Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Тиристор — силовой полупроводниковый прибор с четырёхслойной структурой p-n-p-n и тремя p-n-переходами, работающий как управляемый ключ переменного или постоянного тока. В выключенном состоянии тиристор практически не пропускает ток в обоих направлениях; включение в прямом направлении происходит по короткому импульсу управляющего тока на управляющий электрод. После включения тиристор остаётся в открытом состоянии за счёт внутренней положительной обратной связи между двумя транзисторными структурами и проводит ток самостоятельно — управляющий сигнал больше не требуется. Закрывается обычный (не запираемый по управляющему электроду) тиристор не управлением, а снижением анодного тока ниже тока удержания или сменой полярности напряжения. На этой особенности построено фазовое управление мощностью на стороне переменного тока: момент отпирания задаётся углом α относительно начала полуволны, а закрытие происходит автоматически при переходе тока через ноль. Ниже разобраны структура и эквивалентная двухтранзисторная модель, механизм отпирания, условия удержания и запирания, фазовое управление и типичные области применения.
По терминологии действующего ГОСТ 20332-84 «Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров» тиристором называется полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения. Современная система параметров тиристоров регламентирована действующим ГОСТ Р 70965-2023 «Тиристоры. Система параметров» (введён в действие приказом Росстандарта № 1057-ст от 05.10.2023).
Назначение тиристора в силовой электронике — управляемый электронный ключ, способный коммутировать токи от долей ампера до тысяч ампер и напряжения от десятков до тысяч вольт. В отличие от транзистора, тиристор после включения не нуждается в продолжении управляющего сигнала и удерживается в открытом состоянии за счёт собственной структуры; в отличие от диода — момент его открытия задаётся управляющим импульсом.
Тиристор включается импульсом, а удерживается анодным током. Закрыть обычный (незапираемый по управляющему электроду) тиристор «обратной командой» нельзя — нужно снять или развернуть ток через прибор.
Базовый силовой тиристор представляет собой монокристалл кремния с четырьмя последовательными областями чередующейся проводимости: p1–n1–p2–n2. На границах этих областей образуются три p-n-перехода:
В цепи переменного и постоянного тока тиристор включают в прямом направлении: плюс на аноде, минус на катоде. В этом случае переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а коллекторный переход J2 — в обратном; именно J2 удерживает приложенное напряжение, и через прибор течёт лишь небольшой ток утечки до момента отпирания.
Для понимания работы тиристора удобно представить его четырёхслойную структуру как два встречно-включённых биполярных транзистора, разделяющих общие базы и коллекторы.
В закрытом состоянии оба транзистора находятся в режиме отсечки: токи коллектора каждого из них недостаточны для поддержания тока базы соседнего. При подаче короткого импульса тока в управляющий электрод запускается ток базы VT2; его коллекторный ток усиливает базовый ток VT1; коллекторный ток VT1 в свою очередь дополнительно усиливает базовый ток VT2. Когда суммарное усиление контура превышает единицу, процесс становится лавинообразным: оба транзистора входят в насыщение, и тиристор переходит в открытое состояние.
Положительная обратная связь между двумя транзисторными структурами — ключевой механизм работы тиристора. Именно она обеспечивает самоудержание открытого состояния и резкую переключающую характеристику.
После отпирания тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока анодный ток превышает ток удержания IH — минимальный ток, при котором положительная обратная связь между двумя транзисторными структурами достаточна для самоудержания. Если ток нагрузки опустится ниже IH, обратная связь срывается, оба транзистора выходят из насыщения, и тиристор закрывается.
Длительность управляющего импульса должна быть достаточной, чтобы анодный ток успел нарасти выше тока спрямления (тока включения, IL); если импульс снят раньше, прибор может не открыться или открыться неустойчиво. Конкретные значения IH и IL приводятся в паспортных данных конкретной марки тиристора.
Обычный (не запираемый по управляющему электроду) тиристор нельзя закрыть подачей сигнала на управляющий электрод. Прервать проводящее состояние можно одним из следующих способов:
После того как анодный ток упал до нуля, тиристору необходимо время выключения tq для восстановления запирающих свойств: за этот интервал должны рассосаться носители из баз структуры. Подача прямого напряжения раньше tq приводит к повторному самопроизвольному отпиранию. Время выключения tq — один из ключевых паспортных параметров тиристора; задаётся производителем по результатам испытаний и нормируется методами по соответствующим ГОСТ.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора состоит из четырёх участков: обратной ветви, прямой ветви в закрытом состоянии, переключательного участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением и прямой ветви в открытом состоянии.
Управляющий электрод смещает точку переключения по оси напряжений: чем больше ток управления, тем при меньшем прямом напряжении тиристор открывается. На пределе при достаточном токе управления тиристор открывается практически в нуле прямого напряжения и работает как управляемый ключ.
