Прагляд зыходнага тэксту старонкі Тырыстар

[[Выява:Дыёд тырыстар пазначэнне.svg|250px|thumb|Абазначэнне на схемах]]
'''Тыры́стар''' ({{lang-el|thyra}} дзверы + {{lang-en|(res)istor}} супраціўленне) — кіроўны пераключальны [[дыёд]] са шматслойнай структурай электронна-дзірачных пераходаў (''p''-''n''). Праводзіць ток толькі ў адным кірунку ([[вентыль]]) і мае два ўстойлівыя станы: нізкай праводнасці (тырыстар закрыты) і высокай праводнасці (тырыстар адкрыты). Характарыстыкамі прапускання падобны да іоннага [[тыратрон]]а, адсюль іншая (гістарычная) назва: '''паўправодніковы тыратрон'''.

У электрычную схему ўключаецца: катодам-анодам у сілавы ланцуг, катодам-кіроўным электродам у кіравальны ланцуг. Імпульс току ў кіравальным ланцугу прыводзіць да адкрывання тырыстара. Кіравальны імпульс фарміруецца вонкава або ўнутры самой прылады, напрыклад, фотаэфектам (фотатырыстар).

Тырыстар мае нелінейную разрыўную вольтамперную характарыстыку ([[вольт-амперная характарыстыка|ВАХ]]).

Асноўныя параметры: ток прапускання, час уключэння, час выключэння.

== Канструкцыя тырыстара ==
[[Файл:Устройство тиристора.svg|thumb|200px|Мал. 1. Схемы тырыстара: a) Асноўная чатырохслаёвая ''p-n-p-n''-структура b) Дыёдны тырыстар с) Трыёдны тырыстар.]]
Асноўная схема тырыстарнай структуры прадстаўлена на мал. 1. Яна ўяўляе сабой чатырохполюсную p-n-p-n прыладу, якая змяшчае тры паслядоўна злучаныя [[p-n пераход]]ы J1, J2, J3. Кантакт да знешняга p-слоя называецца [[анод]]ам, да знешняга n-слоя — [[катод]]ам. У агульным выпадку p-n-p-n прылада можа мець два кіруючыя электроды (базы), далучаныя да ўнутраных слаёў. Прылада без кіруючых электродаў называецца ''дыёдным тырыстарам'' (або ''[[дыністар]]ам''). Прылада з адным кіруючым электродам называецца ''трыёдным тырыстарам'' або ''трыністарам'' (іншы раз проста тырыстарам).

== Вольт-амперная характарыстыка тырыстара ==
[[Файл:Thyristor I-V diagram.svg|thumb|200px|Мал. 2. Вольтамперная характарыстыка тырыстара]]
ВАХ тырыстара (з кіруючымі электродамі або без іх) прыведзена на малюнку 2. Яна мае некалькі ўчасткаў:
* Паміж кропкамі 0 і (Vвo,IL) знаходзіцца ўчастак, адпаведны высокаму [[электрычнае супраціўленне|супраціўленню]] прылады — прамое запіранне (ніжняя галіна).
* У кропцы Vво адбываецца ўключэнне тырыстара.
* Паміж кропкамі (Vво, IL) і (Vн,Iн) знаходзіцца ўчастак з {{нп4|адмоўнае дыферэнцыяльнае супраціўленне|адмоўным дыферэнцыяльным супраціўленнем|ru|Отрицательное дифференциальное сопротивление}} — няўстойлівая вобласць пераходу ва ўключаны стан.
* Участак ад кропкі (Vн,Iн) і вышэй адпавядае адкрытаму стану (прамой праводнасці).
* У кропцы (Vн,Iн) праз прыладу працякае мінімальны ўтрымліваючы [[электрычны ток|ток]] ''I<sub>h</sub>''.
* Участак паміж 0 і Vbr апісвае рэжым адваротнага запірання прылады.
* Участак злева ад Vbr — рэжым адваротнага прабою.

== Рэжымы работы тырыстара ==

=== Рэжым адваротнага запірання ===
[[File:Тиристор в режиме обратного запирания vector.svg|thumb|200px|Мал. 3. Рэжым адваротнага запірання тырыстара]]

Два асноўныя фактары абмяжоўваюць рэжым адваротнага прабою і прамога прабою:
# {{нп4|Лавінны прабой||ru|Лавинный пробой}}.
# Пракол [[p-n пераход#Фізіка p — n-пераходу|збедненай вобласці]].

