Кремниевый управляемый выпрямитель или полупроводниковый управляемый выпрямитель представляет собой четырехслойное твердотельное устройство регулирования тока . Название «кремниевый выпрямитель» является торговым названием General Electric для типа тиристора . Принцип четырехслойного p–n–p–n переключения был разработан Моллом, Таненбаумом, Голди и Холоньяком из Bell Laboratories в 1956 году. [1] Практическая демонстрация кремниевого управляемого переключения и подробное теоретическое поведение устройства согласуются. Результаты экспериментов были представлены доктором Яном М. Макинтошом из Bell Laboratories в январе 1958 года. [2] [3] SCR был разработан командой инженеров-энергетиков под руководством Гордона Холла[4] [5] [6] [7 ] ]и коммерциализирован Фрэнком В. «Биллом» Гацвиллером в 1957 году.
Некоторые источники определяют кремниевые выпрямители и тиристоры как синонимы [8] , в то время как другие источники определяют кремниевые выпрямители как правильное подмножество набора тиристоров; последние представляют собой устройства как минимум с четырьмя слоями чередующихся материалов n- и p-типа . [9] [10] По словам Билла Гацвиллера, термины «SCR» и «управляемый выпрямитель» использовались раньше, а «тиристор» стал применяться позже, поскольку использование устройства распространилось по всему миру. [11]
SCR являются однонаправленными устройствами (т.е. могут проводить ток только в одном направлении) в отличие от TRIAC , которые являются двунаправленными (т.е. носители заряда могут течь через них в любом направлении). SCR обычно могут запускаться только положительным током, поступающим в затвор, в отличие от TRIAC, которые обычно могут запускаться как положительным, так и отрицательным током, приложенным к его электроду затвора.
В этом режиме работы на анод (+, p-легированная сторона) подается положительное напряжение, а на катод (-, n-легированная сторона) подается отрицательное напряжение, что удерживает затвор при нулевом (0) потенциале, т.е. в отключенном состоянии. В этом случае переходы J1 и J3 имеют прямое смещение, а J2 — обратное , что допускает лишь небольшой ток утечки от анода к катоду. Когда приложенное напряжение достигает значения пробоя для J2 , J2 подвергается лавинному пробою. При этом напряжении отключения J2 начинает проводить ток, но ниже напряжения отключения J2 оказывает очень высокое сопротивление току, и говорят, что тиристор находится в выключенном состоянии.
SCR можно перевести из режима блокировки в режим проводимости двумя способами: либо путем увеличения напряжения между анодом и катодом, превышающего напряжение пробоя, либо путем подачи положительного импульса на затвор. Как только SCR начинает проводить ток, для поддержания его во включенном состоянии больше не требуется напряжение затвора. Минимальный ток, необходимый для поддержания тиристора во включенном состоянии при снятии напряжения на затворе, называется током фиксации.
Когда на анод подается отрицательное напряжение, а на катод – положительное, тиристор находится в режиме обратной блокировки, в результате чего J1 и J3 смещаются в обратном направлении, а J2 – в прямом. Устройство ведет себя как два последовательно соединенных диода. Протекает небольшой ток утечки. Это режим обратной блокировки. Если обратное напряжение увеличить, то при критическом уровне пробоя, называемом напряжением обратного пробоя (VBR ) , на J1 и J3 возникает лавина и обратный ток быстро возрастает. Доступны тиристоры с возможностью обратной блокировки, что увеличивает прямое падение напряжения из-за необходимости иметь длинную низколегированную область P1. Обычно номинальное напряжение обратной блокировки и номинальное напряжение прямой блокировки одинаковы. Типичное применение тиристора с обратной блокировкой — в инверторах тока.