El dispositivo y los parámetros de los tiristores.

Un tiristor es un dispositivo semiconductor con tres (o más) uniones p-n, cuya característica corriente-voltaje tiene una sección de resistencia diferencial negativa y que se utiliza para conmutar circuitos eléctricos.

El tiristor más simple con dos salidas es un tiristor de diodo (dinistor). El tiristor triodo (SCR) tiene además un tercer electrodo (de control). Tanto los tiristores de diodo como los de triodo tienen una estructura de cuatro capas con tres uniones p-n (Fig. 1).

Las áreas finales p1 y n2 se denominan ánodo y cátodo respectivamente, un electrodo de control está conectado a una de las áreas intermedias p2 o n1. P1, P2, P3: transiciones entre las regiones p y n.

Una fuente E de la tensión de alimentación externa está conectada al ánodo con un polo positivo con respecto al cátodo. Si la corriente Iу a través del electrodo de control del tiristor triodo es cero, su funcionamiento no difiere del funcionamiento del diodo. En algunos casos, es conveniente representar el tiristor como un circuito equivalente a dos transistores, utilizando transistores con diferentes tipos de conductividad eléctrica p-n-p y n-R-n (Fig. 1, b).

Higo. 1.Estructura (a) y circuito equivalente de dos transistores (b) de un tiristor triodo

Como puede verse en la fig. 1, b, la transición P2 es una transición de colector común de los dos transistores en el circuito equivalente, y las transiciones P1 y P3 son uniones de emisor. A medida que aumenta el voltaje directo Upr (que se logra al aumentar la fem de la fuente de energía E), la corriente del tiristor aumenta ligeramente hasta que el voltaje Upr se acerca a cierto valor crítico del voltaje de ruptura, igual al voltaje de encendido Uin (Fig. . 2).

Arroz. 2. Características de corriente-voltaje y designación convencional de un tiristor triodo

Con un aumento adicional en el voltaje Upr bajo la influencia de un campo eléctrico creciente en la transición P2, se observa un fuerte aumento en el número de portadores de carga formados como resultado de la ionización por impacto durante la colisión de portadores de carga con átomos. Como resultado, la corriente de unión aumenta rápidamente a medida que los electrones de la capa n2 y los huecos de la capa p1 se precipitan hacia las capas p2 y n1 y las saturan con portadores de carga minoritarios. Con un aumento adicional en el EMF de la fuente E o una disminución en la resistencia de la resistencia R, la corriente en el dispositivo aumenta de acuerdo con la sección vertical de la característica I - V (Fig. 2)

La corriente directa mínima a la que permanece encendido el tiristor se denomina corriente de mantenimiento Isp. Cuando la corriente directa disminuye al valor Ipr <Isp (rama descendente de la característica I — V en la Fig. 2), se restablece la alta resistencia de la conexión y el tiristor se apaga. El tiempo de recuperación de la resistencia de la unión p — n suele ser de 1 — 100 µs.

El voltaje Uin en el que comienza un aumento de corriente similar a una avalancha se puede reducir introduciendo más portadores de carga minoritarios en cada una de las capas adyacentes a la unión P2. Estos portadores de carga adicionales aumentan el número de acciones de ionización en la unión p-n P2 y, por lo tanto, disminuye el voltaje de encendido Uincl.

Portadores de carga adicionales en el tiristor triodo que se muestra en la Fig. 1, son introducidos en la capa p2 por un circuito auxiliar alimentado por una fuente de tensión independiente. El grado en que el voltaje de encendido disminuye a medida que aumenta la corriente de control se muestra en la familia de curvas de la Fig. 2.

Al pasar al estado abierto (encendido), el tiristor no se apaga incluso cuando la corriente de control Iy disminuye a cero. El tiristor se puede apagar ya sea bajando el voltaje externo a un cierto valor mínimo, en el cual la corriente se vuelve menor que la corriente de retención, o suministrando un pulso de corriente negativa al circuito del electrodo de control, cuyo valor, sin embargo, , es proporcional al valor de la corriente de conmutación directa Ipr.

Un parámetro importante del tiristor triodo es la corriente de control de desbloqueo Iu on, la corriente del electrodo de control, que asegura la conmutación del tiristor en estado abierto. El valor de esta corriente alcanza varios cientos de miliamperios.

Higo. 2 se puede ver que cuando se aplica un voltaje inverso al tiristor, se produce una pequeña corriente en él, ya que en este caso las transiciones P1 y P3 están cerradas. Para evitar daños en el tiristor en la dirección inversa (lo que hace que el tiristor deje de funcionar debido a la ruptura térmica de la carrera), se requiere que el voltaje inverso sea menor que Urev.max.

En los tiristores simétricos de diodo y triodo, la característica inversa I — V coincide con la directa. Esto se logra mediante la conexión antiparalela de dos estructuras idénticas de cuatro capas o mediante el uso de estructuras especiales de cinco capas con cuatro uniones p-n.

Arroz. 3. La estructura de un tiristor simétrico (a), su representación esquemática (b) y la característica de corriente-voltaje (c)

Actualmente, los tiristores se producen para corrientes de hasta 3000 A y voltajes de encendido de hasta 6000 V.

Las principales desventajas de la mayoría de los tiristores son la capacidad de control incompleta (el tiristor no se apaga después de eliminar la señal de control) y la velocidad relativamente baja (decenas de microsegundos). Recientemente, sin embargo, se han creado tiristores en los que se ha eliminado el primer inconveniente (los tiristores de bloqueo se pueden desactivar utilizando la corriente de control).

Potapov LA