الجهاز ومعلمات الثايرستور

الثايرستور هو جهاز أشباه الموصلات يحتوي على ثلاثة (أو أكثر) تقاطعات p-n ، تتميز خاصية الجهد الحالي بقسم مقاومة تفاضلية سالبة وتستخدم للتبديل في الدوائر الكهربائية.

أبسط الثايرستور مع نواتج هو الثايرستور الثنائي (الدينستور). يحتوي الثايرستور الثلاثي (SCR) أيضًا على قطب كهربائي (تحكم) ثالث. يحتوي كل من الثايرستور الصمام الثنائي والثلاثيود على هيكل من أربع طبقات مع ثلاثة تقاطعات p-n (الشكل 1).

تسمى مناطق النهاية p1 و n2 الأنود والكاثود على التوالي ، ويتم توصيل قطب التحكم بإحدى المناطق الوسطى p2 أو n1. P1 ، P2 ، P3- انتقالات بين مناطق p و n.

يتم توصيل مصدر E لجهد الإمداد الخارجي بالقطب الموجب بقطب موجب نسبة إلى الكاثود. إذا كان التيار من خلال قطب التحكم في الثايرستور هو صفر ، فإن تشغيله لا يختلف عن تشغيل الصمام الثنائي. في بعض الحالات ، من الملائم تمثيل الثايرستور كدائرة مكافئة لاثنين من الترانزستورات ، باستخدام ترانزستورات مع أنواع مختلفة من التوصيل الكهربائي p-n-p و n-R-n (الشكل 1 ، ب).

تين. 1.الهيكل (أ) ودائرة مكافئة ثنائية الترانزستور (ب) لثايرستور ثلاثي

كما يظهر في الشكل. 1 ، ب ، الانتقال P2 هو انتقال جامع شائع للترانزستورين في الدائرة المكافئة ، والانتقالات P1 و P3 هي تقاطعات باعث. مع زيادة الجهد الأمامي Upr (الذي يتحقق عن طريق زيادة emf لمصدر الطاقة E) ، يزداد تيار الثايرستور قليلاً حتى يقترب الجهد Upr من قيمة حرجة معينة لجهد الانهيار ، يساوي جهد التشغيل Uin (الشكل 2).

أرز. 2. خصائص الجهد الحالي والتسمية التقليدية لثايرستور الصمام الثلاثي

مع زيادة أخرى في الجهد Upr تحت تأثير مجال كهربائي متزايد في انتقال P2 ، لوحظت زيادة حادة في عدد حاملات الشحنة المتكونة نتيجة تأين التأثير أثناء تصادم حاملات الشحنة مع الذرات. نتيجة لذلك ، يزداد تيار الوصلة بسرعة مع اندفاع الإلكترونات من طبقة n2 والثقوب من الطبقة p1 إلى طبقات p2 و n1 وتشبعها بحاملات شحن أقلية. مع زيادة أخرى في EMF للمصدر E أو انخفاض مقاومة المقاوم R ، يزداد التيار في الجهاز وفقًا للقسم الرأسي لخاصية I-V (الشكل 2)

يسمى الحد الأدنى للتيار الأمامي الذي يظل عنده الثايرستور قيد التشغيل ISP الحالي. عندما ينخفض ​​التيار الأمامي إلى القيمة Ipr <Isp (الفرع التنازلي للخاصية I - V في الشكل 2) ، تتم استعادة المقاومة العالية للاتصال وينطفئ الثايرستور. عادة ما يكون وقت استعادة المقاومة لتقاطع p - n 1 - 100 μs.

يمكن تقليل الجهد Uin الذي تبدأ عنده الزيادة الحالية الشبيهة بالانهيار الجليدي عن طريق إدخال المزيد من ناقلات شحنة الأقلية في كل طبقة من الطبقات المجاورة لتقاطع P2. تزيد حاملات الشحنة الإضافية هذه من عدد إجراءات التأين في تقاطع P2 p-n وبالتالي ينخفض ​​جهد التشغيل Uincl.

حاملات الشحنة الإضافية في الثايرستور الثلاثي الموضح في الشكل. 1 ، في الطبقة p2 بواسطة دائرة مساعدة تعمل بمصدر جهد مستقل. يظهر مدى انخفاض جهد التشغيل مع زيادة تيار التحكم من خلال عائلة المنحنيات في الشكل. 2.

بالانتقال إلى حالة الفتح (on) ، لا ينطفئ الثايرستور حتى عندما ينخفض ​​تيار التحكم Iy إلى الصفر. يمكن إيقاف تشغيل الثايرستور إما عن طريق خفض الجهد الخارجي إلى قيمة دنيا معينة ، حيث يصبح التيار أقل من تيار التثبيت ، أو عن طريق توفير نبضة تيار سالب لدائرة قطب التحكم ، ومع ذلك ، ، يتناسب مع قيمة Ipr الحالي للمحول الأمامي.

معلمة مهمة في الصمام الثلاثي الثايرستور هي فتح التحكم في التيار Iu - تيار قطب التحكم ، والذي يضمن تبديل الثايرستور في حالة الفتح. تصل قيمة هذا التيار إلى عدة مئات من الملليمترات.

تين. 2 يمكن ملاحظة أنه عند تطبيق جهد عكسي على الثايرستور ، يحدث تيار صغير فيه ، لأنه في هذه الحالة يتم إغلاق التحولات P1 و P3. لتجنب تلف الثايرستور في الاتجاه العكسي (مما يؤدي إلى توقف الثايرستور عن العمل بسبب الانهيار الحراري للسكتة الدماغية) ، يجب أن يكون الجهد العكسي أقل من Urev.max.

في الصمام الثنائي المتماثل والثايرستور ثلاثي الصمامات ، تتطابق خاصية I - V العكسية مع الخاصية الأمامية. يتم تحقيق ذلك من خلال الاتصال المضاد المتوازي لهيكلين متطابقين من أربع طبقات أو باستخدام هياكل خاصة من خمس طبقات مع أربعة تقاطعات p-n.

أرز. 3. هيكل الثايرستور المتماثل (أ) ، تمثيله التخطيطي (ب) وخاصية الجهد الحالي (ج)

حاليًا ، يتم إنتاج الثايرستور لتيارات تصل إلى 3000 ألف وجهد تشغيل يصل إلى 6000 فولت.

تتمثل العيوب الرئيسية لمعظم الثايرستور في عدم اكتمال التحكم (لا ينطفئ الثايرستور بعد إزالة إشارة التحكم) وسرعة منخفضة نسبيًا (عشرات الميكروثانية). في الآونة الأخيرة ، ومع ذلك ، تم إنشاء الثايرستور حيث تمت إزالة العيب الأول (يمكن إيقاف قفل الثايرستور باستخدام تيار التحكم).

بوتابوف ال.