Thyristor đƣợc chế tạo bằng bốn lớp bỏn dẫn P-N-P-N đặt xen kẽ nhau. Lần lƣợt gọi cỏc lớp bỏn dẫn này là P1N1, P2N2. Giữa cỏc lớp bỏn dẫn này hỡnh thành cỏc lớp
bỏn dẫn từ trờn xuống dƣới là J1, J2, J3. Thyristor gồm cú 3 cực: Anốt (A), catốt (K) và cực khống chế G.
Hỡnh 5.1. Cấu trỳc bốn lớp của thyristor
Để tiện cho việc phõn tớch nguyờn lý làm việc của thyristor tƣởng tƣợng bốn lớp bỏn dẫn của thyristor cú thể chia thành hai cấu trỳc transistor là P1N1P2 và N1’ P2’N2
nhƣ hỡnh (5.1.b). Căn cứ vào hỡnh 5.1.b ta cú thể vẽ đƣợc sơ đồ tƣơng đƣơng hỡnh (5.1.c). Từ sơ đồ tƣơng đƣơng này ta cú thể biểu diễn cấu trỳc bốn lớp của thyristor
thành hai transistor PNP và NPN. Emitơ của Q1 ứng với Anụt, thƣờng đƣợc gọi là Emittơ lỗ trống, emitơ của Q2 ứng với catốt thƣờng đƣợc gọi là emmitơ điện tử. Bazơ của Q2 và Collectơ của Q1 nối với cực khống chế G. Collectơ của Q2 đƣợc nối tắt với bazơ của Q1. Ký hiệu của mạch thyristor nhƣ hỡnh 5.2
Hỡnh 5.2. Ký hiệu quy ước của thyristor
Khi phõn cực thuận cho thyristor tức là điện ỏp dƣơng đặt vào anốt, điện ỏp õm đạt vào catốt. Nếu cực G để hở mạch, khi đú vỡ điện ỏp giảm từ anốt đến catốt cho nờn
J1 và J3 phõn cực thuận, cũn J2 phõn cực ngƣợc. Nếu điện ỏp phõn cực thuận này cũn nhỏ thỡ dũng chảy quathyristor cũng rất nhỏ, cỏc transistor Q1 và Q2 vẫn đúng. Dũng điện chạy trong thyristor lỳc này bằng dũng bóo hoà ngƣợc của chuyển tiếp J2. Nếu tiếp tục tăng điện ỏp phõn cực thuận, J1 và J3 tăng mức độ phõn cực thuận, cũn J2 phõn
cực ngƣợc lớn lờn làm cho nú bƣớc vào giai đoạn đỏnh thủng. Khi đú giữa J1 và J3
đƣợc nối tắt bằng miền điện tớch khụng gian của J2 đó đỏnh thủng chứa đầy hạt dẫn, nhƣ vậy thyristor đó chuyển từ trạng thỏi đúng sang trạng thỏi mở. Ở trạng thỏi mở, thyristor tƣơng đƣơng với hai điốt phõn cực thuận mắc nối tiếp (J1 và J3).
Nếu xột trờn sơ đồ tƣơng đƣơng (5.3.a) thấy rằng khi tăng điện ỏp thuận tới một giỏ trị nhất định làm dũng ngƣợc IC0 tăng (khi J2 bắt đầu đỏnh thủng) nhƣ thấy trờn
hỡnh 5.3.b IC0 = IB2, khi IC0 lớn hơn dũng mở cho Q2 thỡ Q2 sẽ mở làm cho IC2 = IB1
tăng, do đú làm cho Q1 mở dẫn đến IC1 = IB2 tiếp tục tăng. Nhƣ đó thấy quỏ trỡnh này xảy ra trong một vũng kớn, kết quả là dự cho điều kiện gõy ra sự đỏnh thủng J2 cú mất đi, thỡ quỏ trỡnh cũng tự động dẫn đến Q1 và Q2 mở hoàn toàn, nghĩa là làm cho thyristor chuyển hẳn sang trạng thỏi mở. Phƣơng phỏp mở thyristor bằng cỏch tăng điện ỏp phõn cực thuận trờn anốt và catụt gọi là phƣơng phỏp kớch mở.
