано с емкостью или другими инертными свойствами элемента.

Тиристор симистор динистор что это такое

Тиристоры – определение, виды, условное обозначение и принцип работы

Тиристор – силовой полупроводниковый прибор с частичным управлением, имеющий два устойчивых состояния – закрытое (не проводит ток) и открытое (проводит ток). Частичное управление заключается в том, что управляющий импульс переводит тиристор в проводящее состояние, а закрывается он только при уменьшении тока в силовой цепи ниже некоторого значения. Иными словами тиристор можно включить, но нельзя выключить. Переход тиристора в проводящее состояние происходит лавинообразно: он имеет S-образную вольтамперную характеристику с областью отрицательного дифференциального сопротивления, схожей по форме с областью пробоя для газоразрядных приборов. Как и во всех лавинообразных процессах в коммутации тиристора присутствует положительная обратная связь (как петля удавка – чем сильнее тянешь – тем сильнее затягивается).

По структуре тиристоры делятся на:

— тиристоры — однополярные приборы с одним управляющим электродом с управлением относительно катода или относительно анода;

— симисторы (двунаправленные приборы с одним управляющим электродом (управление осуществляется относительно одного из электродов);

— динисторы — одно- или двунаправленные неуправляемые приборы двухвыводные приборы переходящие в проводящее состояние после превышения приложенного напряжения определенной величины (двуполярный динистор называется диак).

Внутренняя структура тиристоров описана в [Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. Лань. 2002. 479 с.].

Условное обозначение тиристоров различной структуры представлено на рисунке VS.1.

Механизм возникновения положительной обратной связи следует из эквивалентной схемы тиристора (рисунок VS.2).

Структура тиристора такова, что ток коллектора одного транзистора является током базы другого. При этом реализуется принцип «удавки» — с подачей напряжения на управляющий электрод появляется ток в цепи база-эмиттер нижнего n-p-n транзистора. При этом начинает протекать ток в цепи коллектора величина которого больше тока управления в h_FE1 раз (коэффициент усиления по току нижнего транзистора). Этот усиленный ток в свою очередь протекает по цепи эмиттер-база верхнего транзистора в цепи коллектора которого начинает протекать ток усиленный еще в h_FE2 раз (коэффициент усиления по току верхнего транзистора). Таким образом, к току управления «втекающего» в цепь базы нижнего транзистора добавляется еще дополнительное «эхо» — начальный ток усиленный в h_FE1· h_FE2 раз который тоже усиливается. Это несколько упрощенное «пошаговое» описание процесса, в реальности процесс лавинообразного усиления тока протекает непрерывно до тех пор, пока ток через структуру не станет равным току внешней цепи. Все выглядит очень красиво. Но есть одна проблема – включить тиристор с помощью цепи управления можно. Выключить нельзя. По крайней мере, обычный тиристор. Выключают тиристор, прерывая внешний ток. Это легко реализуется в цепях переменного тока, в которых направление протекающего тока регулярно сменяется от периода к периоду. И реализуется сложно в условиях постоянного тока. Об этом написаны многочисленные книги, однако в современных условиях это теряет свою актуальность поскольку в области средних мощностей бал уже правят IGBT-транзисторы, а в области высоких мощностей (и напряжений) – запираемые тиристоры.

Вольт-амперная характеристика тиристора

Вольт-амперная характеристика тиристора изображена на рисунке VS.3. Видно, что при отсутствии управляющего тока при увеличении напряжения на тиристоре он остается выключенным и через него протекает только ток утечки I_D. При наличии управляющего тока I_GTпроисходит переход тиристора в проводящее состояние. При этом, чем больше управляющий ток I_GT, тем при меньшем напряжении катод-анод происходит включение транзистора. Включение тиристора приводит к резкому росту току через него и уменьшению напряжения на нем. С уменьшением тока через тиристор при отсутствии управляющего сигнала ток через тиристор прекращается после снижения тока ниже тока удержания тиристора I_H (Holding current). С уменьшением тока через тиристор при наличии управляющего сигнала ток через тиристор прекращается после снижения тока до более низкого уровня — ниже тока фиксации тиристора I_L (Latching current). Вольт-амперная характеристика включения и выключения тиристора имеет S-образную форму. При приложении обратного напряжения к тиристору (обратная ветвь ВАХ) напряжение пробоя V_Z уменьшается с увеличением тока управления.

Области применения тиристоров

Типовыми областями применения тиристора являются:

— регуляторы мощности (переменного тока);

— коммутаторы в сетях переменного тока (электронный ключ);

— преобразователи (сравнительно низкочастотные – не более 10-20 кГц);

Параметры тиристора

1. Максимальное на выключенном тиристоре V_DRM (Repetitive peak off-state voltages) – максимальное (импульсное) напряжение между катодом и анодом тиристора.

