อุปกรณ์และพารามิเตอร์ของไทริสเตอร์

ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีจุดแยก p-n สามจุด (หรือมากกว่า) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้าซึ่งมีส่วนต้านทานส่วนต่างที่เป็นค่าลบและใช้สำหรับสวิตช์ในวงจรไฟฟ้า

ไทริสเตอร์ที่ง่ายที่สุดที่มีสองเอาต์พุตคือไดโอดไทริสเตอร์ (ไดนิสเตอร์) ไทริสเตอร์ไตรโอด (SCR) มีอิเล็กโทรดที่สาม (ควบคุม) เพิ่มเติม ทั้งไดโอดและไทริสเตอร์ไตรโอดมีโครงสร้างสี่ชั้นพร้อมจุดแยก p-n สามจุด (รูปที่ 1)

พื้นที่ปลาย p1 และ n2 เรียกว่าแอโนดและแคโทดตามลำดับ อิเล็กโทรดควบคุมเชื่อมต่อกับหนึ่งในพื้นที่ตรงกลาง p2 หรือ n1 P1, P2, P3- การเปลี่ยนระหว่าง p- และ n-regions

แหล่งจ่าย E ของแรงดันไฟฟ้าภายนอกเชื่อมต่อกับขั้วบวกด้วยขั้วบวกที่สัมพันธ์กับแคโทด หากกระแส Iу ผ่านอิเล็กโทรดควบคุมของไทริสเตอร์ไตรโอดเป็นศูนย์ การทำงานของมันจะไม่แตกต่างจากการทำงานของไดโอด ในบางกรณี มันสะดวกที่จะแทนไทริสเตอร์เป็นวงจรเทียบเท่ากับทรานซิสเตอร์สองตัว โดยใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ p-n-p และ n-R-n (รูปที่ 1, b)

รูปที่. 1.โครงสร้าง (a) และวงจรสมมูลสองทรานซิสเตอร์ (b) ของไทริสเตอร์ไตรโอด

ดังจะเห็นได้จากรูป 1, b, ทรานซิชัน P2 เป็นทรานซิชันคอลเลกเตอร์ทั่วไปของทรานซิสเตอร์สองตัวในวงจรสมมูล และทรานซิชัน P1 และ P3 เป็นชุมทางอิมิตเตอร์ เมื่อแรงดันไปข้างหน้า Upr เพิ่มขึ้น (ซึ่งทำได้โดยการเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน E) กระแสไทริสเตอร์จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจนกระทั่งแรงดัน Upr เข้าใกล้ค่าวิกฤติของแรงดันพังทลาย เท่ากับแรงดันเปิด Uin (รูปที่ . 2).

ข้าว. 2. ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้าและการกำหนดไทริสเตอร์ไตรโอดแบบเดิม

ด้วยการเพิ่มขึ้นอีกของแรงดันไฟฟ้า Upr ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในการเปลี่ยนแปลง P2 ทำให้จำนวนพาหะของประจุเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนระหว่างการชนกันของพาหะประจุกับอะตอม เป็นผลให้กระแสไฟแยกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออิเล็กตรอนจากชั้น n2 และรูจากชั้น p1 พุ่งเข้าสู่ชั้น p2 และ n1 และอิ่มตัวด้วยพาหะประจุส่วนน้อย ด้วยการเพิ่ม EMF ของแหล่งกำเนิด E หรือการลดลงของความต้านทานของตัวต้านทาน R กระแสในอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้นตามส่วนแนวตั้งของลักษณะ I - V (รูปที่ 2)

กระแสไปข้างหน้าต่ำสุดที่ไทริสเตอร์ยังคงเปิดอยู่เรียกว่า Isp ปัจจุบันที่ถือครอง เมื่อกระแสไปข้างหน้าลดลงเป็นค่า Ipr <Isp (สาขาจากมากไปน้อยของลักษณะ I — V ในรูปที่ 2) ความต้านทานสูงของการเชื่อมต่อจะถูกเรียกคืนและไทริสเตอร์จะปิด เวลาการกู้คืนความต้านทานของจุดเชื่อมต่อ p — n โดยทั่วไปคือ 1 — 100 µs

