Тиристоры. Устройство. Принцип действия характеристики. Типы тиристоров

Основу тиристора представляет многослойная структура с чередующимися слоями p и n -проводимости. Для анализа работы тиристора к аноду подключается плюс источника питания, к катоду –минус. В цепи установлено сопротивление R _а для ограничения тока. Цепь управления подключается к одному из внутренних слоев. При этом управление будет разной полярности. Возможны тиристоры без цепи управления. В схеме это соответствует разомкнутому ключу S. Они называются динисторы. Процессы в динисторе происходят следующим образом. В переходах 1 и 3 внешнее напряжение соответствует прямому включению, в переходе 2—обратному включению. Ток через тиристор является током обратно смещенного перехода 2, вызванным перемещением неосновных носителей заряда. Почти все внешнее напряжение приложено к этому переходу, ток почти не растет с ростом напряжения U_a (участок 1 на ВАХ тиристора при U_упр=0). При дальнейшем возрастании напряжения происходит лавинный пробой перехода 2. Сопротивление тиристора (динистора) почти равно нулю, напряжение падает на сопротивлении R _а (участок 2, показан штриховой линией). При дальнейшем повышении напряжения (участок 3) ток растет почти линейно (I _а = поскольку прямое напряжение на тиристоре не превышает 0,8…1,5 В). Для участка 2 характерна неустойчивая работа, т.к. для поддержания лавинообразования необходим ток, больший некоторого значения I _уд (ток удержания). Величина тока удержания не превышает 1% от анодного тока. Динисторы применяются в автоматике как ключевые элементы или приборы экстремального действия с включением анодной цепи.

Работа в качестве управляемого вентиля (тринистора) происходит при использовании управляющего электрода, с помощью которого понижается потенциальный барьер обратносмещенного перехода 2.Управляющий электрод можно присоединить либо к p -участку, либо к n -участку (полярности должны быть разными). Меняя напряжение на управляющем электроде, можно в широких пределах изменять напряжение переключения. При некотором токе управления (обычно не более 300мА) ВАХ работает на прямом участке от нуля до участка 3. На этом основано фазовое управление: при определенной фазе с управляющего электрода подается импульс тока, тиристор открывается и находится в открытом состоянии до тех пор, пока ток не упадет до тока I _уд.

При подаче обратного напряжения переход 2 работает в прямом направлении, переходы 1 и 3—в обратном. Так как управления по переходам 1 и 3 нет, тиристор не пропускает тока обратного напряжения.

Для получения симметричных характеристик (симисторы) применяют пятислойные структуры.

Промышленностью выпускается множество типов широкого и специального назначения (до тысяч А и нескольких тыс. В)

Выпускаются как в металлических, так и в пластмассовых корпусах. Тиристоры малой мощности (до 10А) используют в ИП, бытовой аппаратуре, устройствах защиты, автоматике.

Быстродействующие (время выключения до 50 мкс),

высокочастотные (до 20 кГц),

импульсные (со скоростью нарастания тока до 1000  ).

Фототиристоры - тиристоры, включаемые световым потоком. Для этого в корпус встроено прозрачное окно, через которое световой поток может воздействовать на управляемый p - n - переход. Удобно их использовать путем освещения лучом лазера.

Оптронные тиристоры - управление с помощью оптрона. Отсутствие гальванической связи между цепью управления и силовой цепью позволяет увеличить надежность, использовать интегральные схемы и проч.

Двухоперационные (запираемые) тиристоры позволяют разрывать анодный ток путем подачи на управляемый электрод импульса обратной полярности. Их применение ограничено энергетическими показателями: низкий КПД, повышенное прямое падение напряжения, большая величина тока выключения, усложнение схем управления.

