Тиристоры - многослойные структуры с чередующимися электронно-дырочными областям, двухэлектродные тиристоры называют
денисторами, трехэлектродные - тринисторами. Иногда тиристоры называют кремниевыми управляемыми вентилями, что подчеркивает
их основное назначение в силовой электронике - управление мощностью в нагрузке. На рис. 70 приведены примеры некоторых
возможных структур тиристоров и их графические обозначения.
Рис. 70. Примеры структур тиристоров: динисторы (а, г), управляемые тиристоры (б, в, д, е). Обозначения: А - анод,
К - катод, У - управляющий электрод.
Функционально тиристоры являются электронными ключевыми элементами, сопротивление которых при определенном пороговом
напряжении на них изменяется с высокого (выключенное состояние) на низкое (включенное состояние). Динистор имеет
постоянный порог срабатывания, порог тринистора может изменяться током управляющего электрода.
Пример характеристик динистора приведен на рис. 71а и тринистора на рис. 71б.
Рис. 71. Схематичное представление вольтамперных характеристик тиристоров: ф) динистор; б) тринистор. Значения
тока управляющего электрода Iу0 = 0, Iу1<Iу2.
К катоду тиристора прикладывается отрицательное напряжение, к аноду положительное, поэтому центральный pn переход
для запертого тиристора (т.А на рис. 71) оказывается смещенной в обратном направлении.
Рис. 72. Энергетические диаграммы pnpn структуры теристора в выключенном состоянии (т. А) и включенном состоянии
(т. В). Пунктиром обозначено положение уровней Ферми.
Соответствующие энергетические диаграммы для областей тиристора показаны на рис. 72. Центральный, смещенный в обратном
направлении переход можно рассматривать как коллектор для расположенного слева pnp транзистора и расположенного справа
npn транзистора. Действительно он собирает и перебрасывает в соседнюю область подходящие к нему неосновные носители заряда
(дырки со стороны n - базы и электроны со стороны p- базы).и Как видно из диаграмма рис. 72 n и p базы тиристора являются
потенциальными ямами соответственно для электронов и дырок как генерируемых в их объеме, так и поступающих. через
коллекторный переход.
Генерируемые в области ОПЗ коллекторного перехода электроны и дырки разделяются полем этого перехода и поступают
соответственно в n и p базы (см. левую диаграмму рис. 72. Для запертого тиристора (т.А) количество поступающих в базу
неосновных носителей в результате тепловой генерации в области базы и области ОПЗ коллектора равно количеству носителей
рекомбинирующих в базе и выходящих через эмиттерный переход создавая тепловой ток запертого тиристора
(соответствующий т. А). При этом высота барьеров эмиттер-база для pnp и npn транзисторов близка к соответствующим значениям
контактных разностей потенциалов.
При увеличении напряжения коллекторного перехода, в области ОПЗ коллектора начинается лавинное умножение неосновных
носителей, что приводит к росту потоков электронов и дырок и их накопление в соответствующих базах. Появление
дополнительного отрицательного заряда электронов в n базе приводит к приоткрыванию эмиттерного перехода pnp и инжекции
дырок, заряд которых нейтрализует накопленный в базе заряд электроны. Появление дополнительного положительного заряда
дырок в p базе приводит к приоткрыванию эмиттерного перехода pnp транзистора и инжекции электронов, заряд которых
нейтрализует накопленный в базе заряд дырок. Инжектированные дополнительно носители через коллектор попадают в соседнюю
базу, способствую дальнейшему открыванию соответствующих эмиттерных переходов и нарастанию тока. Процесс будет повторяться
до тех пор, пока не будет достигнут предельно возможный в данной цепи ток, обусловленный внешней нагрузкой (если нагрузка
активная, то это Imax ~ Eк/Rн). При этом тиристор переходит во включенное состояние (т. В на рис. 71) в котором он
обладает минимальным сопротивлением. При этом как pnp транзистор (в дальнейшем будем связанные с ним величины обозначать
индексом "p"), так и npn транзистор (в дальнейшем будем связанные с ним величины обозначать индексом "n") попадают в
режим насыщения. Схематическое распределение носителей в базах тиристора для выключенного и включенного состояния показаны
на рис. 73. На рисунке обозначены значения основных носителей для каждой из областей, однако следует иметь ввиду условность
этих обозначений (концентрация основных носителей на несколько порядков выше, чем неосновных и в выбранном масштабе можно
только отобразить факт их наличия и превосходства по концентрации).
Рис. 73. Схема распределения носителей в структуре тиристора в выключенном (т. А) и включенном состояниях (т. В).