2. Среднеквадратичное значение тока I_T(RMS) (RMS on-state current) – максимальное среднеквадратичное значение постоянно протекающего тока через тиристор.

3. Максимальный однократный пиковый ток I_TSM (Non-repetitive peak on-state current) – максимальное значение пикового однократного тока через тиристор.

4. Параметр энергии защитных цепей I 2 t – (I 2 t for fusing) – параметр I 2 t для выбора плавких вставок предохранительных цепей.

5. Скорость роста тока после коммутации dI_T/dt – (Repetitive rate of rise of on-state currentafter triggering) – номинальное (точнее максимальное, поскольку быстрее не откроется) значение скорости роста тока через тиристор после коммутации.

6. Максимальный импульсный ток управляющего электрода I_GM (Peak gate current) – максимальный импульсный ток через управляющий электрод тиристора.

7. Максимальное управляющее напряжение V_GM (Peak gate voltage) – максимальное импульсное напряжение между управляющим электродом и катодом тиристора (иногда анодом, если управление относительно анода).

8. Максимальное пиковое значение мощности управления P_GM (Peak gate power) – максимальная импульсная мощность управления тиристором.

9. Максимальное значение средней мощности управления P_G(AV) (Average gate power) – максимальная рассеиваемая средняя мощность управления тиристором.

10. Максимальная температура кристалла T_j (Operating junction temperature) – максимальная рабочая температура кристалла тиристора.

11. Ток включения тиристора I_GT (Gate trigger current) – пороговое величина тока через управляющий электрод при котором происходит включение тиристора.

12. Ток фиксации тиристора при наличии управляющего сигнала I_L (Latching current) – минимальная величина тока через катод и анод тиристора при которой тиристор еще остается в проводящем состоянии при наличии сигнала на управляющем электроде тиристора. Если ток становится меньше данной величины, то тиристор переходит в непроводящее состояние.

13. Ток удержания тиристора при отсутствии управляющего сигнала I_H (Holding current) – минимальная величина тока через катод и анод тиристора при которой тиристор еще остается в проводящем состоянии при отсутствии сигнала на управляющем электроде тиристора. Если ток становится меньше данной величины, то тиристор переходит в непроводящее состояние.

14. Падения напряжения на тиристоре V_T (On-state voltage) — величина падения напряжения на тиристоре во включенном состоянии. Обычно указывается при конкретном значении тока через ключ.

15. Прямой ток утечки I_D (Off-state leakage current) – ток утечки через закрытый тиристор при прямом напряжении – рабочая ветвь.

16. Обратный ток утечки I_R (Reverse leakage current) – ток утечки через закрытый тиристор при обратном напряжении.

17. Максимально допустимая скорость нарастания напряжения на тиристоре dV_D/dt (Critical rate of rise of off-state voltage) – пороговая скорость нарастания напряжения между катодом и анодом тиристора, выше которой происходит переход (самопроизвольный) тиристора в проводящее состояние.

18. Время задержки включения t_gt (Gate controlled turn-on time) – время задержки включения тиристора после подачи импульса управления.

19. Время задержки выключения t_g (Circuit commutated turn-off mode) – время задержки выключения тиристора при управлении с помощью внешней цепи.

Полупроводниковые тиристоры

В электронике тиристорами называют изготовленные на основе монокристаллов полупроводниковые приборы, которые имеют четырехслойную p — n — p — n структуру. В них наличествует три последовательных p — n перехода, которые характеризуются двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым в обратном направлении и открытым в прямом.

Диодным тиристором (или динистором) называют такую разновидность этого полупроводникового прибора, который имеет выводы только от крайних слоев. Такой прибор, у которого еще есть дополнительный вывод от одного из средних слоев, называется тринистором (или триодным тиристором).

Двухэлектродные тиристоры ( динисторы )

Динистором (или диодным тиристором) в электронике принято именовать неуправляемый тиристор, у которого наличествует только два выхода. Один из них называется анодом (это крайняя p -область), а второй – катодом (это крайняя n -область).

Двухэлектродный тиристор ( динистор )

В тех случаях, когда на анод динистора от источника напряжения подается «минус», а на катод, соответственно, «плюс», то через него протекает совсем небольшой обратный ток. Это происходит потому, что при таком подключении крайние p — n -переходы оказываются включенными не в прямом, а в обратном направлении.

