Dispozitive Semiconductoare Speciale - Tiristorul, Tranzistorul și Triacul

Dispozitive semiconductoare speciale

Pe langa tranzistoarele cu jonctiuni(bipolare)si cele unipolare,o mare extindere in tehnica moderna au luat-o dispozitivele semiconductoare de tip pnpn.Dintre acestea se vor prezenta tiristorul si triacul.

1.Tiristorul

Tiristorul e un semiconductor de Ge sau Si in care au fost formate patru zone in conductivitati alternate.Pe regiunile p si n extreme s-au aplicat doua contacte ohmice,numite anod,respectiv catod.Aceasta denumire provine de la faptul ca in regim de conductie tiristorul este conectat cu catodul(regiunea n)la borna negativa a sursei de alimentare si cu anodul (regiunea p)la borna pozitiva.Pe regiunea p centrala se afla un contact metalic,reprezentand un electrod de comanda numit poarta.Structura si simbolul de reprezentare a unui tiristor sunt reprezentate in figura 1.

Urmarind structura unui tiristor,observam ca cele patru regiuni ce il alcatuiesc determina trei jonctiuni J1,J2,J3.Pentru a urmari mai usor fenomenele putem considera ca tiristorul este echivalent cu doua tranzistoare,unul pnp si celalalt npn,care au jonctiunea colectorului comuna (figura 1).Conform acestei echivalente,jonctiunile extreme pot fi numite jonctiuni de emitor(J1 si J2)iar jonctiunea centrala-jonctiune de colector(J2).

Daca se aplica o tensiune continua pe extremitatile tiristorului ,cu plusul pe anod si minusul pe catod,lasand poarta nealimentata,atunci cele doua jonctiuni de emitor J1 si J2 se polarizeaza in sens direct,iar cea centrala,de colector,se polarizeaza in sens invers.Jonctiunea J2 prezinta astfel o rezistenta inversa de valoare foarte mare,ceea ce face ca prin tiristor sa treca un curent foarte mic,practic neglijabil.

Daca se mareste treptat tensiunea aplicata tiristorului se constata ca,incepand de la o anumita tensiune,numita tensiune de comutatie,curentul prin tiristor creste brusc,iar tensiunea la bornele lui scade.Tiristorul a trecut din starea de blocare in cea de conductie,in care curentul prin dispozitiv poate fi limitat doar prin elementele exterioare ale circuitului.

Acest fenomen poate fi explicat,considerand circulatia curentilor,prin tiristor,in cazul montajului din figura 2

Se presupune pentru inceput ca intreruptorul K1 e inchis si K2 este deschis.Tiristorul este alimentat doar intre anod si catod.Se observa ca jonctiunea centrala a colectorului este strabatuta de trei curenti:un curent de goluri,injectat de emitorul tranzistorului pnp,al primei jonctiuni J1,un curent de electroni,injectat de emitorul celui de-al doilea tranzistor,de tip npn,deci de catre J3,cel de-al treilea curent fiind curentul invers,propriu jonctiunii centrale de colector,polarizata invers,J2.

Pe baza acestei relatii se poate explica in mod calitativ procesul de comunicatie(de trecere din starea de blocare in starea de conductie).

S-a aratat la studiul tranzistorului ca daca se aplica jonctiunii de colector o tensiune inversa peste o anumita valoare critica,numita tensiune de strapungere,curentul creste practic nelimitat,datorita fenomenului de multiplicare in avalansa a purtatorilor minoritari.Coeficientul de amplificare in curent al tranzistorului creste foarte mult.

Tiristorul trece in acest moment din starea de blocare in cea de conductie.In starea de blocare conditia nu este indeplinita deoarece curentii ,prin cele doua tranzistoare echivalente fiind practic neglijabili,coeficientii lor de amplificare sunt extrem de mici.Pentru a-i mari,se poate injecta din exterior un circuit de comanda.Aceasta se realizeaza la inchiderea intreruptorului K2.Cu cat curentul de poarta Ip(sau tensiunea de poarta Up0)creste,cu atat se micsoreaza valoare tensiunii anodice la care apare comutatia.In momentul comutatiei,tensiunea la bornele tiristorului scade foarte mult.

Dupa ce tiristorul intra in conductie,datorita fenomenului de multiplicare prin avalansa,tensiunea de comanda nu mai are nici o influenta.Din aceasta cauza esta suficient pentru a comanda un impuls foarte scurt,deci de putere mica,avand numai rolul de a amorsa avalansa.Dupa comutarea tiristorului semnalul de comanda poate fi inlaturat.

Pentru ca un tiristor sa fie comutat in sens invers,adica din stare de conductie in stare de blocare,este necesara inversarea polaritatii tensiunii aplicate intre anod si catod.