แรงดันไฟฟ้า Uin ที่กระแสเพิ่มขึ้นเหมือนหิมะถล่มสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มตัวพาประจุส่วนน้อยเข้าไปในแต่ละชั้นที่อยู่ติดกับทางแยก P2 พาหะประจุเพิ่มเติมเหล่านี้จะเพิ่มจำนวนของการดำเนินการไอออไนเซชันในจุดเชื่อมต่อ P2 p-n และดังนั้น แรงดันไฟฟ้าในการเปิด Uincl จึงลดลง

พาหะประจุเพิ่มเติมในไทริสเตอร์ไตรโอดที่แสดงในรูป 1 ถูกนำเข้าสู่ชั้น p2 โดยวงจรเสริมที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายแรงดันอิสระ ขอบเขตที่แรงดันไฟฟ้าในการเปิดเครื่องลดลงเมื่อกระแสควบคุมเพิ่มขึ้นจะแสดงโดยกลุ่มของเส้นโค้งในรูปที่ 2.

การถ่ายโอนไปยังสถานะเปิด (เปิด) ไทริสเตอร์จะไม่ปิดแม้ว่ากระแสควบคุม Iy จะลดลงเป็นศูนย์ก็ตาม ไทริสเตอร์สามารถปิดได้โดยการลดแรงดันภายนอกให้มีค่าต่ำสุดซึ่งกระแสจะน้อยกว่ากระแสที่ถือครองหรือโดยการจ่ายพัลส์กระแสลบให้กับวงจรของอิเล็กโทรดควบคุมซึ่งเป็นค่าที่อย่างไรก็ตาม มีค่าเทียบเท่ากับค่า Ipr ของสวิตช์ไปข้างหน้า

พารามิเตอร์ที่สำคัญของไทริสเตอร์ไตรโอดคือการปลดล็อคกระแสควบคุม Iu บน - กระแสของอิเล็กโทรดควบคุมซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าไทริสเตอร์จะเปลี่ยนสถานะเปิด ค่าของกระแสนี้สูงถึงหลายร้อยมิลลิแอมป์

รูปที่. 2 จะเห็นได้ว่าเมื่อใช้แรงดันย้อนกลับกับไทริสเตอร์จะมีกระแสไฟเล็กน้อยเกิดขึ้นเนื่องจากในกรณีนี้การเปลี่ยน P1 และ P3 จะปิด เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของไทริสเตอร์ในทิศทางย้อนกลับ (ซึ่งทำให้ไทริสเตอร์หยุดทำงานเนื่องจากการสลายตัวเนื่องจากความร้อนของจังหวะ) แรงดันย้อนกลับจะต้องน้อยกว่า Urev.max

ในไดโอดสมมาตรและไทริสเตอร์ไตรโอด ลักษณะผกผัน I - V นั้นตรงกับลักษณะไปข้างหน้า สิ่งนี้ทำได้โดยการเชื่อมต่อแบบต้านการขนานของโครงสร้างสี่ชั้นที่เหมือนกันสองตัว หรือโดยใช้โครงสร้างห้าชั้นพิเศษที่มีจุดเชื่อมต่อ p-n สี่จุด

ข้าว. 3. โครงสร้างของไทริสเตอร์แบบสมมาตร (a) การแสดงแผนผัง (b) และคุณลักษณะของแรงดันกระแสไฟฟ้า (c)

ปัจจุบันมีการผลิตไทริสเตอร์สำหรับกระแสสูงถึง 3,000 A และแรงดันไฟฟ้าเปิดสูงถึง 6,000 V

ข้อเสียเปรียบหลักของไทริสเตอร์ส่วนใหญ่เป็นการควบคุมที่ไม่สมบูรณ์ (ไทริสเตอร์ไม่ปิดหลังจากถอดสัญญาณควบคุม) และความเร็วค่อนข้างต่ำ (หลายสิบไมโครวินาที) อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ ไทริสเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยมีการลบข้อเสียแรกออก (ไทริสเตอร์ล็อคสามารถปิดได้โดยใช้กระแสควบคุม)

โปตาปอฟ แอล.เอ.