Как работает тиристор

Здравствуйте дорогие друзья! Cегодня мы будем разбираться в таком замечательном полупроводниковом приборе, как тиристор многие называют его управляемым диодом или твердотельным реле.

А по своей конструкции он похож на двойной транзистор.

Вообще этот прибор имеет свои ощутимые преимущества, но при этом у него есть ограничения которые не позволяют его использовать настолько широко, как транзистор. Тиристор

это полупроводниковый элемент который применяется в основном для управления мощной нагрузкой сам по себе он не пропускает через себя ток, но если на его управляющий электрод подать небольшое напряжение он откроется и сможет пропускать ток, это очень похоже на транзистор, но если после открытия тиристора отключить его управляющий электрод то здесь уже начинаются нюансики, его работы и отличия от транзистора но обо всем по порядку. Чтобы понимать принцип работы тиристора для начала вспомним , что такое полупроводники и как они работают, если вкратце напомнить то бывает два типа полупроводниковых материалов полупроводник N типа

с электронной проводимостью и полупроводник p-типа

с дырочной проводимостью, если объединить эти два типа полупроводника вместе то на их стыке

образуется PN переход через него в одну сторону ток может протекать а в другую нет. На вот таком простом принципе PN перехода строится полупроводниковые приборы, да и по сути вообще весь современный мир. Но уж сейчас взглянуть без восторга на современные полупроводниковые технологии просто невозможно всякое вычислительная техника чипы процессоры без этого уже современный мир не может существовать, возвращаемся к тиристорам и pn переходом тиристор, как и все полупроводниковые приборы имеют пн-переход и у тиристора их аж три

если схематично изобразить внутреннее строение тиристора то можно увидеть такой полупроводниковый бутерброд из четырех чередующихся областей пнпн крайняя п область будет анодом

то есть в открытом состоянии в нее будет втекать ток, а крайняя N область

будет катодом из неё ток будет стекать управляющий электрод может быть подключен, как к области которая ближе к катоду, и это будет тиристор с катодным управлением. Так может быть и подключены к N области тогда это будет тиристор с анодным управлением, но самый часто встречаемые вариант это все-таки тиристор с катодным управлением поэтому начнем с него, если не трогать управляющие электроды просто попытаться подать ток через анод-катод тиристора, то два крайних PN перехода будут готовы пропустить через себя ток

но центральный пн-переход будет смещен в обратную сторону, и он не позволит току протекать. Но если подать управляющий контакт положительное напряжение

тем самым пустить через него ток то в таком случае центральный pn переход откроется и через тиристор пройдет ток, и что самое интересное, если управляющий контакт обесточить то ток через анод-катод тиристора все равно будет протекать

до тех пор пока не отключить сам основной источник тока. Разберемся как это работает понять не сложно будет, если мы представим тиристора, как два биполярных транзистора один нпн другой пнп

причем коллектор каждого транзистора соединен с базой другого

такая конструкция из биполярных транзисторов по сути то же самое, что и тиристор только половинки центральных п и н областей тиристора соединены не напрямую, а обычным проводником но в таком расчлененном виде будет легче понять принцип работы тиристора , если мы подключим к управляющему электроду который по совместительству является базой этого npn транзистора дополнительный источник питания, то в таком случае этот транзистор откроется, инициирует протекание тока через базу pnp очень быстро от чего уже откроется пнп транзистор, а он как мы видим

подключен своим коллектором к базе нпн транзистора и будет уже опускать основной ток через его базу, что будет поддерживать npn транзисторов в открытом состоянии даже, если мы отключим дополнительный источник питания по сути дополнительным источником питания мы запустили эту шарманку, а потом уже основной ток будет выполнять роль управляющего чтобы закрыть тиристор нужно полностью остановить протекание тока через него, то есть отключить основной источник питания кстати тиристор с анодным управлением — это то же самое только управляющий электрод подключен в данной модели к базе pnp транзистора и именно пнп транзистор будет запускать те же самые процессы но только для открытия пнп транзистора к его базе нужно подключить дополнительный источник питания отрицательной полярностью вот такой на самом деле незамысловатый достаточно красивый принцип работы. Возможно на фоне транзистора тиристор выглядит, как-то не очень круто потому что его нельзя закрывать управляющим электродом от чего не может выполнять какие-нибудь высокочастотные операции например шимом сильно не побалуешься, плюс еще биполярный транзистор в сравнении с тиристором может также в зависимости от управляющего тока плавно открываться и закрываться, что позволяет усиливать им аналоговые сигналы а тиристор, как кувалда у него всегда все по максимуму либо он максимально открыт либо закрыт, от этого всего может показаться, что тиристор бесполезный но у него есть кое-какие преимущества. От чего тиристоры все еще существуют и применяются во-первых при прочих равных тиристор может осилить большие токи его внутреннее сопротивление меньше чем у биполярных транзисторов достигается это благодаря тому, что площадь кристалла тиристора делают больше чем у транзисторов, как раз по той причине, что тиристору не нужно работать на высоких частотах еще у тиристора управляющий ток по сути и есть основной ток через тиристор и он как правило большой, от чего достигается максимально низкое сопротивление через PN переход транзистор уже, как правило очень сильно ограничив его управляющий ток, второе преимущество тиристора это то что даже в открытом состоянии он четко не пропускает ток в обратном направлении благодаря двум крайним PN переходам и реально работает, как диод это преимущество позволяет его очень удобно использовать в цепях переменного тока.