थायरिस्टर्स का उपकरण और पैरामीटर

एक थाइरिस्टर एक सेमीकंडक्टर डिवाइस है जिसमें तीन (या अधिक) पीएन जंक्शन होते हैं, वर्तमान-वोल्टेज विशेषता जिसमें नकारात्मक अंतर प्रतिरोध खंड होता है और जिसका उपयोग विद्युत सर्किट में स्विचिंग के लिए किया जाता है।

दो आउटपुट वाला सबसे सरल थाइरिस्टर एक डायोड थाइरिस्टर (डाइनिस्टर) है। ट्रायोड थाइरिस्टर (SCR) में अतिरिक्त रूप से एक तीसरा (नियंत्रण) इलेक्ट्रोड होता है। डायोड और ट्रायोड दोनों थाइरिस्टर्स में तीन पी-एन जंक्शन (चित्र 1) के साथ चार-परत संरचना होती है।

अंत क्षेत्रों p1 और n2 को क्रमशः एनोड और कैथोड कहा जाता है, एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड मध्य क्षेत्रों p2 या n1 में से एक से जुड़ा होता है। P1, P2, P3- p- और n-क्षेत्रों के बीच संक्रमण।

बाहरी आपूर्ति वोल्टेज का एक स्रोत ई कैथोड के सापेक्ष सकारात्मक ध्रुव के साथ एनोड से जुड़ा हुआ है। यदि ट्रायोड थाइरिस्टर के नियंत्रण इलेक्ट्रोड के माध्यम से वर्तमान Iу शून्य है, तो इसका संचालन डायोड के संचालन से भिन्न नहीं होता है। कुछ मामलों में, विभिन्न प्रकार की विद्युत चालकता p-n-p और n-R-n (चित्र 1, b) के साथ ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हुए, दो ट्रांजिस्टर के समतुल्य सर्किट के रूप में थाइरिस्टर का प्रतिनिधित्व करना सुविधाजनक होता है।

अंजीर। 1.ट्रायोड थाइरिस्टर की संरचना (ए) और दो-ट्रांजिस्टर समतुल्य सर्किट (बी)।

जैसे कि चित्र से देखा जा सकता है। 1, b, संक्रमण P2 समतुल्य परिपथ में दो ट्रांजिस्टरों का एक सामान्य संग्राहक संक्रमण है, और संक्रमण P1 और P3 उत्सर्जक जंक्शन हैं। जैसे ही फॉरवर्ड वोल्टेज Upr बढ़ता है (जो कि पावर स्रोत E के ईएमएफ को बढ़ाकर प्राप्त किया जाता है), थाइरिस्टर करंट थोड़ा बढ़ जाता है जब तक कि वोल्टेज Upr ब्रेकडाउन वोल्टेज के एक निश्चित महत्वपूर्ण मान तक नहीं पहुंच जाता है, जो टर्न-ऑन वोल्टेज Uin (चित्र) के बराबर होता है। 2).

चावल। 2. ट्रायोड थाइरिस्टर का करंट-वोल्टेज लक्षण और पारंपरिक पदनाम

P2 संक्रमण में बढ़ते विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में वोल्टेज Upr में और वृद्धि के साथ, परमाणुओं के साथ आवेश वाहकों की टक्कर के दौरान प्रभाव आयनीकरण के परिणामस्वरूप बनने वाले आवेश वाहकों की संख्या में तीव्र वृद्धि देखी जाती है। परिणामस्वरूप, जंक्शन धारा तेजी से बढ़ती है क्योंकि n2 परत से इलेक्ट्रॉन और p1 परत से छिद्र p2 और n1 परतों में जाते हैं और उन्हें अल्पसंख्यक आवेश वाहकों से संतृप्त करते हैं। स्रोत E के EMF में और वृद्धि या प्रतिरोधक R के प्रतिरोध में कमी के साथ, I - V विशेषता (चित्र 2) के ऊर्ध्वाधर खंड के अनुसार डिवाइस में करंट बढ़ता है।

