Тырыстар

З пляцоўкі Вікіпедыя.
Перайсці да: рух, знайсці


Пазначэнне на схемах

Тыры́стар — паўправадніковая прылада, якая выканана на аснове монакрышталя паўправадніка з чатырохслаёвай структурай р-n-p-n-тыпу, які валодае ў прамым кірунку двума ўстойлівымі станамі — станам нізкай праводнасці (тырыстар зачынены) і станам высокай праводнасці (тырыстар адчынены). У зваротным кірунку тырыстар валодае толькі ўласцівасцямі замыкання. Г. зн. тырыстар — гэта кіраваны дыёд. Пераклад тырыстара з зачыненага стану ў адчынены ў электрычным ланцугу здзяйсняецца знешнім уздзеяннем на прыладу: альбо ўздзеянне напругай (токам), альбо святлом (фотатырыстар). Тырыстар мае нелінейную разрыўную вольтамперную характарыстыку (ВАХ).

Канструкцыя тырыстара[правіць | правіць зыходнік]

Асноўная схема тырыстарнай структуры прадстаўленая на мал. 1. Яна ўяўляе сабой чатырохполюсную p-n-p-n прылада, якая змяшчае тры паслядоўна злучаных p-n перахода J1, J2, J3. Кантакт да знешняга p-пласту завецца анодам, да знешняга n-пласту — катодам. У агульным выпадку p-n-p-n прылада можа мець два кіруючыя электроды (базы), далучаныя да ўнутраных пластоў. Прылада без кіруючых электродаў завецца дыёдным тырыстарам (або дыністарам). Прылада з адным кіруючым электродам завуць трыёдным тырыстарам або трыністарам (або проста тырыстарам!).

Вольт-амперная характарыстыка тырыстара[правіць | правіць зыходнік]

ВАХ тырыстара (з кіруючымі электродамі або без іх) прыведзеная на мал 2. Яна мае некалькі ўчасткаў:

  • Паміж кропкамі 0 і 1 знаходзіцца ўчастак, адпаведны высокаму супраціву прылады — прамое замыканне.
  • У кропцы 1 адбываецца ўключэнне тырыстара.
  • Паміж кропкамі 1 і 2 знаходзіцца ўчастак з адмоўным дыферэнцыяльным супрацівам.
  • Участак паміж кропкамі 2 і 3 адпавядае адчыненаму стану (прамой праводнасці).
  • У кропцы 2 праз прыладу працякае мінімальны ўтрымліваючы ток Ih.
  • Участак паміж 0 і 4 апісвае рэжым зваротнага замыкання прылады.
  • Участак паміж 4 і 5 — рэжым зваротнага прабоя.

Рэжымы працы тырыстара[правіць | правіць зыходнік]

Рэжым зваротнага замыкання[правіць | правіць зыходнік]

Мал. 3. Рэжым зваротнага замыкання тырыстара

Два асноўныя фактары абмяжоўваюць рэжым зваротнага прабоя і прамога прабоя:

  1. Лавінны прабой.
  2. Пракол збедненай вобласці.

У рэжыме зваротнага замыкання да анода прылады прыкладзена напруга, адмоўная па дачыненні да катода; пераходы J1 і J3 зрушаныя ў зваротным кірунку, а пераход J2 зрушаны ў прамым (гл. мал. 3). У гэтым выпадку вялікая частка прыкладзенай напругі падае на адным з пераходаў J1 або J3 (у залежнасці ад ступені легіравання розных абласцей). Хай гэта будзе пераход J1. У залежнасці ад таўшчыні Wn1 пласта n1 спробай выклікаецца лавінным множаннем (таўшчыня збедненай вобласці пры прабоі менш Wn1) альбо праколам (збеднены пласт распаўсюджваецца на ўсю вобласць n1, і адбываецца змыканне пераходаў J1 і J2).

Рэжым прамога замыкання[правіць | правіць зыходнік]

Пры прамым замыканні напруга на анодзе станоўчае па дачыненні да катода і зваротна зрушаны толькі пераход J2. Пераходы J1 і J3 зрушаныя ў прамым кірунку. Вялікая частка прыкладзенай напругі падае на пераходзе J2. Праз пераходы J1 і J3 у вобласці, якія прымыкаюць да пераходу J2, інжэкціруюцца неасноўныя носьбіты, якія памяншаюць супраціў пераходу J2, павялічваюць ток праз яго і памяншаюць падзенне напругі на ім. Пры падвышэнні прамой напругі ток праз тырыстар спачатку расце павольна, што адпавядае ўчастку 0-1 на ВАХ. У гэтым рэжыме тырыстар можна лічыць зачыненым, бо супраціў пераходу J2 усё яшчэ вельмі вяліка. Па меры павелічэння напругі на тырыстары зніжаецца частка напругі, які падае на J2, і хутчэй узрастаюць напружанні на J1 і J3, што выклікае далейшае павелічэнне току праз тырыстар і ўзмацненне інжэкцыі неасноўных носьбітаў у вобласць J2. Пры некаторым значэнні напругі (парадку дзесяткаў або сотняў вольт), завецца напругай пераключэння VBF (кропка 1 на ВАХ), працэс набывае лавінападобны характар, тырыстар пераходзіць у стан з высокай праводнасцю (уключаецца), і ў ім усталёўваецца ток, які вызначаны напругай крыніцы і супрацівам знешняга ланцуга.

