Tiristors

Tiristors grieķu: thyra - durvis + (rez)istors) ir pusvadītāju ierīce, kas ir pārslēdzama no aizvērta (strāvu praktiski nevadoša) stāvokļa uz atvērtu (strāvu vadošu) stāvokli. Tiristori ir uzskatāmi par vadāmām diodēm. Tos pārslēdz ar vadības elektrodam pievadītu strāvas impulsu, ar pieliktā sprieguma izmaiņu vai gaismas iedarbību (fototiristoriem). Tiristoriem ir četrslāņu struktūra ar trim p-n pārejām (simistoriem ir piecu dažādas vadītspējas tipu slāņi) un divi vai trīs izvadi - anods, katods un vadības elektrods (trinistoriem un simistoriem). Tiristoriem ir īpašas formas nelineāra voltampēru raksturlīkne.

Vēsture

Vadāmu silīcija taisngriezi jeb tiristoru ieteicis Viljams Šoklijs 1950. gadā. Praktiski pielietojamu ierīci izstrādājuši General Electrics inženieri 1956. gadā Gordona Halla vadībā.

Uzbūve

Tiristoram ir četrslāņu p-n-p-n struktūra ar trim p-n pārejām. Izvads no ārējā p slāņa ir anods, no ārējā n slāņa - katods. Vispārīgā gadījumā var būt divi vadības izvadi no iekšējiem slāņiem, bet trinistoriem ir viens izvads no iekšējā p slāņa. Dinistoriem ir tāda pati uzbūve, bet nav vadības izvadu.

Darbības princips

Tiristora voltampēru raksturlīkne līdzīga dinistora voltampēru raksturlīknei, bet tiristora ieslēgšanās spriegumu var mainīt, mainot strāvu IG (strāvu uz vadības elektroda jeb vadības strāvu). Ja vadības strāvas nav, tiristors darbojas līdzīgi dinistoram.  Voltampēru raksturlīknē šis stāvoklis attēlots sarkanā krāsā. Pieliekot vadības elektrodam spriegumu, vadības ķēdē sāk plūst strāva un tiristora ieslēgšanās spriegums samazinās (zaļā krāsa raksturlīknē). Jo lielāka vadības strāva, jo mazāks ieslēgšanās spriegums (zilā krāsa raksturlīknē). Ja vadības strāva kļūst pietiekami liela, ieslēgšanās spriegums praktiski izzūd un tiristors pārvēršas par parastu pusvadītāju diodi, kas vienā virzienā strāvu vada, otrā - praktiski nevada.
Tiristors ieslēdzas, ja strāvu uz vadības elektrodu padod kaut vai tikai dažas mikrosekundes - tātad ar īslaicīgu impulsu.
Lai tiristoru izslēgtu, ir jāsamazina slodzes strāva (strāva starp anodu un katodu). Tiristors izslēdzas, kad slodzes strāva kļūst mazāka par tā saucamo izslēgšanās strāvu, pie kuras strāva caur tiristoru lavīnveidā samazinās. Dažu tipu tiristorus (GTO) var izslēgt ar pretēja virziena vadības strāvu.

Īpašības

Mūsdienu tiristori paredzēti strāvām no 1 mA līdz 10 kA un spriegumiem no dažiem voltiem līdz vairākiem kV. Strāvas pieaugšanas ātrums, tiristoriem atveroties, sasniedz 10⁹ ampērus sekundē. Tiristori ieslēdzas dažās mikrosekundes desmitdaļās līdz dažos desmitos mikrosekunžu (atkarībā no tiristora jaudas). Izslēgšanās laiks ir apmēram 10 reizes lielāks. Tiristoru lietderības koeficients sasniedz 99%.
Tiristora svarīgākā īpašība - iespēja ar mazjaudas vadības signālu komutēt lieljaudas slodzes. Tiristoru jaudas pastiprinājuma koeficients (attiecība starp slodzes jaudu un vadības ķēdes jaudu) sasniedz 10 000 līdz 100 000.

Izmantošana

Tiristorus plaši izmanto dažādās automātikas shēmās, aizstājot ar tiem dažādas elektromehāniskas ierīces (relejus, magnētiskos palaidējus, laika relejus), kūstošos drošinātājus, autotransformatorus, vakuuma tiratronus. Liela nozīme tiristoriem ir taisngriežu tehnikā kā vadāmiem ventiļiem. Tā kā lieljaudas tiristori ļauj pārslēgt simtiem ampēru lielas strāvas un tiem ir liels lietderības koeficients, tos lieto elektromotoru palaišanai, kā arī aizvieto ar tiem dzīvsudraba taisngriežus (ignitronus). Mazjaudas tiristorus izmanto dažādā impulsu tehnikā, jo to pārslēgšanās laiks ir ļoti īss un ar tiem var iegūt impulsus ar stāviem kāpumiem un kritumiem.