У рэжыме адваротнага запірання да анода прылады прыкладзена [[электрычнае напружанне|напружанне]], адмоўнае адносна катода; пераходы J1 і J3 зрушаныя ў адваротным кірунку, а пераход J2 зрушаны ў прамым (гл. малюнак 3). У гэтым выпадку вялікая частка прыкладзенага напружання падае на адным з пераходаў J1 або J3 (у залежнасці ад ступені легіравання розных абласцей). Хай гэта будзе пераход J1. У залежнасці ад таўшчыні W<sub>n1</sub> слоя n1 прабой выклікаецца лавінным множаннем (таўшчыня збедненай вобласці пры прабоі менш W<sub>n1</sub>) альбо праколам (збеднены слой распаўсюджваецца на ўсю вобласць n1, і адбываецца змыканне пераходаў J1 і J2).

=== Рэжым прамога запірання ===

Пры прамым запіранні напружанне на анодзе дадатнае адносна катода, і адваротна зрушаны толькі пераход J2. Пераходы J1 і J3 зрушаныя ў прамым кірунку. Вялікая частка прыкладзенага напружання падае на пераходзе J2. Праз пераходы J1 і J3 у вобласці, якія прымыкаюць да пераходу J2, [[інжэкцыя носьбітаў зарада|інжэкціруюцца неасноўныя носьбіты]], якія памяншаюць супраціўленне пераходу J2, павялічваюць ток праз яго і памяншаюць падзенне напружання на ім. Пры павышэнні прамога напружання ток праз тырыстар спачатку расце павольна, што адпавядае ўчастку 0-1 на ВАХ. У гэтым рэжыме тырыстар можна лічыць закрытым, бо супраціўленне пераходу J2 усё яшчэ вельмі вялікае. Па меры павелічэння напружання на тырыстары зніжаецца частка напружання, якое падае на J2, і хутчэй узрастаюць напружанні на J1 і J3, што выклікае далейшае павелічэнне току праз тырыстар і ўзмацненне інжэкцыі неасноўных носьбітаў у вобласць J2. Пры некаторым значэнні напружання (парадку дзясяткаў або соцень вольт), так званым напружанні пераключэння ''V<sub>BO</sub>'' (гл. ВАХ), працэс набывае лавінападобны характар, тырыстар пераходзіць у стан з высокай праводнасцю (уключаецца), і ў ім устанаўліваецца ток, вызначаны напружаннем крыніцы і супраціўленнем знешняга ланцуга.

==== Двухтранзістарная мадэль ====
[[Файл:Двухтранзисторная модель тиристора.png|center|thumb|500px|Мал. 4. Двухтранзістарная мадэль трыёднага тырыстара, злучэнне транзістараў і суадносіны токаў у p-n-p транзістары.]]

Для тлумачэння характарыстык прылады ў рэжыме прамога запірання выкарыстаем двухтранзістарную мадэль. Тырыстар можна разглядаць як злучэнне p-n-p [[транзістар]]а з n-p-n транзістарам, прычым калектар кожнага з іх злучаны з базай іншага, як паказана на малюнку 4 для трыёднага тырыстара. Цэнтральны пераход дзейнічае як калектар [[электронная дзірка|дзірак]], інжэкціруемых пераходам J1, і [[электрон]]аў, інжэкціруемых пераходам J3. Узаемасувязь паміж токамі эмітара ''I<sub>E</sub>'', калектара ''I<sub>C</sub>'' і базы ''I<sub>B</sub>'' і статычным каэфіцыентам узмацнення па току α<sub>1</sub> p-n-p транзістара таксама прыведзеная на мал. 4, дзе I<sub>Cо</sub> — адваротны ток насычэння пераходу калектар-база.

