Perangkat dan parameter thyristor
Thyristor adalah perangkat semikonduktor dengan tiga (atau lebih) persimpangan p-n, karakteristik arus-tegangan yang memiliki bagian resistansi diferensial negatif dan yang digunakan untuk beralih di sirkuit listrik.
Thyristor paling sederhana dengan dua keluaran adalah thyristor dioda (dynistor). Triode thyristor (SCR) juga memiliki elektroda ketiga (kontrol). Thyristor dioda dan triode memiliki struktur empat lapis dengan tiga persimpangan p-n (Gbr. 1).
Area ujung p1 dan n2 masing-masing disebut anoda dan katoda, elektroda kontrol dihubungkan ke salah satu area tengah p2 atau n1. P1, P2, P3- transisi antara wilayah p dan n.
Sumber E dari tegangan suplai eksternal dihubungkan ke anoda dengan kutub positif relatif terhadap katoda. Jika arus Iу melalui elektroda kontrol thyristor triode adalah nol, operasinya tidak berbeda dengan operasi dioda. Dalam beberapa kasus, akan lebih mudah untuk merepresentasikan thyristor sebagai rangkaian yang setara dengan dua transistor, menggunakan transistor dengan berbagai jenis konduktivitas listrik p-n-p dan n-R-n (Gbr. 1, b).
Ara. 1.Struktur (a) dan rangkaian ekuivalen dua transistor (b) dari triode thyristor
Seperti dapat dilihat dari gambar. 1, b, transisi P2 adalah transisi kolektor umum dari dua transistor dalam rangkaian ekuivalen, dan transisi P1 dan P3 adalah sambungan emitor. Saat tegangan maju Upr meningkat (yang dicapai dengan meningkatkan ggl sumber daya E), arus thyristor sedikit meningkat hingga tegangan Upr mendekati nilai kritis tertentu dari tegangan tembus, sama dengan tegangan nyala Uin (Gbr. .2).
Beras. 2. Karakteristik arus-tegangan dan penunjukan konvensional dari triode thyristor
Dengan peningkatan tegangan Upr lebih lanjut di bawah pengaruh medan listrik yang meningkat dalam transisi P2, peningkatan tajam dalam jumlah pembawa muatan yang terbentuk sebagai akibat dari tumbukan ionisasi selama tumbukan pembawa muatan dengan atom diamati. Akibatnya, arus persimpangan meningkat dengan cepat ketika elektron dari lapisan n2 dan lubang dari lapisan p1 bergegas ke lapisan p2 dan n1 dan menjenuhkannya dengan pembawa muatan minoritas. Dengan peningkatan EMF lebih lanjut dari sumber E atau penurunan resistansi resistor R, arus pada perangkat meningkat sesuai dengan bagian vertikal dari karakteristik I — V (Gbr. 2)
Arus maju minimum tempat thyristor tetap menyala disebut holding current Isp. Ketika arus maju menurun ke nilai Ipr <Isp (cabang menurun dari karakteristik I — V pada Gambar 2), resistansi tinggi sambungan dipulihkan dan thyristor dimatikan. Waktu pemulihan resistensi dari persimpangan p-n biasanya 1-100 µs.
Tegangan Uin di mana peningkatan arus seperti longsoran salju dimulai dapat dikurangi dengan memasukkan lebih jauh pembawa muatan minoritas ke setiap lapisan yang berdekatan dengan persimpangan P2. Pembawa muatan tambahan ini meningkatkan jumlah aksi ionisasi di sambungan p-n P2 dan karenanya tegangan penyalaan Uincl berkurang.
Pembawa muatan tambahan dalam triode thyristor ditunjukkan pada Gambar. 1, dimasukkan ke dalam lapisan p2 oleh sirkuit tambahan yang ditenagai oleh sumber tegangan independen. Sejauh mana tegangan turn-on berkurang ketika arus kontrol meningkat ditunjukkan oleh keluarga kurva pada Gambar. 2.
Mentransfer ke keadaan terbuka (hidup), thyristor tidak mati bahkan ketika arus kontrol Iy berkurang menjadi nol. Thyristor dapat dimatikan baik dengan menurunkan tegangan eksternal ke nilai minimum tertentu, di mana arus menjadi kurang dari arus penahan, atau dengan memasok pulsa arus negatif ke sirkuit elektroda kontrol, yang nilainya, bagaimanapun , sepadan dengan nilai Ipr arus sakelar maju.
Parameter penting dari triode thyristor adalah membuka kunci arus kontrol Iu - arus elektroda kontrol, yang memastikan pergantian thyristor dalam keadaan terbuka. Nilai arus ini mencapai beberapa ratus miliampere.
Ara. 2 dapat dilihat bahwa ketika tegangan balik diterapkan ke thyristor, arus kecil terjadi di dalamnya, karena dalam hal ini transisi P1 dan P3 ditutup. Untuk menghindari kerusakan thyristor pada arah sebaliknya (yang membuat thyristor tidak beroperasi karena kerusakan termal stroke), tegangan balik harus kurang dari Urev.max.
Pada thyristor dioda dan triode simetris, karakteristik kebalikan I-V bertepatan dengan yang maju. Ini dicapai dengan koneksi anti-paralel dari dua struktur empat lapis yang identik atau dengan menggunakan struktur lima lapis khusus dengan empat sambungan p-n.
Beras. 3. Struktur thyristor simetris (a), representasi skematiknya (b) dan karakteristik tegangan arus (c)
Saat ini, thyristor diproduksi untuk arus hingga 3000 A dan tegangan hidup hingga 6000 V.
Kerugian utama dari sebagian besar thyristor adalah kemampuan kontrol yang tidak lengkap (thyristor tidak mati setelah sinyal kontrol dilepas) dan kecepatan yang relatif rendah (puluhan mikrodetik). Namun baru-baru ini, thyristor telah dibuat di mana kelemahan pertama telah dihilangkan (penguncian thyristor dapat dimatikan menggunakan arus kontrol).
Potapov L.A.