Если полярность подключения внешнего источника изменяется на обратную, то в прямом направлении включаются переходы 1 и 3 , а переход 2 , расположенный между ними – в направлении обратном. Что касается такого показателя, как сопротивление между катодом динистора и его анодом, то оно при этом также достаточно велико. Это приводит к тому, что через прибор протекает ток I _зкр , имеющий небольшое значение. Его измеряют при напряжении U _{пр.зкр.макс} , то есть максимально допустимым тогда, когда тиристор находится в закрытом положении.

В тех случаях, когда происходит дальнейшее увеличение прямого напряжения, обратное напряжение, имеющееся на среднем p — n переходе, падает. Как следствие, растет проходящий через динистор прямой ток. Когда прямое напряжение достигает некоторого значения, называющегося напряжением включения ( U _вкл ), происходит открытие среднего перехода. Вследствие этого сопротивление между катодом и анодом падает достаточно серьезно и составляет всего несколько десятых долей Ом. В таких случаях говорят, что динистор находится в открытом состоянии, и при этом падение напряжения на нем составляет только около 1 — 2 В. Следует заметить, что оно очень незначительно зависит от величины того тока, который протекает через этот полупроводниковый прибор. Чаще всего в справочниках указывается только то значение напряжения открытого динистора U _откр , которое возникает тогда, когда через него протекает максимально допустимый постоянный ток I _{откр. макс.} .

Для того чтобы привести динистор в открытое состояние требуется такое напряжение его включения, которое составляет несколько сотен вольт. До тех пор, пока через этот прибор протекает ток, величина которого не меньше, чем ток удержания I _уд. , он находится в открытом состоянии. Чтобы перевести его в состояние закрытое, надо или произвести полное отключение, или хотя бы уменьшить напряжение внешнего источника до величины 1 В .

Трехэлектродные тиристоры ( тринисторы )

От динистра тринистор с точки зрения своей конструкции отличается только тем, что у него есть еще один, третий вывод, который выведен от одной из средних областей. Он является управляющим, и именно благодаря его наличию прибор можно открывать даже тогда, когда значение напряжения меньше, чем U _вкл. и даже U _{пр.зкр.макс.} . Чтобы это сделать, нужно всего лишь пропустить открывающий ток I _у.от. через управляющий электрод. Чем большее значение этого тока, тем меньше величина напряжения U _вкл. , при котором тринистор отпирается.

Трехэлектродный тиристор ( тринистор )

Если в качестве нагрузки в анодную цепь тринистора включено активное сопротивление (лампа накаливания, резистор, паяльник и т.п.), то следующий от анода к катоду основной ток растет очень быстро, практически мгновенно. Для того чтобы открыть тринистор, достаточно подать на управляющий электрод очень короткий импульс (несколько микросекунд). Стоит отметить, что положительный импульс подаётся если управляющий электрод присоединен к р -базе, а отрицательный импульс если соединение планируется с n -базой.

Чтобы перевести тринистор в закрытое состояние из состояния открытого, то нужно всего лишь значение основного тока сделать меньше, чем I _уд. . Чаще всего в цепях, где протекает постоянный ток, это делается краткосрочным пропусканием через прибор обратного тока (его значение должно быть больше, чем значение тока основного). Чтобы это сделать, применяют специализированное коммутационное устройство.

Те тринисторы, которые функционируют в цепях переменного тока, автоматически запираются тогда, когда полуволна основного тока завершается. Именно этим объясняется то обстоятельство, что тринисторы весьма широко используются для того, чтобы управлять электродвигателями переменного тока, в импульсных схемах, инверторах, выпрямителях, различных устройствах автоматики и т.п.

Что касается значений напряжения и тока цепи управления, то они совсем невелики, а вот значение основного тока порой достигает сотен ампер, а основного напряжения – нескольких тысяч вольт. По этой причине у тринисторов такой показатель, как коэффициент усиления по мощности, может достигать 10 4 – 10 5 .

Симметричные тиристоры ( симисторы )

И динисторы, и тринисторы отличаются тем, что способны пропускать основной рабочий ток только в одном направлении. Если по каким-либо причинам это естественно ограничение необходимо обойти, то применяется два тиристора, которые включаются по встречно-параллельной схеме. Есть, однако, и более простое решение, заключающееся в том, что используются полупроводниковые ключи вида p — n — p — n — p , то есть двусторонние.

Симметричный тиристор ( симистор )

Их в электронике принято именовать симисторами, симметричными тиристорами или триаками. Полупроводниковая структура этих приборов – пятислойная, на обратной и прямой ветвях вольтамперной характеристики они обладают отрицательным сопротивлением. Для того чтобы открыть симистор, надо на управляющий электрод подать соответствующий сигнал, а чтобы закрыть – изменить полярность подключения или между силовыми электродами снять разность потенциалов.

Тиристоры для чайников

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

• полупроводниковые приборы
• электроника для начинающих
• электроника
• тиристор