Тиристоры —пятислойная структура, с четырьмя переходами, которую можно считать комбинацией двух тиристоров, включенных встречно-параллельно, но управляемых только по одному электроду. Это определяет выгодность использования их в цепях переменного тока. Графические обозначения тиристоров: а—динистор, б—тринистор с управлением по аноду, в—тринистор с управлением по катоду, г—симметричныйдинистор, д—симметричный тринистор.

Термирезисторы.

Сопротивление  терморезисторов существенно зависит от температуры. Температура может изменяться как окружающей средой, так и током, проходящим через терморезистор. Терморезисторы подразделяются на термисторы (сопротивление уменьшается с увеличением температуры) и позисторы (сопротивление увеличивается с увеличением температуры). Материалом для них служат полупроводники. Уменьшение сопротивления термисторов объясняется увеличением концентрации носителей заряда за счет ионизации примесных и собственных атомов при увеличении температурыи увеличением их подвижности.

Позисторы изготавливают из монокристаллических полупроводников. При увеличении температуры увеличиваются колебания атомов кристаллической решетки, а подвижность носителей заряда уменьшается.

 Конструктивно терморезисторы изготавливаются в виде стержней, цилиндров, дисков, пластин, бусинок. Для защиты от атмосферных воздействий их помещают в герметичный корпус или покрывают влагостойкой эмалью.

Различают терморезисторы прямого и косвенного нагрева. В первых нагрев осуществляется за счет температуры окружающей среды или током, протекающим через терморезистор. Во вторых резистивный элемент изолирован от нагревателя, имеющего собственную электрическую цепь. Приборы косвенного подогрева называют управляемыми, т.к. меняя температуру резистора, можно менять его сопротивление.

Основные характеристики. 1. Температурная характеристика: зависимость R (T). Для термисторов спадающая кривая, для позисторов–возрастающая (обе близки к линейным).

2. ТКС (α). R= R₀(1+ αΔT). R-R₀= R₀αΔT. α =  –относительное изменение сопротивления при изменении температуры на один градус. R₀ задается при комнатной температуре. Для термисторов α = --(0,8…6)К^-1.

3.Статическая вольт-амперная характеристика U (I) устанавливается при заданной температуре.

4. Допустимая мощность рассеяния (как для резисторов). Макс.допустимая температура.

Используются в высокочувствительных измерительных схемах. Болометры (терморезистивный слой выполнен в виде пластинок) используются для измерения излучения. Применяются для измерения скорости и расхода газообразных и жидких веществ, состава газовой смеси и т.п.

Фоторезисторы.

В фоторезисторах сопротивление меняется под воздействием света. В основе лежит внутренний фотоэффект, при котором за счет энергии света электроны и дырки переходят в зону проводимости.

Конструктивно фоторезистор представляет собой диэлектрическую пластину (стекло, керамика), на которую методом вакуумного напыления или химического осаждения нанесен слой фоточувствительного материала. Фоточувствительный слой может быть выполнен в виде тонкой пластинки или быть спрессованным (сульфид кадмия, селенид кадмия, сульфид свинца). Форма и размеры рабочей площадки обусловлены характером применения прибора. Могут быть фоторезисторы повышенной мощности для работы с большими токами.

Характеристики фоторезисторов.

1.Вольт-амперные характеристики I (U) при постоянной освещенности. Эти характеристики близки к линейным, исходят из начала координат и имеют разную крутизну в зависимости от освещенности. Ниже всех проходит характеристика при отсутствии освещения (характеристика темнового тока).

2.Световая характеристика представляет собой зависимость фототока от освещенности I_ф(Е) –нелинейная характеристика.

3. Спектральная характеристика I_ф(λ) имеет явновыраженный максимум.

Достоинства фоторезисторов заключаются в высокой чувствительности возможности применения в цепях постоянного и переменного тока, малых размеров. Недостатки—относительно большая инерционность (постоянная времени от десятков мкс до десятков мс).зависимости параметров от температуры и времени.

Применяются для измерения светового потока, освещенности, запыленности, контроля размеров и колич. деталей и т.д.