Tiristoriai

Tiristorius yra puslaidininkinis komponentas, sudalytas iš ne mažiau kaip keturių NPNP sričių ir skirtas stiprioms srovėms ir aukštoms įtampoms komutuoti. Pagal išvadų skaičių tiristoriai skirstomi į diodinius tiristorius, arba dinistorius, ir triodinius tiristorius, arba trinistorius. Trinistoriai su simetrinėmis voltamperinėmis charakteristikomis vadinami triakais. Įvairių tiristorių grafiniai schemų ženklai parodyti 1 paveiksle. Ketursluoksnė NPNP tiristoriaus struktūra su trimis nuosekliai sujungtomis PN sandūromis parodyta 2 paveiksle. Katodo išvadas jungiamas prie N srities, anodas – prie P srities. Valdymo elektrodas dažniausiai jungiamas prie vidurinės P srities. Dinistoriaus struktūroje nėra valdymo elektrodo išvado.

1 pav. Tiristorių grafiniai schemų ženklai: dinistoriaus (a), trinistoriaus (b), triako (c); A – anodas, K – katodas, VE – valdymo elektrodas

2 pav. Tiristoriaus struktūra (a) ir supaprastintas tiristoriaus struktūros variantas (b)

Jei prie valdymo elektrodo įtampa neprijungta (dinistoriaus variantas), o prie anodo prijungta teigiama maitinimo šaltinio įtampa, vidurinė PN sandūra yra įjungta atvirkštine kryptimi ir tiristoriaus struktūra teka silpna šalutinių krūvininkų srovė, tiristorius yra uždaras. Voltamperinės charakteristikos tiesioginės šakos pradinė dalis atitinka puslaidininkinio diodo voltamperinės charakteristikos atvirkštinę šaką (3 pav., a).

Toliau didinant anodo įtampą vidurinėse P ir N srityse pradeda kauptis krūvininkai: P srityje – skylės, o N srityje – elektronai. Šie susikaupę krūvininkai sukuria priešingą išorinei įtampai tiesioginės krypties elektrini lauką. Dėl to vidurinė sandūra pradeda atsidaryti, stiprėja jos srovė. Tiesioginei įtampai pasiekus įjungimo įtampą tiristorius pradeda įsijungti. Tiristoriaus srovė stiprėją o tiesioginė įtampa mažėją taigi tiristoriaus diferencialinė varža yra neigiama. Įsijungus tiristoriui, jo voltamperinė charakteristika yra panaši į diodo voltamperinės charakteristikos tiesioginę šaką.

Jei prie tiristoriaus valdymo elektrodo bus prijungta tiesioginė įtampą tai katodo ir valdymo elektrodo PN sandūra pradės tekėti papildoma srovė. Iš N katodo į P sritį bus injektuojami šalutiniai krūvininkai ir tiristorius įsijungs esant mažesnei anodo įtampai. Kuo didesnė valdymo elektrodo srovė, tuo mažesnė tiristoriaus įjungimo įtampa.

Įsijungus tiristoriui, jo valdymo elektrodo srovė gali būti nutraukta – tiristorius liks įsijungęs. Tam, kad tiristorius pereitų iš laidumo būsenos į nelaidumo, galima silpninti anodo srovę iki tokio dydžio, kai krūvininkai jau nebesikaupia ir jų perteklius rekombinuoja, mažinti anodo įtampą kad ji taptų mažesnė negu įtampa, reikalinga sandūroms palaikyti atviroms, prijungti tiristoriui atvirkštinę įtampą. Jei tiristoriaus anodinė srovė silpna, tiristorių į nelaidumo būseną galima perjungti labai stipria priešingos krypties valdymo srove. Tačiau stiprios valdymo srovės gali sugadinti tiristorių.

3 pav. Tiristoriaus voltamperinių charakteristikų šeima (a) ir modelis (b)

Jei prie tiristoriaus anodo ir katodo prijungta atvirkštinė įtampą tai vidurinė PN sandūra įjungta tiesiogine kryptimi, o kitos dvi PN sandūros – atvirkštine kryptimi. Tiristorius bus uždarytas, jo voltamperinės charakteristikos atvirkštinė šaka panaši į puslaidininkinio diodo atvirkštinę šaką. Veikiant didelei atvirkštinei įtampai, atvirkštinė srovė padidėja dėl pramušimo reiškinių. Tiristoriaus dviejų tranzistorių modelis parodytas 3 paveiksle, b.

Tiristorių apibūdina šie svarbiausieji parametrai: didžiausia įjungimo įtampa (kai neteka valdymo srovė); įjungimo įtampa; išjungimo srovė; didžiausia leistinoji atvirkštinė įtampa; tiesioginė atviro tiristoriaus įtampa (kai juo teka nurodyta tiesioginė srovė); didžiausia leistinoji tiesioginė srovė; uždaro tiristoriaus srovė (kai veikia nurodyta tiesioginė įtampa); įjungimo trukmė; išjungimo trukmė; didžiausias darbo dažnis.