Тиристоры, или кремниевые управляемые выпрямители (SCR - silicon controlled rectifyer) находят множество применений в электронике и в частности в управлении мощностью. Эти приборы считаются рабочей лошадкой электроники высоких мощностей.

Тиристоры способны переключать высокие уровни энергии и используются в связи с этим в огромном числе применений.Так же тиристоры находят применения и в электроники низких мощностей, где они используются в большом количестве цепей от диммеров для управления интенсивностью освещения до защиты от перенапряжений источников питания.

Термин SCR или кремниевый управляемый выпрямитель часто используется в качестве синонима термина тиристор, на самом деле SCR - это торговое наименование, используемое компанией General Electric.

Открытие тиристора

Идея тиристора была впервые описана Шокли в 1950 году. Он назывался биполярным транзистором с p-n крючковым коллектором. Механизм его работы был в дальнейшем проанализирован Эберсом.

Затем в 1956 году Молл исследовал механизм переключения тиристора. Развитие продолжилось и о работе тиристоров была получена исчерпывающая информация, а первые промышленные тиристоры появились в начале 1960-х годов, набирая популярность в качестве прибора для коммутации силовых цепей.

Применения тиристоров

Тиристоры, или кремниевые управляемые выпрямители (SCR) используются во большом количестве различных применений. Наиболее распространенные применения тиристоров следующие:

• Управление цепями переменного тока (включая освещение, электродвигатели и т.п.);
• Защитные устройства в источниках питания;
• Переключение цепей переменного тока;
• Управляющие элементы в контроллерах, управляемых по фазовому углу;
• В фотовспышках, где они работают как выключатель для разряда накопленного напряжения через лампу вспышки, а затем выключают лампу через заданное время.

Тиристоры способны коммутировать высокие напряжения и выдерживать обратные напряжения, что делает их идеальными для задач коммутации, в особенности в цепях переменного тока.

Основы тиристоров

Тиристоры или SCR (кремниевые управляемые выпрямители) являются приборами с радом необычных характеристик. У них три вывода: анод, катод и затвор - названия, доставшиеся от вакуумной электронной техники. Как можно ожидать, затвор - это управляющий электрод, в то время как основной ток течет между анодом и катодом.

Как можно определить исходя из используемого для обозначения тиристора символа, показанного ниже, это прибор является однонаправленным, что объясняет наименование кремниевый управляемый выпрямитель, данное компанией GE. Поэтому когда этот прибор используется в цепях переменного тока, он проводит только в течение половины периода.

В работе, тиристор или SCR не проводит в исходном состоянии. Для того, чтобы открыться, тиристору нужен определенный уровень тока, текущий через затвор. Как только тиристор откроется, он будет оставаться в фазе проводимости до тех пор, пока напряжение между анодом и катодом не будет снято - это, очевидно, случается в конце полупериода, в течение которого тиристор находится в фазе проводимости. Следующую половину периода тиристор будет закрыт как результат работы в качестве выпрямителя. Затем снова потребуется ток через затвор для того, чтобы открыть тиристор снова.

Обозначение тиристора на схеме

Символ SCR или тиристора используется на принципиальных схемах для того, чтобы подчеркнуть его выпрямительные характеристики и одновременно указать на наличие управляемого затвора. В результате, символ тиристора состоит из традиционного диода и управляемого затвора, расположенного в районе p-n перехода и отражает конструкцию тиристора.

SCR / Символ для принципиальных схем

Другие типы тиристоров или SCR

• Тиристор с обратной проводимостью, RCT: хотя тиристоры обычно не проводят ток в обратном направлении, один из видов, называемых тиристором с обратной проводимостью, который имеет в своей конструкции обратный диод для обеспечения проводимости в обратном направлении, хотя в этом случае управление проводимостью невозможно. В тиристоре с обратной проводимостью сам прибор и диод не проводят одновременно. Это означает, что они не выделяют тепло одновременно. Как следствие, эти два прибора можно объединить и охлаждать в одном корпусе одновременно. RTC можно использовать, когда необходим обратный диод, например в преобразователях частот и инверторах.
• Тиристоры с предназначенным для выключения затвором (GATT, gate assigned turn-off thyristor): GATT используется в обстоятельствах, когда требуется быстрое выключение. Для того, чтобы помочь этому процессу, иногда требуется приложение отрицательного напряжения на затвор в дополнение к снижению напряжения между анодом и катодом. Это обратное напряжение помогает снижению концентрации неосновных носителей, запасенных в основной зоне n-типа и оно гарантирует, что переход затвор-катод не смещен в прямом направлении. Структура GATT похожа на структуру стандартного тиристора, за исключением  того, что узкая зона катода используется для обеспечения большей управляемости, поскольку затвор ближе к центру катода.
• Тиристор отключаемый затвором (GTO - gate turn-off thyristor): GTO иногда называют выключатель с затвором. Этот прибор является особенным в семействе тиристоров, поскольку он может быть выключен простым приложением отрицательного напряжения к затвору - нет необходимости в снятии напряжения между анодом и катодом.
• Асимметричный тиристор: Этот прибор используется в цепях, где к тиристору не прилагается обратное напряжение и поэтому, выпрямительные возможности тиристора не нужны. В результате становится возможным сделать второй переход, часто обозначаемый J2, намного более тонкий. Такая зона n-типа обеспечивает сниженное значение напряжения v_on так же как и меньшее время включения и выключения.

Статьи о тиристорах

• Конструкция и изготовление тиристоров