Hỡnh 5.3. Sơ đồ tương đương của transistor khi làm việc
Nếu điện ỏp thuận đặt vào thyristor giữ nhỏ hơn mức điện ỏp kớch mở và giữa cực K và G đặt vào điện ỏp UG cú cực tớnh nhƣ hỡnh 5.3.b, điện ỏp này cung cấp dũng
IG, nếu IG đủ lớn làm cho Q2 mở thỡ quỏ trỡnh xảy ra trong thyristor cũng tƣơng tự nhƣ
trờn làm cho Q1 mở dẫn tới làm cho thyristor mở hoàn toàn. Điện ỏp mở thyristor UG
thƣờng là một xung cú biờn độ đủ lớn, sau khi thyristor nú giữ nguyờn trạng thỏi này cho dự xung mở UG khụng cũn nữa. Muốn chuyển thyristor từ trạng thỏi mở sang trạng thỏi đúng phải làm sao để dũng IB2 và IB1 giảm xuống nhỏ hơn dũng mở của Q1 và Q2. Điều này cú thể thực hiện đƣợc bằng cỏch điện ỏp phõn cực thuận trờn cực A
và K làm cho dũng IA chảy qua thyristor giảm nhỏ, đƣa tới IB2 nhỏ hơn dũng mở Q2, làm cho Q2 chuyển dần sang trạng thỏi đúng. Do Q2 chuyển dần sang trạng thỏi đúng,
dũng IC2 = IB1 cũng giảm đi làm cho Q1 dần sang trạng thỏi đúng. Kết quả là thyristor đúng hoàn toàn. Cũng cú thể tỏc dụng vào cực G và K một điện ỏp cú cực tớnh ngƣợc với cực tớnh trỡnh bày trờn hỡnh 5.3.b, điện ỏp này làm cho IB1 giảm nhỏ và do đú làm
cho Q2 đúng dẫn tới Q1 đúng và vỡ vậy thyristor đúng hoàn toàn. Đặc tuyến Von – Ampe của thyristor cú dạng nhƣ hỡnh 5.4
Hỡnh 5.4. Đặc tuyến Von –Ampe của thyristor
Phõn cực ngƣợc
Cực dƣơng điện ỏp ngoài đặt vào cực K cũn cực õm của điện ỏp ngoài đặt vào cực A của thyristor. Với cỏch phõn cực nhƣ vậy, J1 và J3 bị phõn cực ngƣợc cũn J2
phõn cực thuận. Điện trở của J2 phõn cực thuận cú thể bỏ qua cho nờn thyristor phõn cực ngƣợc mắc nối tiếp (J1 và J3). Dũng qua thyristor chớnh là dũng dũ ngƣợc của điụt
Irx. Khi tăng điện ỏp phõn cực ngƣợc trong một khoảng nhất định dũng Irx khụng đổi (cũng giống nhƣ dũng ngƣợc bóo hoà của điụt). Nếu tăng điện ỏp ngƣợc đến một giỏ trị nhất định thỡ hai chuyển tiếp phõn cực ngƣợc J1 và J2 sẽ bị đỏnh thủng theo cơ chế thỏc lũ và cơ chế Zener, dũng ngƣợc qua thyristor tăng lờn đột ngột. Nếu khụng cú biện phỏp ngăn chặn, dũng ngƣợc này sẽ làm hỏng thyristor. Vựng đặc tuyến ngƣợc của thyristor trƣớc khi đỏnh thủng gọi là vựng chắn ngƣợc.