Аналагічныя суадносіны можна атрымаць для n-p-n транзістара пры змене кірунку токаў на процілеглы. На малюнку 4 відаць, што калектарны ток n-p-n транзістара з'яўляецца адначасова базавым токам p-n-p транзістара. Аналагічна калектарны ток p-n-p транзістара і кіруючы ток ''I<sub>g</sub>'' уцякаюць у базу n-p-n транзістара. У выніку, калі агульны каэфіцыент узмацнення ў замкнёнай пятлі перавысіць 1, становіцца магчымым рэгенератыўны працэс.

Ток базы p-n-p транзістара роўны
: ''I<sub>B1</sub>'' = (1 — α<sub>1</sub>)''I<sub>A</sub>'' — ''I<sub>Co1</sub>''.
Гэты ток таксама працякае праз калектар n-p-n транзістара.
Ток калектара n-p-n транзістара з каэфіцыентам узмацнення α<sub>2</sub> роўны
: ''I<sub>C2</sub>'' = α<sub>2</sub>''I<sub>K</sub>'' + ''I<sub>Co2</sub>''.

Прыраўняўшы ''I<sub>B1</sub>'' і ''I<sub>C2</sub>'', атрымаем
: (1 — α<sub>1</sub>)''I<sub>A</sub>'' — ''I<sub>Co1</sub>'' = α<sub>2</sub>''I<sub>K</sub>'' + ''I<sub>Co2</sub>''.
Паколькі ''I<sub>K</sub>'' = ''I<sub>A</sub>'' + ''I<sub>g</sub>'', то
: <math>I_A=\frac{\alpha_2I_g+I_{Co1}+I_{Co2}}{1-(\alpha_1+\alpha_2)}</math>

Гэтае ўраўненне апісвае статычную характарыстыку прылады ў дыяпазоне напружанняў да самага прабою. Пасля прабою прылада працуе як [[p-i-n-дыёд]]. Адзначым, што ўсе складнікі ў лічніку правай часткі ўраўнення малыя. Такім чынам, пакуль член α<sub>1</sub> + α<sub>2</sub> < 1, ток ''I<sub>A</sub>'' малы. (Каэфіцыенты α1 і α2 самі залежаць ад ''I<sub>A</sub>'' і звычайна растуць з павелічэннем току.) Калі α1 + α2 = 1, то назоўнік дробу становіцца нулём і адбываецца прамы прабой (або ўключэнне тырыстара). Варта адзначыць, што калі палярнасць напружання паміж анодам і катодам змяніць на адваротную, то пераходы J1 і J3 будуць зрушаныя ў адваротным кірунку, а J2 — у прамым. Пры такіх умовах прабой не адбываецца, бо ў якасці эмітара працуе толькі цэнтральны пераход і рэгенератыўны працэс становіцца немагчымым.

[[Файл:Тиристор при прямом смещении.png|thumb|200px|Рыс. 5. Энергетычная зонная дыяграма ў рэжыме прамога зрушэння: стан раўнавагі, рэжым прамога запірання і рэжым прамой праводнасці.]]
Шырыня збедненых слаёў і энергетычныя зонныя дыяграмы ў раўнавазе, у рэжымах прамога запірання і прамой праводнасці паказаныя на мал. 5. У раўнавазе збедненая вобласць кожнага пераходу і кантактны патэнцыял вызначаюцца профілем размеркавання прымесей. Калі да анода прыкладзена дадатнае напружанне, пераход J2 імкнецца зрушыцца ў адваротным кірунку, а пераходы J1 і J3 — у прамым. Падзенне напружання паміж анодам і катодам роўнае алгебраічнай суме падзенняў напружанняў на пераходах:
: ''V<sub>AK</sub>'' = ''V<sub>1</sub>'' + ''V<sub>2</sub>'' + ''V<sub>3</sub>''.
Па меры павышэння напружання ўзрастае ток праз прыладу і, такім чынам, павялічваюцца α1 і α2. Дзякуючы рэгенератыўнаму характару гэтых працэсаў прылада ў рэшце рэшт пяройдзе ў адкрыты стан. Пасля ўключэння тырыстара ток, які праходзіць праз яго, павінен быць абмежаваны знешнім супраціўленнем нагрузкі, у адваротным выпадку пры досыць высокім напружанні тырыстар выйдзе са строю. Ва ўключаным стане пераход J2 зрушаны ў прамым кірунку (мал. 5, в), і падзенне напружання
: <sub>V<sub>AK</sub></sub> = (<sub>V<sub>1</sub></sub> — |''V<sub>2</sub>''| + <sub>V<sub>3</sub></sub>)
прыблізна роўнае суме напружання на адным прамазрушаным пераходзе і напружання на насычаным транзістары.

