Значение слова ТИРИСТОР в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ТИРИСТОР

(от греч. thyra - 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 Т. сначала растет медленно, что соответствует участку ОА на ВАХ ( рис. 2 ). В этом режиме Т. 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 Т. снижается доля напряжения, падающего на П2, и быстрее возрастают напряжения на П1 и П2, что вызывает дальнейшее увеличение тока через Т. 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, Т. 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 Т. из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью можно объяснить, рассматривая Т. 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 Т., является током первого эмиттера i э1и током второго эмиттера i э2. Вместе с тем этот ток складывается из двух коллекторных токов i к1 и i к2, равных соответственно a1 i э1 и a2 i э2, где 'a1 и a2 - коэффициенты передачи эмиттерного тока транзисторов T1 и Т2; кроме того, в его состав входит ток коллекторного перехода i кo (так называемый обратный ток). Таким образом i a1 i э1 + a2 i э2 + i кo. С учётом i э1 i э2 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 Т. 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 Т., то при некотором его значении, называется удерживающим током I yд (точка Б на рис. 2 ), Т. 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 Т. (повышением напряжения между его СЭ) применяют в Т., называется вентилями-переключателями (реже неуправляемыми Т., или динисторами). Однако преимущественное распространение получили Т., 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 Т.). Особую группу составляют фототиристоры , перевод которых в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием. Выключение Т. производят либо снижением тока через Т. до значения I yд, либо изменением полярности напряжения на его СЭ.

В соответствии с назначением различают Т. с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью (симметричные), быстродействующие, высокочастотные, импульсные, двухоперационные и специальные.

Полупроводниковый элемент Т. изготовляют из кремниевых монокристаллических дисков (пластин), вводя в Si добавки В, Al и Р. При этом в основном используют диффузионную и сплавную технологию. Конструктивно Т. 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 Т. штыревой конструкции - в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные (с отводом тепла с одной стороны Т.) и таблеточные (с двухсторонним отводом тепла). Основные конструкции Т. - таблеточная и штыревая. Т. на токи до 500 а изготовляют с воздушным охлаждением, на токи свыше 500 а - обычно с водяным.

Современные Т. 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%.

Т. 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.

Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012