13.1.4 Симістори

Симетричний тиристор, або симістор, - це тиристор, який має практично однакові ВАХ при різних полярностях прикладеної напруги. Симістор являє собою багатошарову структуру ----- типу, що складається з п’яти напівпровідникових областей, типи провідності яких чергуються і які утворюють чотири -переходи (рисунок 13.6).

Рисунок 13.6 – Структура (а, б) та ВАХ (в) симетричного тиристора

 

Якщо до такого тиристора прикласти напругу плюсом до області , а мінусом до області  (рисунок 13.6, а), то перехід I увімкнеться в зворотному напрямі, і струм, що проходить через нього, буде дуже малим. Робочою частиною у такому режимі буде                           --- - структура, в якій відбуватимуться процеси, звичайні для диністора.

Якщо зовнішню напругу прикласти плюсом до області , а мінусом до області , то в зворотному напрямі ввімкнеться перехід 4, і робочою частиною симістора буде диністор структури                           --- (рисунок 13.6, б).

Таким чином, симістор може бути поданий у вигляді двох тиристорів, увімкнених паралельно і назустріч один одному. ВАХ симістора показана на рисунку 13.6, в.

 

 

 

 

 

13.2 Способи комутації тиристорів

 

13.2.1 Увімкнення тиристорів

                Крім описаного у попередньому параграфі способу вмикання тиристора шляхом повільного збільшення анодної напруги до величини , існують й інші способи.

                1 Вмикання за допомогою струму керування.         

Цей спосіб уможливлює вмикання тиристора у триністорному режимі у разі, коли на аноді приладу є деяка напруга (<). Тоді, збільшуючи струм , можна ввімкнути тиристор. Найбільш поширеним способом керування є імпульсний спосіб. При цьому процес накопичення нерівноважних носіїв відбувається не миттєво, і тому для ввімкнення тиристора необхідно, щоб імпульс струму керування мав певну тривалість і амплітуду. Розглянемо випадок керування за  катодом. Час перемикання тиристора можна розбити на два інтервали, що відповідають різним законам зміни струму через тиристор  (рисунок 13.7). Час затримки визначається часом дифузії інжектованих з емітера електронів через базу до КП. Струм через КП і, отже, тиристор зростатимуть відчутно лише тоді, коли інжектовані електрони досягнуть КП. На діаграмі рисунку 13.7 – не проміжок часу, за який струм збільшиться до 0.1 від усталеного значення (або час, за який анодна напруга на тиристорі знизиться до 0.9 від свого початкового значення).

Рисунок 13.7 Перехідні процеси струму і напруги при вмиканні тиристора

Час наростання зв’язаний з інерційністю процесу накопичення нерівноважних носіїв заряду в базах тиристора. За цей проміжок  часу струм анода різко зростає до величини 0.9, а напруга на аноді зменшується від 0.9 до 0.1. Це інтервал часу відповідає перебуванню робочої точки на ділянці негативного диференційного опору (ділянка III на ВАХ рисунка 13.2, в), і тому процес перемикання має регенеративний, лавиноподібний, нестійкий характер. Цей процес обов’язково закінчиться зміною стану приладу, навіть якщо в цей час припиниться дія імпульсу керування . Саме тому тривалість імпульсу управління може вибиратись у межах . Закінчення перемикання  тиристора відповідає моменту, коли знак напруги на КП зміниться на протилежний. Реальна тривалість імпульсу керування досягає 15-20 мкс. Після закінчення імпульсу тиристор перебуватиме у відкритому стані і надалі, якщо , або  (див. ВАХ рисунок 13.2, в), тобто якщо робоча точка буде на IV ділянці ВАХ.

Процес відкривання тиристора за допомогою імпульсу струму керування має ще й інші особливості. Спочатку відкривання КП відбувається у вузькому каналі біля клерувального  електрода.

Оскільки більша частина амплітуди імпульсу керування падає на розподільному опорі бази, і тому інжекція через ЕП збільшується не на всій його площі, а на ділянці біля керувального електрода. Виникає струмопровідний “шнур”, який може призвести до локального перегріву тиристорної структури. Лише потім за рахунок дифузії носіїв канал розширюється на всю площу переходу.

 

2 Увімкнення тиристора за допомогою імпульсу анодної напруги

При імпульсному керуванні за анодом також спостерігається явище, коли напруга вмикання зменшується  порівняно з напругою вмикання у неперервному режимі. Тиристор умикатиметься за допомогою імпульсу анодної напруги, амплітуда якого менша за величину  в режимі, коли напруга на аноді тиристора зростає повільно. Це явище зумовлене дією бар’єрної ємності КП, струм через яку під час перезаряду дорівнює

                                                                               (13.3)

і буде тим більшим, чим більша швидкість наростання анодної напруги на тиристорі (ефект ). Цей струм, проходячи через емітерні переходи приладу, спричиняє збільшення коефіцієнтів передачі  та , і тоді сума  +  досягає одиниці при меншій напрузі. Інакше кажучи, дія ємнісного струму КП   аналогічна до дії струму керування у триністорі.