Tristörlerin cihazı ve parametreleri

Bir tristör, akım-gerilim özelliği negatif diferansiyel direnç bölümüne sahip olan ve elektrik devrelerinde anahtarlama yapmak için kullanılan üç (veya daha fazla) p-n bağlantısına sahip yarı iletken bir cihazdır.

İki çıkışlı en basit tristör bir diyot tristördür (dynistor). Triyot tristör (SCR) ek olarak üçüncü bir (kontrol) elektrota sahiptir. Hem diyot hem de triyot tristörler, üç p – n bağlantı noktasına sahip dört katmanlı bir yapıya sahiptir (Şekil 1).

p1 ve n2 uç alanları sırasıyla anot ve katot olarak adlandırılır, p2 veya n1 orta alanlarından birine bir kontrol elektrodu bağlanır. P1, P2, P3- p- ve n-bölgeleri arasında geçiş yapar.

Harici besleme voltajının bir kaynağı E, anoda katoda göre pozitif bir kutupla bağlanır. Triyot tristörünün kontrol elektrodundan geçen Iу akımı sıfırsa, çalışması diyotun çalışmasından farklı değildir. Bazı durumlarda, tristörü, farklı elektrik iletkenliği p-n-p ve n-R-n türlerine sahip transistörler kullanarak iki transistöre eşdeğer bir devre olarak temsil etmek uygundur (Şekil 1, b).

İncir. 1.Bir triyot tristörünün yapısı (a) ve iki transistör eşdeğer devresi (b)

Olarak Şekil l'de görülebilir. 1, b, P2 geçişi, eşdeğer devredeki iki transistörün ortak kollektör geçişidir ve P1 ve P3 geçişleri yayıcı bağlantı noktalarıdır. Upr ileri gerilimi arttıkça (bu, güç kaynağı E'nin emf'sini artırarak elde edilir), tristör akımı, Upr gerilimi, açma gerilimi Uin'e eşit, arıza geriliminin belirli bir kritik değerine yaklaşana kadar hafifçe artar (Şekil .2).

Pirinç. 2. Bir triyot tristörünün akım-gerilim özellikleri ve geleneksel tanımı

P2 geçişinde artan bir elektrik alanının etkisi altında Upr voltajının daha da artmasıyla, yük taşıyıcıların atomlarla çarpışması sırasında çarpma iyonlaşmasının bir sonucu olarak oluşan yük taşıyıcılarının sayısında keskin bir artış gözlenir. Sonuç olarak, n2 katmanındaki elektronlar ve p1 katmanındaki delikler p2 ve n1 katmanlarına hücum edip onları azınlık yük taşıyıcılarıyla doyurdukça bağlantı akımı hızla artar. E kaynağının EMF'sinde daha fazla bir artış veya direnç R'nin direncinde bir azalma ile, cihazdaki akım I - V karakteristiğinin dikey bölümüne göre artar (Şekil 2)

Tristörün açık kaldığı minimum ileri akım, tutma akımı Isp olarak adlandırılır. İleri akım Ipr <Isp değerine düştüğünde (Şekil 2'deki I - V karakteristiğinin azalan dalı), bağlantının yüksek direnci geri yüklenir ve tristör kapanır. p — n bağlantısının direnç geri kazanma süresi tipik olarak 1 — 100 µs'dir.

Çığa benzer bir akım artışının başladığı voltaj Uin, P2 bağlantısına bitişik katmanların her birine azınlık yük taşıyıcıları eklenerek azaltılabilir. Bu ek yük taşıyıcılar, P2 p-n bağlantısındaki iyonlaşma eylemlerinin sayısını arttırır ve bu nedenle açma voltajı Uincl azalır.

Şekil l'de gösterilen triyot tristördeki ek yük taşıyıcıları. Şekil 1'de gösterildiği gibi, bağımsız bir voltaj kaynağı tarafından desteklenen bir yardımcı devre tarafından p2 katmanına sokulur. Kontrol akımı arttıkça açma voltajının ne ölçüde azaldığı, Şekil 1'deki eğri ailesi tarafından gösterilir. 2.

Açık (açık) duruma geçerken, tristör kontrol akımı Iy sıfıra düştüğünde bile kapanmaz. Tristör, dış voltajı, akımın tutma akımından daha az olduğu belirli bir minimum değere düşürerek veya kontrol elektrodunun devresine negatif bir akım darbesi sağlayarak kapatılabilir, ancak değeri bununla birlikte , ileri anahtar akımı Ipr değeri ile orantılıdır.

Triyot tristörünün önemli bir parametresi, kilit açma kontrol akımıdır Iu on - tristörün açık durumda anahtarlanmasını sağlayan kontrol elektrodunun akımı. Bu akımın değeri birkaç yüz miliampere ulaşır.

İncir. Şekil 2'de tristöre ters voltaj uygulandığında, içinde küçük bir akımın meydana geldiği görülebilir, çünkü bu durumda P1 ve P3 geçişleri kapalıdır. Ters yönde tristör hasarını önlemek için (strokun termal bozulması nedeniyle tristör çalışmaz hale gelir), ters voltajın Urev.max değerinden düşük olması gerekir.

Simetrik diyot ve triyot tristörlerde, ters I - V karakteristiği ileri karakteristiğe denk gelir. Bu, iki özdeş dört katmanlı yapının anti-paralel bağlantısıyla veya dört p-n bağlantısına sahip özel beş katmanlı yapılar kullanılarak elde edilir.

Pirinç. 3. Simetrik bir tristörün yapısı (a), şematik gösterimi (b) ve akım-gerilim karakteristiği (c)

Günümüzde 3000 A'e kadar olan akımlar ve 6000 V'a kadar olan açma gerilimleri için tristörler üretilmektedir.

Çoğu tristörün ana dezavantajları, eksik kontrol edilebilirlik (tristör, kontrol sinyalini çıkardıktan sonra kapanmaz) ve nispeten düşük hızdır (onlarca mikrosaniye). Ancak son zamanlarda, ilk dezavantajın ortadan kaldırıldığı tristörler yaratılmıştır (kilitleme tristörleri, kontrol akımı kullanılarak kapatılabilir).

Potapov L.A.