न्यूनतम अग्र धारा जिस पर थाइरिस्टर चालू रहता है, उसे होल्डिंग करंट Isp कहा जाता है। जब आगे की धारा मूल्य Ipr <Isp (चित्र 2 में I - V विशेषता की अवरोही शाखा) तक घट जाती है, तो कनेक्शन का उच्च प्रतिरोध बहाल हो जाता है और थाइरिस्टर बंद हो जाता है। पी-एन जंक्शन का प्रतिरोध पुनर्प्राप्ति समय आमतौर पर 1-100 μs होता है।

जिस वोल्टेज Uin पर हिमस्खलन जैसी धारा वृद्धि शुरू होती है, उसे P2 जंक्शन से सटे प्रत्येक परत में अल्पसंख्यक आवेश वाहकों को आगे बढ़ाकर कम किया जा सकता है। ये अतिरिक्त आवेश वाहक P2 p-n जंक्शन में आयनीकरण क्रियाओं की संख्या में वृद्धि करते हैं और इसलिए टर्न-ऑन वोल्टेज Uincl घट जाती है।

चित्र में दिखाए गए ट्रायोड थाइरिस्टर में अतिरिक्त आवेश वाहक। 1, एक स्वतंत्र वोल्टेज स्रोत द्वारा संचालित सहायक सर्किट द्वारा पी 2 परत में पेश किया जाता है। जिस हद तक टर्न-ऑन वोल्टेज घटता है, क्योंकि कंट्रोल करंट बढ़ता है, अंजीर में वक्रों के परिवार द्वारा दिखाया गया है। 2.

खुले (चालू) स्थिति में स्थानांतरण, थाइरिस्टर तब भी बंद नहीं होता है जब नियंत्रण वर्तमान Iy घटकर शून्य हो जाता है। थाइरिस्टर को या तो बाहरी वोल्टेज को एक निश्चित न्यूनतम मान तक कम करके बंद किया जा सकता है, जिस पर करंट होल्डिंग करंट से कम हो जाता है, या नियंत्रण इलेक्ट्रोड के सर्किट में एक नकारात्मक करंट पल्स की आपूर्ति करके, जिसका मूल्य, हालाँकि , फॉरवर्ड स्विच करंट Ipr के मान के अनुरूप है।

ट्रायोड थाइरिस्टर का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर अनलॉकिंग कंट्रोल करंट Iu ऑन है - कंट्रोल इलेक्ट्रोड का करंट, जो ओपन स्टेट में थाइरिस्टर के स्विचिंग को सुनिश्चित करता है। इस करंट का मान कई सौ मिलीमीटर तक पहुँच जाता है।

अंजीर। 2 यह देखा जा सकता है कि जब थाइरिस्टर पर एक रिवर्स वोल्टेज लगाया जाता है, तो उसमें एक छोटा करंट होता है, क्योंकि इस मामले में P1 और P3 के संक्रमण बंद हो जाते हैं। विपरीत दिशा में थाइरिस्टर क्षति से बचने के लिए (जो स्ट्रोक के थर्मल ब्रेकडाउन के कारण थाइरिस्टर को संचालन से बाहर कर देता है), रिवर्स वोल्टेज को यूरेव.मैक्स से कम होना आवश्यक है।

सममित डायोड और ट्रायोड थाइरिस्टर्स में, उलटा I-V विशेषता आगे वाले के साथ मेल खाती है। यह दो समान चार-परत संरचनाओं के समानांतर-विरोधी कनेक्शन या चार पी-एन जंक्शनों के साथ विशेष पांच-परत संरचनाओं का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

चावल। 3. एक सममित थाइरिस्टर (ए) की संरचना, इसका योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (बी) और वर्तमान-वोल्टेज विशेषता (सी)

वर्तमान में, थायरिस्टर्स का उत्पादन 3000 A तक की धाराओं और 6000 V तक के टर्न-ऑन वोल्टेज के लिए किया जाता है।

अधिकांश थायरिस्टर्स का मुख्य नुकसान अपूर्ण नियंत्रणीयता है (नियंत्रण संकेत को हटाने के बाद थाइरिस्टर बंद नहीं होता है) और अपेक्षाकृत कम गति (माइक्रोसेकंड के दसियों)। हाल ही में, हालांकि, थाइरिस्टर्स बनाए गए हैं जिनमें पहली खामी को दूर कर दिया गया है (लॉकिंग थाइरिस्टर्स को कंट्रोल करंट का उपयोग करके बंद किया जा सकता है)।

पोटापोव एल.ए.