=== Рэжым прамой праводнасці ===

Калі тырыстар знаходзіцца ва ўключаным стане, усе тры пераходы зрушаныя ў прамым кірунку. Дзіркі інжэкціруюцца з вобласці p1, а электроны — з вобласці n2, і структура n1-p2-n2 паводзіць сябе аналагічна насычанаму транзістару з выдаленым дыёдным кантактам да вобласці n1. Такім чынам, прылада ў цэлым аналагічная p-i-n (p<sup>+</sup>-i-n<sup>+</sup>)-дыёду.

== Адрозненне дыністара ад трыністара ==
Прынцыповых адрозненняў паміж дыністарам і трыністарам няма, аднак калі ўключэнне дыністара адбываецца пры павышэнні напружання паміж анодам і катодам, то ў трыністары для гэтага выкарыстоўваюць падачу імпульсу току вызначанай працягласці і велічыні на кіруючы электрод пры дадатнай рознасці патэнцыялаў паміж анодам і катодам. Трыністары з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі прыладамі з «тырыстарнага» сямейства.

Выключаюцца тырыстары альбо паніжэннем току праз тырыстар да значэння ''I<sub>h</sub>'', альбо зменай палярнасці напружання паміж катодам і анодам.

== Характарыстыкі тырыстараў ==
Сучасныя <!-- хм --> тырыстары вырабляюць на токі ад 1 мА да 10 кА, напружанні ад некалькіх В да некалькіх кВ; хуткасць нарастання ў іх прамога току дасягае 10<sup>9</sup> А/сек, напружання — 10<sup>9</sup> В/сек, час уключэння мае велічыню ад некалькіх дзясятых долей да некалькіх дзясяткаў мкс, час выключэння — ад некалькіх адзінак да некалькіх соцень мкс; [[каэфіцыент карыснага дзеяння|ккд]] дасягае 99 %.

== Ужыванне ==
* Электронныя ключы
* Кіруемыя [[выпрамляльнік]]і
* Ператваральнікі ([[Інвертар, ператваральнік|інвертары]])
* Рэгулятары магутнасці ([[трымер]]ы)

== Гл. таксама ==
* [[Дыёд]]
* [[Рэзістар]]
* [[Транзістар]]
* [[Тэрмістар]]
* [[Сімістар]]
* [[Ключ (электратэхніка)]]

== Літаратура ==
* {{крыніцы/БелЭн|16|Тыры́стар||80}}
* {{кніга|загаловак=Русско-белорусский политехнический словарь. В 2 т.|адказны=[[НАНБ|НАН Беларуси]], [[Інстытут мовазнаўства імя Я. Коласа|Инт-т языкознания им. Я. Коласа]]; Ред. [[Ірына Леанідаўна Бурак|И. Л. Бурак]] и др.|месца=Мн.|выдавецтва=[[Беларуская навука (выдавецтва)|Беларуская навука]]|год=1998|том=2. О—Я|старонак=807|isbn=985-08-0232-4|тыраж=500|частка=тири́стор тыры́стар|старонкі=556}}
* {{ВСЭ3|Тири́стор|25|570—572|аўтар=Иньков Ю. М., Сакович А. А.}}
* {{Крыніцы/Большая политехническая энциклопедия|Тири́стор|542}}
* {{Крыніцы/НПС (2000)|Тири́стор|543}}
* {{Кніга|загаловак=Политехнический словарь|адказны=Редкол.: [[Аляксандр Юльевіч Ішлінскі|А. Ю. Ишлинский]] (гл. ред.) и др|выданне=3-е изд., перераб. и доп|месца=М.|выдавецтва=Советская энциклопедия|год=1989|старонак=656|тыраж=150000|мова=ru|isbn=5-85270-003-7|ref=Ишлинский|частка=Тири́стор|старонкі=534}}

{{Электроніка}}
{{Бібліяінфармацыя}}
[[Катэгорыя:Электроніка]]
[[Катэгорыя:Паўправадніковыя прылады]]