(от греч. thýra - дверь, вход и англ. resistor - Резистор
полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника (См.
Полупроводники) с четырёхслойной структурой
р-n-p-n-типа, обладающий свойствами вентиля электрического (См.
Вентиль электрический) и имеющий нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ). С крайними слоями (областями) монокристалла контактируют силовые электроды (СЭ) - анод и катод, от одного из промежуточных слоев делают вывод электрода управления (УЭ).
К СЭ подсоединяют токоподводы силовой цепи и устройства теплоотвода. В случае, когда к СЭ прикладывается напряжение прямой полярности
Unp (как указано на
рис. 1), первый (П
1) и третий (П
3) электронно-дырочные переходы (См.
Электронно-дырочный переход) смещаются в прямом направлении, а второй (П
2) - в обратном. Через переходы П
1 и П
3 в области, примыкающие к переходу П
2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода П
2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через Т. сначала растет медленно, что соответствует участку ОА на ВАХ (
рис. 2). В этом режиме Т. можно считать запертым, так как сопротивление перехода П
2 всё ещё очень велико (при этом напряжения на переходах П
1 и П
3 малы, и почти всё приложенное напряжение падает на переходе П
2). По мере увеличения напряжения на Т. снижается доля напряжения, падающего на П
2, и быстрее возрастают напряжения на П
1 и П
2, что вызывает дальнейшее увеличение тока через Т. и усиление инжекции неосновных носителей в область П
3. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен
в), называется напряжением переключения
Uпер (точка А на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, Т. переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи (точка В на ВАХ).
Процесс скачкообразного переключения Т. из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью можно объяснить, рассматривая Т. как комбинацию двух
Транзисторов (T
1 и Т
2), включенных навстречу друг другу (
рис. 3). Крайние области монокристалла являются эмиттерами (
р-слой называется анодным эмиттером,
n-слой - катодным), а средние - коллектором одного и одновременно базой др. транзистора. Ток
i, протекающий во внешней цепи Т., является током первого эмиттера
iэ1 и током второго эмиттера
iэ2. Вместе с тем этот ток складывается из двух коллекторных токов
iк1 и
iк2, равных соответственно α
1iэ1 и α
2iэ2, где "α
1 и α
2 - коэффициенты передачи эмиттерного тока транзисторов T
1 и Т
2; кроме того, в его состав входит ток коллекторного перехода
iкo (так называемый обратный ток). Таким образом
i =
α
1iэ1 + α
2iэ2 +
iкo. С учётом
iэ1 =
iэ2 =
i имеем
. При малых токах α
1 и α
2 значительно меньше 1 (и их сумма также меньше 1). С увеличением тока α
1 и α
2 растут, что ведёт к возрастанию
i. Когда он достигает значения, называется током включения
Iвк, сумма α
1+α
2 становится приблизительно равной 1, и ток скачком возрастает до величины, ограничиваемой сопротивлением нагрузки (точка В на
рис. 2). Всякий Т. характеризуется предельно допустимым значением прямого тока
Iпред (точка Г на
рис. 2), при котором на приборе будет небольшое остаточное напряжение
Uocт. Если же уменьшать ток через Т., то при некотором его значении, называется удерживающим током
Iyд (точка Б на
рис. 2), Т. запирается - переходит в состояние с низкой проводимостью, соответствующее участку ОА на ВАХ. При напряжении обратной полярности кривая зависимости тока от напряжения выглядит так же, как соответствующая часть ВАХ полупроводникового диода (См.
Полупроводниковый диод)
.
Описанный способ включения Т. (повышением напряжения между его СЭ) применяют в Т., называется вентилями-переключателями (реже неуправляемыми Т., или динисторами). Однако преимущественное распространение получили Т., включаемые подачей в цепь УЭ импульса тока определённой величины и длительности при положительной разности потенциалов между анодом и катодом (обычно их называют управляемыми вентилями или Т.). Особую группу составляют
Фототиристоры
, перевод которых в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием. Выключение Т. производят либо снижением тока через Т. до значения
Iyд, либо изменением полярности напряжения на его СЭ.
В соответствии с назначением различают Т. с односторонней проводимостью, с двухсторонней проводимостью (симметричные), быстродействующие, высокочастотные, импульсные, двухоперационные и специальные.
Полупроводниковый элемент Т. изготовляют из кремниевых монокристаллических дисков (пластин), вводя в Si добавки В, Al и Р. При этом в основном используют диффузионную и сплавную технологию. Конструктивно Т. выполняют (рис. 4) в герметичном корпусе; для обеспечения механической прочности и устранения тепловых напряжений, возникающих из-за различия коэффициентов расширения Si и Cu (материал электродов), между кристаллом и электродами устанавливают термокомпенсирующие вольфрамовые или молибденовые диски. Различают Т. штыревой конструкции - в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные (с отводом тепла с одной стороны Т.) и таблеточные (с двухсторонним отводом тепла). Основные конструкции Т. - таблеточная и штыревая. Т. на токи до 500 а изготовляют с воздушным охлаждением, на токи свыше 500 а - обычно с водяным.
Современные Т. изготовляют на токи от 1 ма до 10 ка напряжения от нескольких в до нескольких кв; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 а/сек, напряжения - 109 в/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мксек, время выключения - от нескольких единиц до нескольких сотен мксек; кпд достигает 99\%.
Т. нашли применение в качестве вентилей в преобразователях электрической энергии (см.
Преобразовательная техника, Тиристорный электропривод)
, исполнительных и усилительных элементов в системах автоматического управления (См.
Автоматическое управление)
, ключей и элементов памяти в различных электронных устройствах и т. п., где они совместно с др. полупроводниковыми приборами (См.
Полупроводниковые приборы) к середине 70-х гг. 20 в. в основном вытеснили электронные (электровакуумные) и ионные (газоразрядные и ртутные) вентили.
Лит.: Тиристоры. (Технический справочник), пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Кузьмин В, А., Тиристоры малой и средней мощности, М., 1971.
Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.
Рис. 5 (а, б). Общий вид тиристоров: а - штыревого в металлическом корпусе; б - таблеточного в керамическом корпусе.
Рис. 5 (в, г). Общий вид тиристоров: в - прижимного в металлокерамическом корпусе; г - штыревого в металлокерамическом корпусе в сборе с охладителем.
Рис. 1. Схематическое изображение тиристора: А - анод; К - катод; УЭ - управляющий электрод; П - электронно-дырочный переход; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.
Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора (вентиля-переключателя): участок ОА соответствует состоянию тиристора с низкой проводимостью, участок БГ - с высокой проводимостью.
Рис. 3. Схематическое изображение тиристора в виде двух включенных навстречу друг другу транзисторов: Т - транзистор; Э - эмиттер; Б - база; К - коллектор; iэ - эмиттерный ток; iк - коллекторный ток; iкo - ток коллекторного перехода; Rн - сопротивление внешней цепи; Uпp - прямое напряжение на тиристоре.
Рис. 4. Управляемый тиристор (в разрезе): 1 - основание (силовой электрод); 2 - полупроводниковый кристалл; 3 - фторопластовое кольцо; 4 - гибкий внутренний провод; 5 - крышка; 6 - изолятор крышки; 7 - стержень крышки; 8 - гибкий наружный вывод (силовой электрод); 9 - управляющий электрод; 10 - наконечник наружного вывода.