Тиристор — полупроводниковый прибор¶

Тиристор — полупроводниковый прибор с управляемым включением, предназначенный для использования в цепях постоянного и переменного тока в качестве электронного ключа, выпрямителя или регулятора мощности. Относится к классу управляемых выпрямителей (thyristor). Основная особенность — способность переходить из закрытого (непроводящего) состояния в открытое по импульсу управляющего сигнала и оставаться в открытом состоянии до тех пор, пока через прибор протекает ток выше некоторого удерживающего значения.

¶Принцип действия и устройство

Тиристор представляет собой четырёхслойную структуру p-n-p-n, образующую три p-n перехода. По сути, это две транзисторные структуры (p-n-p и n-p-n), включённые так, что ток одной из них служит базовым для другой. В закрытом состоянии хотя бы один из переходов обратносмещён, и прибор не проводит ток. При подаче управляющего импульса возникает лавинный процесс переключения, и тиристор открывается за время от десятков до сотен микросекунд (быстродействующие типы — до единиц микросекунд).

Основные электрические параметры:

¶Виды тиристоров

По назначению и конструкции различают несколько основных типов:

• Симисторы (триодные тиристоры, TRIAC) — двунаправленные приборы, проводящие ток в обоих направлениях. Применяются в цепях переменного тока, например в регуляторах освещения и скорости вращения двигателей.
• Диодные тиристоры (динисторы) — без управляющего электрода, открытие происходит при достижении определённого напряжения на приборе.
• Оптотиристоры (фототиристоры, фототиак) — управляются световым сигналом, обеспечивают гальваническую развязку.
• Стабисторы — тиристоры с отрицательным дифференциальным сопротивлением, используемые в преобразовательных схемах.
• Тиристоры с инверторным включением (GTO, Gate Turn-Off) — могут выключаться подачей обратного сигнала на управляющий электрод, что позволяет строить инверторы без коммутационных цепей.
• Мощные тиристоры — рассчитаны на токи в сотни и тысячи ампер, напряжения до нескольких киловольт. Применяются в тяговых подстанциях, металлургии, электротранспорте.

¶Области применения

Тиристоры широко используются в силовой электронике:

1. Выпрямители — преобразование переменного тока в постоянный (зарядные устройства, сварочные аппараты, электролизные установки).
2. Регуляторы мощности — плавное управление нагрузкой: лампы освещения, нагреватели, электродвигатели.
3. Инверторы — преобразование постоянного тока в переменный (источники бесперебойного питания, солнечные электростанции, тяговые приводы).
4. Контакторы и бесконтактные выключатели — управление большими нагрузками без механических контактов.
5. Стабилизаторы напряжения — поддержание заданного уровня выходного напряжения.

В России тиристоры производились на заводах «Электрон», «Электроприбор» (Саранск), «Конденсатор» (Саратов) и других. В настоящее время выпускаются промышленные серии тиристоров Т10, Т12, Т13, Т15, Т16, Т17, Т18, Т19, рассчитанные на токи от 10 до 1600 А и напряжения от 100 до 4500 В.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам тиристоров относятся: высокая переключаемая мощность, малые потери в открытом состоянии, отсутствие изнашиваемых контактов, быстродействие, надёжность. К недостаткам — необходимость коммутационной цепи для выключения (у обычных тиристоров), генерация помех при коммутации, ограниченная частота переключений, зависимость от цепи управления.

¶История

Первый тиристор был предложен в 1956 году в лабораториях Bell Labs (США). В СССР разработка тиристоров началась в конце 1950-х годов под руководством В.А. Григоряна и В.Е. Гросса. К началу 1970-х годов советская промышленность освоила серийное производство тиристоров широкого номенклатурного ряда.

¶Источники

• «Справочник по полупроводниковым приборам», под ред. В.Е. Гросса
• «Силовая электроника», И.В. Быковский
• «Полупроводниковые преобразовательные устройства», В.В. Соколов