Симметричный тиристор (симистор)

 

Диодные и триодные тиристоры пропускают рабочий ток только в одном направлении, что ограничивает возможность их применения для регулирования переменного тока. Встречно-параллельное включение двух тиристоров решает указанную задачу, но более надежными, эффективными и малогабаритными являются специально предназначенные для этой цели двусторонние полупроводниковые тиристоры, имеющие структуру n-p-n-p-n (или p-n-p-n-p), которые называются симисторами (рис.5.52). Они отпираются при любой полярности напряжения и проводят ток в обоих направлениях.

 

133 134

 

Вольт-амперная характеристика такого тиристора получается одинаковой при разных полярностях приложенного напряжения (рис.5.54)

 

Рис.5.52. Классификация и условные графические обозначения симисторов

 

При одной полярности напряжения ("+" на область p1, "-" на область n2) работает правая половина прибора (рис.5.53). При обратной полярности ("+" на область p2, "-" на область n3) ток идет в обратном направлении через левую половину прибора.

 

 

Рис.5.53. Структура симметричного тиристора

 

Рис.5.54. Вольт-амперная характеристика симметричного диодного тиристора

 

Динамика работы тиристора

Из рис.5.55 видно, что в точке А создаются необходимые условия для отпирания тиристора и он переходит из закрытого состояния в открытое (А - В). Напряжение на нем резко падает, а ток начинает протекать.

Если ток протекающий через тиристор станет меньше тока удержания

Iуд то тиристор закрывается (C - D).

 

 

Рис.5.55. Динамика работы тиристора

 

 

Эффект dU/dt

135 136

 

Рассмотрим влияние барьерной емкости перехода П2. Емкостной ток

При быстром нарастании основного напряжения на тиристоре Uак через него будет проходить емкостной ток, обусловленный наличием барьерных емкостей p-n -переходов (рис.5.56).

через переход П2 определяется следующим образом

 

dU

ICбар

= Сбар

· ак

dt

(5.5)

 

 

а)

 

 

б)

 

Рис.5.56. Влияние барьерной емкости перехода на работу тиристора

Чем больше скорость изменения основного напряжения на тиристоре, тем больше значение емкостного тока через переход. Этот ток, проходя через переходы П1 и П3, вызывает увеличение коэффициентов передачи тока, что приводит к включению тиристора при основном напряжении, меньшем напряжения включения.

Барьерные емкости переходов П1 и П3 являются причиной появления емкостных токов через эти переходы при быстром изменении напряжения на тиристоре. Емкостные токи не связаны с инжекцией носителей заряда, поэтому с увеличением скорости изменения напряжения включение тиристора должно происходить при напряжениях, больших напряжения включения, если учитывать только барьерные емкости этих переходов.

Практически барьерная емкость перехода П2 сказывается сильнее, так как она шунтирует большое активное сопротивление этого перехода, смещенного в обратном направлении при закрытом состоянии тиристора. Барьерные емкости переходов П1, П3 сами оказываются зашунтированными сопротивлениями этих переходов, смещенных при закрытом состоянии тиристора в прямом направлении. Поэтому напряжение включения тиристора с увеличением скорости нарастания основного напряжения уменьшается.

Однако, эффект dU/dt часто оказывается не положительным, а отрицательным свойством, так как может приводить к самопроизвольному включению тиристора, например при подключении источника питания (рис.5.57).

 

137 138

 

Принцип действия

При подаче анодного напряжения Еа емкость С начинает заряжаться через резистор Rа. Когда напряжение на емкости достигнет величины Uвкл - произойдет включение тиристора, его сопротивление резко упадет и конденсатор быстро разрядится через малое сопротивление ограничительного резистора Rогр. После этого цикл повторяется (рис.5.59).

 

Рис.5.57. Временные диаграммы, иллюстрирующие эффект dU/dt