Тиристоры

Презентация на тему:
«Тиристор»

Выполнил:
Иванов Е.Д.
2-Э-101

Что такое тиристор?
Устройство тиристора
Принцип работы
Классификация
Виды тиристоров
Динистор
Симистор
Фототиристор и принцип его работы
Вольт-амперная характеристика тиристора
Характеристика тиристоров
Применение
Достоинства и недостатки

Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. Тиристор также, как и диод проводит только в одном направлении. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но тиристор не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Для его выключения необходимы дополнительные действия.

Тиристор имеет два устойчивых состояния:
«закрытое» состояние — состояние низкой проводимости;
«открытое» состояние — состояние высокой проводимости.

После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала. Тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

Тиристор состоит из четырёх полупроводников, соединённых последовательно и отличающихся типами проводимости. Контакт к внешнему p‑слою называется анодом (А), к внешнему n‑слою — катодом (К), а также имеется управляющий электрод (УЭ), с помощью которого управляют тиристором (изменяют его состояние).
Такая конструкция позволяет тиристору выдерживать как прямое, так и обратное напряжение в выключенном состоянии.

Тиристор можно представить в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

Тиристор имеет 3 э/д перехода: П1, П2, П3.
При подаче напряжения между анодом и катодом переходы П1 и П3 становятся открытыми. Однако, средний переход П3 закрыт, поэтому всё поданное напряжение падает именно на этом p-n переходе.
Этот переход можно открыть двумя способами:
Пробить его, подав напряжение равное напряжению пробоя этого тиристора (несколько сотен вольт и более);
С помощью управляющего электрода. Если подать на него напряжение, пробой перехода П2 происходит при куда более меньшем напряжении.
При том, если тиристор был открыт вторым способом, то после прекращения подачи напряжения на управляющий электрод переход П2 останется включенным и тиристор продолжит проводить ток. Он будет в таком состоянии до тех пор, пока не будет снято напряжение с катода и анода или не будет подано запирающее напряжение на УЭ (для запираемых тиристоров).

В зависимости от количества выводов и способа управления можно вывести классификацию тиристоров: тиристор с двумя выводами называется динистор, тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными, соответственно. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей.

Динистор открывается подачи импульса высокого напряжения между анодом и катодом, т.к. он не имеет управляющего электрода.
Тиристор открывают подачей управляющего тока на управляющий электрод.

Триодные тиристоры бывают:

с управлением по катоду - напряжение, формирующее управляющий ток, подается между управляющим электродом и катодом.
с управлением по аноду - напряжение, формирующее управляющий ток, подается между управляющим электродом и анодом.

По обратной проводимости классифицируют:

Проводящие в обратном направлении (обратно-проводящие) - имеют небольшое (несколько вольт) обратное напряжение;

Непроводящие в обратном направлении (обратно-непроводящие) - имеют обратное напряжение, соизмеримое с максимальным прямым напряжением в закрытом состоянии;

С ненормированным обратным напряжением - производитель не публикует и не гарантирует какое-либо значение этого параметра. Такие тиристоры могут использоваться только в схемах, где подача обратного напряжения исключена;

Симметричные (симисторы) - прибор коммутирует токи, проходящие в обоих направлениях.

Виды тиристоров

Динистор- это двухэлектродный прибор, разновидность тиристора, имеющий четыре чередующиеся области различного типа проводимости (p-n-p-n) и 3 электронно-дырочных перехода.
Включается динистор только тогда, когда на катод и анод подадут напряжение открывания, способное пробить p-n переход. А для выключения необходимо уменьшить напряжение, уменьшая при этом ток, и в момент когда сила тока достигнет определённой величины, называемой током удержания, динистор мгновенно закроется.
Таким образом динистор открывается, если напряжение на его электродах достигнет напряжение открывания и закрывается, если ток через него меньше тока удержания.

Условное обозначение динистора на схеме

Условное строение динистора

Симистор- один из видов разновидность тиристоров, отличающийся от обычного тиристора более большим числом p-n переходов и способностью проводить ток в двух направлениях. Симистор имеет 3 вывода: два силовых и управляющий электрод.
Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением. Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку ток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод, т.к. каждый из них ведет себя одновременно и как анод и как катод. Включается симистор аналогично тиристору, а выключить его можно, изменив полярность подключения. Особенность симистора позволяет ему нормально работать в сетях переменного тока.

