サイリスタのデバイスとパラメータ
サイリスタは、3 つ (またはそれ以上) の pn 接合を備えた半導体デバイスであり、その電流電圧特性には負性微分抵抗セクションがあり、電気回路のスイッチングに使用されます。
2 つの出力を持つ最も単純なサイリスタは、ダイオード サイリスタ (ダイニスタ) です。三極サイリスタ (SCR) にはさらに 3 番目の (制御) 電極があります。ダイオードサイリスタと三極サイリスタはどちらも、3 つの p-n 接合を備えた 4 層構造になっています (図 1)。
端部領域ｐ１およびｎ２はそれぞれアノードおよびカソードと呼ばれ、制御電極は中間領域ｐ２またはｎ１のいずれかに接続される。 P1、P2、P3 - p 領域と n 領域の間の遷移。
外部供給電圧源Ｅは、カソードに対して正極を有するアノードに接続される。三極サイリスタの制御電極を流れる電流 Iу がゼロの場合、その動作はダイオードの動作と変わりません。場合によっては、サイリスタを、異なるタイプの導電率 p-n-p および n-R-n のトランジスタを使用した 2 つのトランジスタと等価な回路として表すと便利です (図 1、b)。
イチジク。 1.三極サイリスタの構造(a)と2トランジスタ等価回路(b)
図からわかるように。図１のｂにおいて、遷移Ｐ２は等価回路における２つのトランジスタの共通コレクタ遷移であり、遷移Ｐ１およびＰ３はエミッタ接合である。順方向電圧 Upr が増加すると (電源 E の起電力を増加させることで達成されます)、サイリスタ電流は、電圧 Upr がターンオン電圧 Uin に等しいブレークダウン電圧の特定の臨界値に近づくまでわずかに増加します (図２）。
米。 2. 三極サイリスタの電流電圧特性と従来の名称
P2 遷移における電場の増加の影響で電圧 Upr がさらに増加すると、電荷キャリアと原子の衝突時の衝突イオン化の結果として形成される電荷キャリアの数の急激な増加が観察されます。その結果、n2層からの電子とp1層からの正孔がp2層とn1層に突入し、少数電荷キャリアで飽和するため、接合電流が急速に増加します。ソース E の EMF がさらに増加するか、抵抗器 R の抵抗が減少すると、デバイス内の電流は I - V 特性の垂直セクションに従って増加します (図 2)。
サイリスタがオンを維持する最小順電流は、保持電流 Isp と呼ばれます。順電流が値 Ipr < Isp (図 2 の I - V 特性の下降分岐) まで減少すると、接続の高抵抗が回復し、サイリスタがオフになります。 p - n 接合の抵抗回復時間は、通常 1 - 100 μs です。
なだれ状の電流増加が始まる電圧Ｕｉｎは、Ｐ２接合に隣接する各層に少数電荷キャリアをさらに導入することによって低下させることができる。これらの追加の電荷キャリアにより、P2 p-n 接合におけるイオン化アクションの数が増加するため、ターンオン電圧 Uincl が低下します。
図に示す三極サイリスタの追加の電荷キャリア。図１に示すように、独立した電圧源から電力を供給される補助回路によってｐ２層に導入される。制御電流が増加するにつれてターンオン電圧が減少する程度は、図の一連の曲線で示されます。 2.
オープン（オン）状態に移行すると、制御電流 Iy がゼロになってもサイリスタはオフしません。サイリスタは、電流が保持電流未満になる特定の最小値まで外部電圧を下げることによって、または制御電極の回路に負の電流パルスを供給することによってオフにすることができますが、その値は、順方向スイッチ電流Ｉｐｒの値に比例する。
三極サイリスタの重要なパラメータは、ロック解除制御電流 Iu on、つまり制御電極の電流であり、これによりサイリスタが開状態でスイッチングすることが保証されます。この電流の値は数百ミリアンペアに達します。
イチジク。図２から、逆電圧がサイリスタに印加されると、この場合、遷移Ｐ１およびＰ３が閉じているため、サイリスタ内に小さな電流が発生することが分かる。逆方向のサイリスタの損傷 (ストロークの熱破壊によりサイリスタが動作しなくなります) を避けるために、逆電圧は Urev.max 未満である必要があります。
対称ダイオードおよび三極サイリスタでは、逆 I - V 特性は順方向特性と一致します。これは、2 つの同一の 4 層構造を逆並列接続するか、4 つの pn 接合を備えた特別な 5 層構造を使用することによって実現されます。
米。 3. 対称サイリスタの構造 (a)、その回路図 (b)、および電流電圧特性 (c)
現在、サイリスタは最大 3000 A の電流と最大 6000 V のターンオン電圧に対応して製造されています。
ほとんどのサイリスタの主な欠点は、制御性が不完全であること (制御信号を除去してもサイリスタがオフにならない) と、速度が比較的遅いこと (数十マイクロ秒) です。しかし、最近では、最初の欠点が解消されたサイリスタが開発されました (ロック サイリスタは制御電流を使用してオフにできます)。
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