+ Trƣờng hợp cực G hở mạch: IG = 0. Chuyển tiếp J1 và J3 lỳc này đƣợc phõn cực thuận, cũn J2 phõn cực ngƣợc. Khi UAK cũn nhỏ, dũng qua thyristor quyết định chủ yếu bằng dũng dũ ngƣợc của J2. Xột chung cho cả thyristor thỡ dũng điện chảy qua
thyristor lỳc này là dũng dũ thuận Irx (nhỏ, 100μA). Nếu IG = 0 thỡ dũng dũ thuận sẽ giữ nguyờn giỏ trị ban đầu khi tăng UAK tới giỏ trị xấp xỉ giỏ trị đỏnh thủng chuyển tiếp J2. Điện ỏp thuận ứng với giỏ trị này đƣợc gọi là điện ỏp đỏnh thủng thuận UFB.
Núi một cỏch khỏc, khi điện ỏp thuận tăng đến giỏ trị này, dũng IC0 trong thyristor đủ lớn đẫn tới làm cho Q1 và Q2 trong sơ đồ tƣơng đƣơng hỡnh 5.3 mở và lập tức chuyển hẳn sang trạng thỏi bóo hoà. Thyristor chuyển hẳn sang trạng thỏi mở, nội trở của nú đột ngột giảm đi. Điện ỏp sụt trờn hai cực A và K cũng giảm xuống đến một giỏ trị Uth
gọi là điện ỏp dẫn thuận. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Trƣờng hợp IG ≠ 0, nghĩa là giữa cực G và cực K cú một điện ỏp phõn cực thuận. Dũng IG do UGK cung cấp này sẽ cựng với dũng ngƣợc vốn cú trong thyristor IC0 làm cho Q2 cú thể mở ngay ở điện ỏp UAK nhỏ hơn nhiều giỏ trị kớch mở của nú
(UFB). Dũng IG càng lớn thỡ UAK cần thiết tƣơng ứng để cho Q2 mở (tức là cho thyristor mở) càng nhỏ. Nhƣ trờn hỡnh (5.4) trỡnh bày dũng IG tăng từ 1 đến 4 cũn U thỡ giảmtừ 4 đến 1. Ngay từ lỳc đầu, điện ỏp UFB đó cung cấp một dũng IG lớn hơn dũng mở cực tiểu của Q3, nhƣng điện ỏp UAK vẫn chƣa đủ lớn để phõn cực thuận Q1 và Q2 thỡ thyristor vẫn chƣa mở. Nhƣ trờn hỡnh 5.4, mức khống chế IG từ IG1 đến IG4
tƣong ứng với mức điện ỏp UFB giảm từ U1 đến U4.
Điện ỏp dẫn thuận Uth căn cứ vào hỡnh 5.3 b cú thể viết Uth = (UBE1 + UCE2) = (UBE2 + UCE1). Đối với Si thỡ điện ỏp bóo hoà của transistor Si vào cỡ 0,2V cũn UBE
nhƣ đó biết, vào cỡ 0,7V. Nhƣ vậy Uth = 0,9V. Trờn phần đặc tuyến thuận của thyristor, phần đặc tuyến mà thyristor chƣa mở gọi là miền chắn thuận, miền thyristor đó mở gọi là miền dẫn thuận. Quan sỏt miền dẫn thuận và miền chắn ngƣợc của thyristor cú nhận xột nú cú dạng giống nhƣ điện ỏp chỉnh lƣu thụng thƣờng.
Sau khi cỏc điều kiện kết thỳc cho thyristor mở kết thỳc, muốn duy trỡ cho thyristor luụn mở, phải luụn đảm bảo cho dũng thuận IF lớn hơn một giỏ trị nhất định gọi là dũng ghim IH. Núi một cỏch khỏc, dũng ghim là giỏ trị cực tiểu của dũng thuận
IF. Nếu trong quỏ trỡnh thyristor mở, dũng IG vẫn đƣợc duy trỡ thỡ giỏ trị dũng ghim tƣơng ứng sẽ giảm khi dũng IG tăng nhƣ hỡnh 5.4.