Türistorite seade ja parameetrid
Türistor on kolme (või enama) p-n-siirdega pooljuhtseade, mille voolu-pinge karakteristikul on negatiivne diferentsiaaltakistussektsioon ja mida kasutatakse elektriahelates lülitamiseks.
Lihtsaim kahe väljundiga türistor on dioodtüristor (dünistor). Trioodtüristoril (SCR) on lisaks kolmas (juht)elektrood. Nii diood- kui ka trioodtüristorid on neljakihilise struktuuriga kolme p–n-siirdega (joonis 1).
Otsaalasid p1 ja n2 nimetatakse vastavalt anoodiks ja katoodiks, juhtelektrood on ühendatud ühe keskmise alaga p2 või n1. P1, P2, P3- üleminekud p- ja n-piirkondade vahel.
Välise toitepinge allikas E on ühendatud anoodiga katoodi suhtes positiivse poolusega. Kui trioodtüristori juhtelektroodi läbiv vool Iу on null, ei erine selle töö dioodi tööst. Mõnel juhul on türistorit mugav kujutada kahe transistoriga võrdväärse vooluahelana, kasutades erinevat tüüpi elektrijuhtivusega p-n-p ja n-R-n transistore (joonis 1, b).
Joonis fig. 1.Trioodtüristori struktuur (a) ja kahe transistori ekvivalentskeem (b).
Nagu näha jooniselt fig. 1, b, üleminek P2 on kahe samaväärse ahela transistori ühine kollektori üleminek ning üleminekud P1 ja P3 on emitteri ristmikud. Kui päripinge Upr suureneb (mis saavutatakse toiteallika E emf suurendamisega), suureneb türistori vool veidi, kuni pinge Upr läheneb läbilöögipinge teatud kriitilisele väärtusele, mis on võrdne sisselülituspingega Uin (joon. . 2).
Riis. 2. Trioodtüristori voolu-pinge omadused ja tavapärane tähistus
Pinge Upr edasise suurenemisega P2 üleminekus suureneva elektrivälja mõjul täheldatakse laengukandjate aatomitega kokkupõrkel löökionisatsiooni tulemusena moodustunud laengukandjate arvu järsku suurenemist. Selle tulemusena suureneb ristmikuvool kiiresti, kuna n2-kihi elektronid ja p1-kihi augud sööstavad p2- ja n1-kihtidesse ning küllastavad need vähemuslaengukandjatega. Allika E EMF edasise suurenemisega või takisti R takistuse vähenemisega suureneb seadme vool vastavalt I-V karakteristiku vertikaalsele lõigule (joonis 2).
Minimaalset pärivoolu, mille juures türistor sisse jääb, nimetatakse hoidevooluks Isp. Kui pärivool väheneb väärtuseni Ipr <Isp (joon. 2 karakteristiku I — V langev haru), taastub ühenduse kõrge takistus ja türistor lülitub välja. P–n-siirde takistuse taastumisaeg on tavaliselt 1–100 µs.
Pinge Uin, mille juures laviinilaadne voolu suurenemine algab, saab vähendada, lisades vähemuslaengukandjaid igasse P2-ristmikuga külgnevasse kihti. Need lisalaengukandjad suurendavad ionisatsioonitoimingute arvu P2 p-n-siirdes ja seetõttu väheneb sisselülituspinge Uincl.
Täiendavad laengukandjad trioodtüristoris, mis on näidatud joonisel fig. 1, sisestatakse p2-kihti abiahela abil, mida toidab sõltumatu pingeallikas. Seda, mil määral sisselülituspinge juhtimisvoolu suurenedes väheneb, näitab kõverate perekond joonisel fig. 2.
Avatud (sees) olekusse üle minnes ei lülitu türistor välja isegi siis, kui juhtvool Iy väheneb nullini. Türistori saab välja lülitada kas alandades välispinget teatud miinimumväärtuseni, mille juures vool muutub väiksemaks hoidevoolust või andes juhtelektroodi ahelasse negatiivse vooluimpulsi, mille väärtus aga , on proportsionaalne pärilüliti voolu Ipr väärtusega.
Trioodtüristori oluline parameeter on lahtilukustusjuhtvool Iu sees — juhtelektroodi vool, mis tagab türistori lülitumise avatud olekus. Selle voolu väärtus ulatub mitmesaja milliamperini.
Joonis fig. 2 on näha, et kui türistorile rakendatakse pöördpinget, tekib selles väike vool, kuna sel juhul on üleminekud P1 ja P3 suletud. Türistori kahjustuste vältimiseks vastupidises suunas (mis lülitab türistori käigu termilise purunemise tõttu välja), peab tagurpidi pinge olema väiksem kui Urev.max.
Sümmeetrilistes diood- ja trioodtüristorites kattub pöördkarakteristiku I — V pärijoonega. See saavutatakse kahe identse neljakihilise konstruktsiooni paralleelse ühendamisega või spetsiaalsete viiekihiliste nelja p-n ristmikuga struktuuride kasutamisega.
Riis. 3. Sümmeetrilise türistori struktuur (a), selle skemaatiline esitus (b) ja voolu-pinge karakteristik (c)
Praegu toodetakse türistoreid vooludele kuni 3000 A ja sisselülituspingele kuni 6000 V.
Enamiku türistorite peamised puudused on ebatäielik juhitavus (türistor ei lülitu välja pärast juhtsignaali eemaldamist) ja suhteliselt väike kiirus (kümneid mikrosekundeid). Viimasel ajal on aga loodud türistorid, milles esimene puudus on kõrvaldatud (lukustustüristorid saab juhtvoolu abil välja lülitada).
Potapov L.A.