Тиристор (от греч. thýra - дверь, вход и англ. resistor - резистор ), полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий свойствами вентиля электрического и имеющий нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ). С крайними слоями (областями) монокристалла контактируют силовые электроды (СЭ) - анод и катод, от одного из промежуточных слоев делают вывод электрода управления (УЭ).
К СЭ подсоединяют токоподводы силовой цепи и устройства теплоотвода. В случае, когда к СЭ прикладывается напряжение прямой полярности U np (как указано на рис. 1), первый (П1) и третий (П3) электронно-дырочные переходы смещаются в прямом направлении, а второй (П2) - в обратном. Через переходы П1 и П3 в области, примыкающие к переходу П2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода П2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через Тиристор сначала растет медленно, что соответствует участку ОА на ВАХ (рис. 2). В этом режиме Тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода П2 всё ещё очень велико (при этом напряжения на переходах П1 и П3 малы, и почти всё приложенное напряжение падает на переходе П2). По мере увеличения напряжения на Тиристор снижается доля напряжения, падающего на П2, и быстрее возрастают напряжения на П1 и П2, что вызывает дальнейшее увеличение тока через Тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область П3. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен в), называется напряжением переключения U пер (точка А на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, Тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи (точка В на ВАХ).
Процесс скачкообразного переключения Тиристор из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью можно объяснить, рассматривая Тиристор как комбинацию двух транзисторов (T1 и Т2), включенных навстречу друг другу (рис. 3). Крайние области монокристалла являются эмиттерами (р-слой называется анодным эмиттером, n-слой - катодным), а средние - коллектором одного и одновременно базой др. транзистора. Ток i, протекающий во внешней цепи Тиристор, является током первого эмиттера iэ1и током второго эмиттера iэ2. Вместе с тем этот ток складывается из двух коллекторных токов iк1 и iк2, равных соответственно a1iэ1 и a2iэ2, где «a1 и a2 - коэффициенты передачи эмиттерного тока транзисторов T1 и Т2; кроме того, в его состав входит ток коллекторного перехода iкo (так называемый обратный ток). Таким образом i =a1iэ1 + a2iэ2 + iкo. С учётом iэ1 = iэ2 = i имеем . При малых токах a1 и a2 значительно меньше 1 (и их сумма также меньше 1). С увеличением тока a1 и a2 растут, что ведёт к возрастанию i. Когда он достигает значения, называется током включения I вк, сумма a1+a2 становится приблизительно равной 1, и ток скачком возрастает до величины, ограничиваемой сопротивлением нагрузки (точка В на рис. 2). Всякий Тиристор характеризуется предельно допустимым значением прямого тока I пред (точка Г на рис. 2), при котором на приборе будет небольшое остаточное напряжение U ocт. Если же уменьшать ток через Тиристор, то при некотором его значении, называется удерживающим током I yд (точка Б на рис. 2), Тиристор запирается - переходит в состояние с низкой проводимостью, соответствующее участку ОА на ВАХ. При напряжении обратной полярности кривая зависимости тока от напряжения выглядит так же, как соответствующая часть ВАХ полупроводникового диода .
Описанный способ включения Тиристор (повышением напряжения между его СЭ) применяют в Тиристор, называется вентилями-переключателями (реже неуправляемыми Тиристор, или динисторами). Однако преимущественное распространение получили Тиристор, включаемые подачей в цепь УЭ импульса тока определённой величины и длительности при положительной разности потенциалов между анодом и катодом (обычно их называют управляемыми вентилями или Тиристор). Особую группу составляют фототиристоры , перевод которых в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием. Выключение Тиристор производят либо снижением тока через Тиристор до значения I yд, либо изменением полярности напряжения на его СЭ.
В соответствии с назначением различают Тиристор с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью (симметричные), быстродействующие, высокочастотные, импульсные, двухоперационные и специальные.
Полупроводниковый элемент Тиристор изготовляют из кремниевых монокристаллических дисков (пластин), вводя в Si добавки В, Al и Р. При этом в основном используют диффузионную и сплавную технологию. Конструктивно Тиристор выполняют (рис. 4) в герметичном корпусе; для обеспечения механической прочности и устранения тепловых напряжений, возникающих из-за различия коэффициентов расширения Si и Cu (материал электродов), между кристаллом и электродами устанавливают термокомпенсирующие вольфрамовые или молибденовые диски. Различают Тиристор штыревой конструкции - в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные (с отводом тепла с одной стороны Тиристор) и таблеточные (с двухсторонним отводом тепла). Основные конструкции Тиристор - таблеточная и штыревая. Тиристор на токи до 500 а изготовляют с воздушным охлаждением, на токи свыше 500 а - обычно с водяным.
Современные Тиристор изготовляют на токи от 1 ма до 10 ка напряжения от нескольких в до нескольких кв; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 а/сек, напряжения - 109 в/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мксек, время выключения - от нескольких единиц до нескольких сотен мксек; кпд достигает 99%.
Тиристор нашли применение в качестве вентилей в преобразователях электрической энергии (см. Преобразовательная техника , Тиристорный электропривод ), исполнительных и усилительных элементов в системах автоматического управления , ключей и элементов памяти в различных электронных устройствах и т. п., где они совместно с др. полупроводниковыми приборами к середине 70-х гг. 20 в. в основном вытеснили электронные (электровакуумные) и ионные (газоразрядные и ртутные) вентили.
Лит.: Тиристоры. (Технический справочник), пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Кузьмин В, А., Тиристоры малой и средней мощности, М., 1971.
Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.
Рис. 4. Управляемый тиристор (в разрезе): 1 - основание (силовой электрод); 2 - полупроводниковый кристалл; 3 - фторопластовое кольцо; 4 - гибкий внутренний провод; 5 - крышка; 6 - изолятор крышки; 7 - стержень крышки; 8 - гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 - управляющий электрод; 10 - наконечник наружного вывода.
Рис. 4. Управляемый тиристор (в разрезе): 1 - основание (силовой электрод); 2 - полупроводниковый кристалл; 3 - фторопластовое кольцо; 4 - гибкий внутренний провод; 5 - крышка; 6 - изолятор крышки; 7 - стержень крышки; 8 - гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 - управляющий электрод; 10 - наконечник наружного вывода.
Рис. 5 (в, г). Общий вид тиристоров: в - прижимного в металлокерамическом корпусе; г - штыревого в металлокерамическом корпусе в сборе с охладителем.
Рис. 5 (в, г). Общий вид тиристоров: в - прижимного в металлокерамическом корпусе; г - штыревого в металлокерамическом корпусе в сборе с охладителем.
Uпp - прямое напряжение на тиристоре." href="/a_pictures/18/10/213893447.jpg">Uпp - прямое напряжение на тиристоре."http://uranium.atomistry.com/">Uпp - прямое напряжение на тиристоре." src="a_pictures/18/10/th_213893447.jpg">
Рис. 3. Схематическое изображение тиристора в виде двух включенных навстречу друг другу транзисторов: Т - транзистор; Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор; iэ - эмиттерный ток; iк - коллекторный ток; iкo - ток коллекторного перехода; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.
Uпp - прямое напряжение на тиристоре." href="/a_pictures/18/10/214623517.jpg">Uпp - прямое напряжение на тиристоре."http://uranium.atomistry.com/">Uпp - прямое напряжение на тиристоре." src="a_pictures/18/10/th_214623517.jpg">
Рис. 1. Схематическое изображение тиристора: А - анод; К - катод; УЭ - управляющий электрод; П - электронно-дырочный переход; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.