Главное промышленное применение тиристора — фазовое управление мощностью в цепях переменного тока. Идея проста: тиристор открывается не в начале каждой полуволны, а в момент, отстоящий от начала на угол α (угол управления, угол отпирания). Чем больше α, тем позже начинается проводящий интервал и тем меньшая часть полуволны передаётся в нагрузку. При переходе тока через ноль тиристор закрывается естественной коммутацией; в следующем полупериоде процесс повторяется.
Изменением α от нуля (полная мощность в нагрузке) до 180° (нулевая мощность для активной нагрузки) можно плавно регулировать среднюю и действующую мощность, передаваемую в нагрузку. Для двунаправленного управления (обоих полуволн) применяют встречно-параллельную пару тиристоров либо симметричный тиристор — симистор.
Фазовое управление вносит в сеть высшие гармоники тока и реактивную мощность. В современных промышленных установках это учитывается на этапе проектирования (фильтры, компенсаторы), а в бытовых регуляторах ограничивается требованиями электромагнитной совместимости.
Это четырёхслойный полупроводниковый ключ. В закрытом состоянии он не пропускает ток. Короткий импульс на управляющий электрод запускает внутреннюю положительную обратную связь между двумя транзисторными структурами; тиристор лавинообразно открывается. После этого он сам поддерживает проводимость, пока ток через него не упадёт ниже тока удержания. В цепях переменного тока тиристор закрывается естественной коммутацией при переходе тока через ноль.
Транзистор открыт только пока на базу или затвор подаётся сигнал; снят сигнал — закрылся. Тиристор включается коротким импульсом и далее проводит ток самостоятельно, без управляющего сигнала, до момента, пока анодный ток не опустится ниже тока удержания. Тиристор устроен из четырёх слоёв (p-n-p-n) с тремя p-n-переходами; биполярный транзистор — из трёх слоёв с двумя переходами.
Обычный (незапираемый по управляющему электроду) тиристор закрывают одним из способов: дать анодному току естественно упасть до нуля при переходе синусоиды переменного тока через ноль; принудительно снизить или развернуть ток в цепи постоянного тока специальной коммутирующей цепью; разорвать анодную цепь. Запираемые тиристоры (GTO, IGCT) дополнительно умеют закрываться обратным током на управляющем электроде, но это отдельный класс приборов.
Это способ регулирования мощности в цепях переменного тока: тиристор открывают не в начале каждой полуволны, а с задержкой на угол α от перехода напряжения через ноль. Чем больше α, тем меньше проводящий интервал и тем меньше мощность в нагрузке. При переходе тока через ноль тиристор закрывается естественной коммутацией. Двунаправленное регулирование строят на встречно-параллельной паре тиристоров или на симисторе.
Ток удержания IH — минимальный анодный ток, при котором тиристор самостоятельно остаётся в открытом состоянии после снятия управляющего сигнала. Если ток падает ниже IH, прибор закрывается. Ток включения (ток спрямления) IL — минимальный анодный ток, до которого необходимо, чтобы дошёл анодный ток к моменту окончания управляющего импульса для устойчивого открытия тиристора. IL, как правило, больше IH. Конкретные значения берут из паспорта на конкретный тип прибора.
Снаббер — это RC-цепь (иногда с диодом и индуктивностью), включённая параллельно тиристору. Она ограничивает скорость нарастания прямого напряжения du/dt, чтобы избежать паразитного отпирания, и формирует траекторию выключения, снижая локальный перегрев и пиковые потери. Параметры снаббера рассчитывают исходя из du/dt и duD/dt по паспортным данным конкретного прибора.
Динистор — это диодный тиристор без управляющего электрода; открывается при превышении напряжения переключения. Тринистор (триодный тиристор, SCR) — основной триодный прибор с одним управляющим электродом, проводит ток только в одном направлении. Симистор (триак, TRIAC) — симметричная структура; проводит в обоих направлениях, имеет один управляющий электрод и используется в регуляторах переменного тока (например, в диммерах освещения).
В управляемых выпрямителях, регуляторах мощности переменного тока, устройствах плавного пуска электродвигателей, инверторах и преобразователях частоты, системах возбуждения генераторов, преобразовательных подстанциях постоянного тока высокого напряжения, защитных цепях (кроубары), бытовых регуляторах освещения и нагревательных приборов.
IGBT — полностью управляемый ключ: открывается и закрывается по сигналу на затворе, как полевой транзистор. Обычный тиристор закрывается только снижением анодного тока. Тиристор выдерживает большие импульсные токи и напряжения в простой структуре, но не годится для высокочастотного управления и принудительного выключения. IGBT применяют в современных преобразователях частоты, инверторах сварочных аппаратов, частотных приводах; тиристоры — там, где нужен большой ток, простая схема управления и работа на сетевой частоте (выпрямители, плавные пускатели, HVDC LCC).
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.