Условное обозначение симистора на схеме

Условное строение симистора

Фототиристор— оптоэлектронный полупроводниковый прибор, имеющий структуру, схожую со структурой обычного тиристора, но отличающийся от него тем, что включается не напряжением, а светом, падающим на тиристорную структуру (область базы). Иногда у фототиристора бывает сделан вывод от одной из базовых областей. Если через этот вывод подавать на соответствующий переход прямое напряжение, то можно понижать напряжение включения, но само включение будет проходить под действием светового потока. Фототиристоры применяются в качестве бесконтактных ключей для коммутации световым сигналом электрических сигналов большой мощности, в управляемых светом выпрямителях и наиболее эффективен в управлении сильными токами при высоких напряжениях.

Условное обозначение фототиристора на схеме

Принцип работы фототиристора

При действии света (Ф) на область базы Р1 (рис.1) в этой области генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к n-p-переходам. Электроны попадая в область перехода П2, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление. Происходит перераспределение напряжения: на переходе П2 оно уменьшается, а на переходах П1 и П3 увеличивается. Но тогда усиливается инжекция в переходах П1 и П3, к переходу П2 приходят инжектированные носители, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжений, ещё больше усиливается инжекция на переходах П1 и П3, ток лавинообразно растёт, т.е. фототиристор отпирается.
Чем больше световой поток, действующий на фототиристор, тем при меньшем напряжении включается он. Это наглядно видно из вольт-амперной характеристики:

ВАХ фототиристора

Рис. 1

Где Ф- световой поток, действующий на фототиристор;
Ф1=0;
Ф2>Ф1;
Ф3>Ф2.

Участок характеристики между точками 1 и 2 соответствует закрытому состоянию с высоким сопротивлением.
В этом случае основная часть напряжения VG падает на коллекторном переходе П2.

При достижении напряжения Vв, называемого напряжением включения, или тока Iв, называемого током включения, ВАХ тиристора переходит на участок между точками 3 и 4, соответствующий открытому состоянию (низкое сопротивление).

Между точками 2 и 3 находится переходный участок характеристики.

Iу, Uу- минимальный ток и напряжение удержания при котором тиристор еще может находится в открытом состоянии. При понижении до меньшего значения тиристор переходит из открытого состояния в закрытое.

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 10^9 А/с, напряжения — 10^9 В/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; КПД достигает 99 %. К распространённым отечественным тиристорам можно отнести приборы КУ202 (25-400 В, ток 10 А), к импортным — MCR100 (100-600 В, 0,8 А), 2N5064 (200 В, 0,5 A), C106D (400 В, 4 А), TYN612 (600 В, 12 А), BT151 (800 В, 7,5-12 А) и другие. Также следует помнить, что не все тиристоры допускают приложение обратного напряжения, сравнимого с допустимым прямым напряжением. Управляемая мощность через тиристор может достигать вплоть до 100 МВт,а частоты — от десятков герц до нескольких килогерц (для генераторов индукционного нагрева частоты достигают иногда 10—20 кГц).

Тиристоры применяются в следующих устройствах:
электронные ключи;
управляемые выпрямители;
преобразователи (инверторы);
регуляторы мощности (диммеры);
приборы для создания электронного зажигания.

Тиристоры применяются в схемах регулируемых выпрямителей и преобразователей постоянного тока в токи промышленной и более высоких частот, используемых при частотном регулировании асинхронных двигателей, для генераторов индукционного нагрева, плавки, закалки металлов и сушки различных материалов, в схемах стабилизации частоты при переменной частоте вращения первичных генераторов (например, на судах и самолетах), для создания источников напряжения автономной сети повышенной частоты, питания переменным током автономных потребителей с повышенной надежностью электроснабжения и др.

Преимущества:
Малые габариты, в сравнении с другими преобразователями;
Большой срок службы;
Высокий КПД (около 99%);
Малая чувствительность к вибрации и механическим перегрузкам;
Способность работать при низких прямых и высоких обратных напряжениях.
Может обрабатывать большой ток и высокое напряжение;
Возможность эффективного использования в цепях переменного тока;
Стоимость изготовления и простота в обслуживании.

Недостатки:
Малая перегрузочная способность по току, а также ограничение по скорости нарастания тока;
Чувствительность к перенапряжениям;
Генерация высших гармонических колебаний, загружающих питающую сеть;
Невозможность использования для более высоких частот;
Большое время отклика.