Двухтранзістарная мадэль[правіць | правіць зыходнік]

Для тлумачэння характарысатык прылады ў рэжыме прамога замыкання выкарыстаем двухтранзістарную мадэль. Тырыстар можна разглядаць як злучэнне p-n-p транзістара з n-p-n транзістарам, прычым калектар кожнага з іх злучаны з базай іншага, як паказана на мал. 4 для трыёднага тырыстара. Цэнтральны пераход дзейнічае як калектар дзірак, інжэкціруемых пераходам J1, і электронов, інжэкціруемых пераходам J3. Узаемасувязь паміж токамі эмітара IE, калектара IC і базы IB і статычным каэфіцыентам узмацнення па току α1 p-n-p транзістара таксама прыведзеная на мал. 4, дзе I— зваротны ток насычэння пераходу калектар-база.

Аналагічныя суадносіны можна атрымаць для n-p-n транзістара пры змене кірунку токаў на процілеглае. З мал. 4 варта, што калектарны ток n-p-n транзістара з'яўляецца адначасова базавым токам p-n-p транзістара. Аналагічна калектарны ток p-n-p транзістара і кіруючы ток Ig уцякаюць у базу n-p-n транзістара. У выніку, калі агульны каэфіцыент узмацнення ў замкнёнай завесе перавысіць 1, аказваецца магчымым рэгенератыўны працэс.

Ток базы p-n-p транзістара роўны IB1 = (1 — α1)IA — ICo1. Гэты ток таксама працякае праз калектар n-p-n транзістара. Ток калектара n-p-n транзістара з каэфіцыентам узмацнення α2 роўны IC2 = α2IK + ICo2.

Прыраўняўшы IB1 і IC2, атрымаем (1 — α1)IA — ICo1 = α2IK + ICo2. Бо IK = IA + Ig, то I_A=\frac{\alpha_2I_g+I_{Co1}+I_{Co2}}{1-(\alpha_1+\alpha_2)}

Гэтае раўнанне апісвае статычную характарыстыку прылады ў дыяпазоне напружанняў аж да прабоя. Пасля прабоя прылада працуе як p-i-n-дыёд. Адзначым, што ўсе складнікі ў лічніку правай часткі раўнання малыя, такім чынам, пакуль член α1 + α2 < 1, ток IA малы. (Каэфіцыенты α1 і α2 самі залежаць ад IA і звычайна растуць з павелічэннем току) Калі α1 + α2 = 1, то назоўнік дробу звяртаецца ў нуль і адбываецца прамы прабой (або ўключэнне тырыстара). Варта адзначыць, што калі палярнасць напругі паміж анодам і катодам змяніць на зваротную, то пераходы J1 і J3 будуць зрушаныя ў зваротным кірунку, а J2 — у прамым. Пры такіх умовах прабой не адбываецца, бо ў якасці эмітара працуе толькі цэнтральны пераход і рэгенератыўны працэс становіцца немагчымым.

Шырыня збедненых пластоў і энергетычныя зонныя дыяграмы ў раўнавазе, у рэжымах прамога замыкання і прамой праводнасці паказаныя на мал. 5. У раўнавазе збедненая вобласць кожнага пераходу і кантактны патэнцыял вызначаюцца профілем размеркавання прымешак. Калі да анода прыкладзена станоўчая напруга, пераход J2 імкнецца зрушыцца ў зваротным кірунку, а пераходы J1 і J3 — у прамым. Падзенне напругі паміж анодам і катодам роўнае алгебраічнай суме падзенняў напругі на пераходах: VAK = V1 + V2 + V3. Па меры падвышэння напругі ўзрастае ток праз прыладу і, такім чынам, павялічваюцца α1 і α2. Дзякуючы рэгенератыўнаму характару гэтых працэсаў прылада ў канцы канцоў пяройдзе ў адчынены стан. Пасля ўключэння тырыстара ток, які праходзіць праз яго, павінен быць абмежаваны знешнім супрацівам нагрузкі, у адваротным выпадку пры досыць высокай напрузе тырыстар выйдзе з ладу. Ва ўключаным стане пераход J2 зрушаны ў прамым кірунку (мал. 5, у), і падзенне напругі VAK = (V1 — |V2| + V3) прыблізна роўна суме напругі на адным прамазмешчаным пераходзе і напругі на насычаным транзістары.

Рэжым прамой праводнасці[правіць | правіць зыходнік]

Калі тырыстар знаходзіцца ва ўключаным стане, усе тры пераходы зрушаныя ў прамым кірунку. Дзіркі інжэкціруюцца з вобласці p1, а электроны — з вобласці n2, і структура n1-p2-n2 паводзіць сябе аналагічна насычанаму транзістару з выдаленым дыёдным кантактам да вобласці n1. Такім чынам, прылада ў цэлым аналагічная p-i-n (p+-i-n+)-дыёду.

Адрозненне дыністара ад трыністара[правіць | правіць зыходнік]

Прынцыповых адрозненняў паміж дыністарам і трыністарам няма, аднак калі ўключэнне дыністара адбываецца пры падвышэнні напругі паміж анодам і катодам, то ў трыністары для гэтага выкарыстаюць падачу імпульсу току вызначанай працягласці і велічыні на кіруючы электрод пры дадатнай рознасці патэнцыялаў паміж анодам і катодам. Трыністары з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі прыладамі з «тырыстарнага» сямействы.

Выключэнне тырыстараў вырабляюць альбо паніжэннем току праз тырыстар да значэння Ih, альбо зменай палярнасці напряжениa паміж катодам і анодам.

Характарыстыкі тырыстараў[правіць | правіць зыходнік]

Сучасныя тырыстары вырабляюць на токі ад 1 ма да 10 ка напругі ад некалькіх У да некалькіх кв; хуткасць нарастання ў іх прамога току дасягае 109 А/сек, напругі — 109 У/сек, час уключэння складае велічыні ад некалькіх дзесятых частак да некалькіх дзесяткаў мкс, час выключэння — ад некалькіх адзінак да некалькіх сотняў мкс; ккд дасягае 99%.

Ужыванне[правіць | правіць зыходнік]

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]