В чем отличие тиристора от транзистора

Транзисторы и тиристоры — это электронные устройства, изготовленные на базе монокристаллического полупроводника (чаще всего кремния), в которых сформирован определённый набор p—n-переходов. Транзисторы являются универсальными элементами современной электроники, позволяющими осуществлять генерацию, усиление, коммутацию и трансформацию электрических сигналов. Основная сфера применения тиристоров — использование в качестве ключевого (переключающего) элемента в схемах коммутации электросигналов. Отличие полупроводникового тиристора от транзистора обусловлено количеством и конфигурацией p—n-переходов, из которых состоят данные устройства.

Структура и принцип действия транзистора

В полупроводниковой электронике различают два вида транзисторов — биполярные и полевые. В рамках данной статьи рассмотрим разницу биполярного транзистора и тиристора. На рисунке схематично показана структура p—n—p-транзистора, состоящего из двух p—n-переходов, и его условное обозначение на электрических схемах. Устройство имеет три электрода: эмиттер (Э), коллектор (К) и базу (Б).

Аналогичную структуру имеет биполярный n—p—n-транзистор, в котором электрод базы соединён с  p-слоем полупроводника, обладающего дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — с n-слоями, имеющими электронную проводимость. Два встречных p—n-перехода способны работать как в ключевом режиме, так и в режиме усилителя, когда электроток малой величины, поданный на базу, возрастает в 10²-10³ раз. База играет роль управляющего электрода.

Структура и принцип действия тиристора

На рисунке ниже схематично показана структура полупроводникового p—n—p—n-тиристора, состоящего из трёх p—n-переходов, а также его условное обозначение (слева) на электрических схемах.

Как и транзистор, тиристор имеет три электрода: катод, анод и управляющий (затвор). Структура устройства состоит, как минимум, из четырёх слоёв легированного полупроводника с чередующимися типами проводимости p и n. Работа тиристора может быть реализована комбинацией двух транзисторов, но это более громоздкий с точки зрения схемотехники вариант.

Принцип работы тиристора такой же, как у диода. Протекание тока возможно только в одном направлении — от анода к катоду (состояние «открыто»). Возврат в состояние «закрыто» происходит в двух случаях:

• Отключение нагрузки.
• Уменьшение рабочего тока ниже уровня тока удержания I_уд (минимальная величина тока, возникающая при открытии).

Включение тиристора происходит при подаче на управляющий электрод (УЭ) небольшого кратковременного сигнала. То есть, открывание (включение) тиристора происходит при подаче напряжения на управляющий электрод, а закрывание (выключение) — с помощью снижения тока анод-катод. УЭ аналогичен базе транзистора, но отличие заключается в том, что открыть тиристор с помощью УЭ можно, а закрыть нельзя.

Таким образом, тиристор может быть или полностью в открытом состоянии, или полностью в закрытом. Отсюда следует основное предназначение тиристоров в качестве электронного ключа, выполняющего функцию включения (замыкания) и выключения (размыкания) электрических цепей.

Основные отличия

Несмотря на структурную схожесть, транзистор и тиристор существенно отличаются друг от друга:

• Транзисторы состоят из трёх полупроводниковых p и n слоёв, а тиристоры, как минимум, из четырёх.
• У транзистора присутствует два p—n-перехода, а у тиристора не менее трёх.
• Имеется существенное различие вольт-амперных характеристик.
• Транзистор может работать в линейном режиме, то есть, в режиме усиления поданного на него сигнала. Тиристор — это фактически переключатель, имеющий два состояния — «включен» или «выключен».
• Тиристор относится к классу устройств с внутренней положительной обратной связью, которая является следствием его внутренней структуры. В транзисторе внутренняя связь отсутствует.
• Транзистор используется чаще в цепях постоянного и переменного тока, а тиристор в основном в цепях переменного тока.

Заключение

Биполярный транзистор отличается от тиристора, прежде всего, структурными особенностями, связанными с разным количеством p—n-переходов в составе устройств. Свойства тиристора используются в схемах коммутации и управления электрическими приборами в широком диапазоне мощностей. На базе физических характеристик транзисторов создаются дискретные устройства усиления, генерации, коммутации, а также интегральные схемы.

Видео по теме