Принцип дії

В циклі роботи тиристора GTO розрізняють чотири фази: увімкнення, провідний стан (стан високої провідності), вимкнення і стан блокування.

На схематичному розрізі тиристорної структури (рис. 2, б) верхній вивід структури катодний. Катод контактує з шаром n. Далі згори вниз йдуть: базовий шар p, що має вивід керуючого електрода, шар n, шар р, який безпосередньо контактує з анодним виводом. Чотири шари утворюють три p-n переходи: П1 між шарами p і n; П2 між шарами n і p; П3 між шарами p і n.

Фаза 1 - увімкнення. Перехід тиристорної структури з стану низької провідності в стан високої провідності можливий тільки за умови дії прямої напруги між анодом і катодом. Переходи П1 і П3 зміщуються у прямому напрямку і не перешкоджають проходженню носіїв зарядів. Вся напруга прикладається до середнього переходу П2, який зміщується у зворотному напрямку. Щоб увімкнути тиристор GTO, до керуючого електроду та катоду по колу керування прикладається напруга позитивної полярності ("+" до шару p). У результаті по колу G-K протікає струм керування (рис. 2, б). Через перехід П3, крім струму витоку, починає протікати струм керування. Електрони, що створюють цей струм, будуть пересуватися з шару n в шар p. Далі частина з них буде перекидатися електричним полем базового переходу П2 в шар n. Одночасно збільшиться зустрічна інжекція дірок із шару p в шар n і далі в шар p, тобто відбудеться збільшення струму, створеного неосновними носіями зарядів. Cуммарний струм, що проходить через базовий перехід П2, перевищує струм увімкнення, відбувається відкриття тиристора, після чого носії зарядів будуть вільно переходити через усі чотири шари напівпровідникової структури.

Фаза 2 - провідний стан. У режимі протікання прямого струму немає необхідності в струмі керування, якщо струм в колі анода перевищує значення струму утримання. Однак на практиці для того, щоб всі структури тиристора постійно перебували в стані високої провідності, все ж таки необхідно підтримання струму керування, передбаченого для даного температурного режиму. Таким чином, весь час увімкнення і стану високої провідності тиристора система керування формує імпульс струму позитивної полярності. Отже в стані високої провідності всі шари напівпровідникової структури забезпечують рівномірний рух носіїв зарядів (електронів від катода до анода, дірок - у зворотному напрямку). Через переходи П1, П2 протікає анодний струм, через перехід П3 - сумарний струм анода і керуючого електрода.

Фаза 3 - вимкнення. Щоб вимкнути тиристор GTO за незмінної полярності напруги приладу до керуючого електроду та катоду по колу керування прикладається напруга від’ємної полярності. Вона викликає струм вимикання, протікання якого веде до розсмоктування основних носіїв заряду (дірок) у базовому шарі p. Іншими словами, відбувається рекомбінація дірок, що надійшли в шар p з базового шару n, і електронів, що надійшли в цей же шар по колу керуючого електрода. В міру звільнення від них базового переходу П2 тиристор починає закриватися. Цей процес характеризується різким зменшенням прямого струму тиристора за короткий проміжок часу до невеликого значення . Відразу після закриття базового переходу П2 починає закриватися перехід П3, однак за рахунок енергії, що накопичена в індуктивності кола керування, він ще деякий час знаходиться в відкритому стані. Після того, як вся енергія, що накопичена в індуктивності кола керування, буде витрачена, перехід П3 з боку катода повністю закривається. З цього моменту струм через тиристор дорівнює струму витоку, який протікає від анода до катода через коло керуючого електрода.

Фаза 4 - блокуючий стан. В режимі блокуючого стану до керуючого електрода та катода залишається прикладеною напруга негативної полярності. По колу керування протікає сумарний струм, що складається з струму витоку тиристора і зворотного струму керування, що проходить через перехід П3. Перехід П3 зміщується у зворотному напрямку. Весь час вимкнення і блокуючого стану система керування формує і підтримує напругу керування негативної полярності.