Запираемые тиристоры

Тиристор, способный не только открываться, но и закрываться под воздействием сигнала на управляющем электроде, называется запираемый тиристор. Условное графическое обозначение и схема замещения запираемого тиристора представлены на рис. 16.1.


а)	б)

Рис. 16.1. Запираемый тиристор:

а – условное графическое обозначение; б – схема замещения

Рассмотрим принцип работы запираемого тиристора, воспользовавшись схемой замещения. Согласно выражению (14.3) ток во внешней цепи зависит от коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2. Ток управления I_У, поступая на базу транзистора VT2, увеличивает для него ток базы и коэффициент передачи тока a₂. Тиристор открывается, когда 1 – (a₁+a₂) = 0. Более конкретно это описывается выражением

. (16.1)

Если теперь ток управления уменьшить до нуля (I_У = 0), тиристор останется открытым, при условии, что ток анода будет больше тока удержания.

Для закрывания тиристора на управляющий электрод необходимо подать напряжение отрицательной полярности. Тогда ток коллектора VT1 будет протекать по цепи управляющего электрода, а ток базы транзистора VT2 уменьшится, что приведёт к снижению коэффициентов передачи тока a₁ и a₂ и прекращению регенеративного процесса. Транзистор VT2 можно вывести из насыщения при условии

, (16.2)

где I_З – ток запирания тиристора по управляющему электроду.

Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания

. (16.3)

Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока a₁ и a₂ и будет тем больше, чем больше a₂. Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)

Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода

Схема управления запираемым тиристором должна формировать импульсы положительной (для открывания) и отрицательной (для закрывания) полярности относительно катода. Наиболее просто это можно сделать, если в цепь управляющего электрода включить конденсатор (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором

При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается через резистор R1, и на управляющий электрод тиристора поступает импульс положительной полярности. Когда процесс заряда конденсатора закончится, ток управляющего электрода станет равным нулю. Если теперь замкнуть ключ К, начнётся разряд конденсатора С через резистор R2, и на управляющий электрод тиристора поступит импульс отрицательной полярности. Чтобы произошло закрывание тиристора, необходимо выполнить условие

; , (16.4)

где U_З – напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;

I_З – ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;

t_З – длительность запирающего импульса.

Существуют более сложные схемы управления, в которых для запирания тиристора применяется отдельный источник питания, а также специальные драйверы управления, как, например, в мощных запираемых тиристорах, сведения о которых можно прочитать в литературе [6, 11, 17].

16.2. Симметричные тиристоры – симисторы

Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC – triode for alternating current) – полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый в цепях переменного тока. Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти получили прибор, способный пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Условное графическое обозначение и структура симистора представлены на рис. 16.4.


а)	б)	в)

Рис. 16.4. Симметричный тиристор – симистор

а – условное графическое обозначение; б – структура; в – вольтамперная характеристика

В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно. Однако по способу включения относительно управляющего электрода основные выводы симистора различаются, причём имеет место их аналогия с катодом и анодом тиристора. На приведённом рисунке верхний по схеме вывод симистора называется выводом 1 (В1) или условным катодом, нижний — выводом 2 (В2) или условным анодом, вывод слева вверху – управляющим электродом УЭ. В открытом состоянии симистора, когда на В2 плюс, а на В1 минус, ток проходит по слоям p₂-n₃-p₄-n₅, при противоположной полярности – по слоям p₄-n₃-p₂-n₁. Поскольку управляющее напряжение подают на слой n, полярность импульсов должна быть отрицательной относительно вывода В1.

Вольтамперная характеристика симистора представлена на рис. 16.4, в.

Характеристика очень похожа на характеристику тиристора, но симметрична относительно начала координат. Для симисторов, как и для тиристоров, специально выбирают режим внешней цепи Е_А < U_вкл, чтобы симистор был надёжно закрыт, когда на него не поданы импульсы управления. Для перевода симистора в открытое состояние подают управляющий импульс, длительность которого выбирается больше длительности переходного процесса, а величина тока больше или равна току спрямления. После открывания симистора управляющий электрод теряет свои управляющие свойства, поэтому закрыть симистор сигналом управляющего электрода нельзя. Закрывается симистор лишь тогда, когда мгновенное значение переменного напряжения во внешней цепи становится равным нулю (переход синусоиды через ноль).