Гистерезис
Тиристоры – это класс полупроводниковых компонентов, проявляющих гистерезис; это свойство, при котором система не может вернуться в исходное состояние после устранения какой-либо причины изменения состояния. Очень простой пример гистерезиса – это механическое действие тумблера: при нажатии на рычаг он переключается в одно из двух крайних состояний (положений) и остается там даже после удаления источника движения (после того, как вы удалите руку от рычага переключателя). Чтобы проиллюстрировать отсутствие гистерезиса, рассмотрите действие «мгновенного» кнопочного переключателя, который возвращается в исходное состояние после того, как кнопка больше не нажата: когда воздействующий фактор удаляется (ваша рука), система (коммутатор) немедленно и полностью возвращается в прежнее состояние без поведения «запирания».
Биполярные, полевые транзисторы и полевые транзисторы с изолированным затвором – это всё негистерезисные устройства. То есть, они по своей сути не «запираются» в состояние после стимуляции сигналом напряжения или тока. Для любого заданного входного сигнала в любой момент времени транзистор будет иметь предсказуемый выходной отклик, определяемый его характеристической кривой. Тиристоры, с другой стороны, являются полупроводниковыми устройствами, которые, как правило, остаются открытыми («включенными») после открывания и остаются закрытыми («выключенными») после закрывания. Мгновенное событие может переключить эти устройства в состояние «открыт» или «закрыт», в котором они останутся сами по себе, даже после устранения причины изменения состояния. Таким образом, они полезны только как переключающие устройства включения/выключения (как тумблер) и не могут использоваться в качестве усилителей аналогового сигнала.
Тиристоры построены по той же технологии, что и биполярные транзисторы, и фактически могут быть проанализированы как схемы, состоящие из транзисторных пар. Как тогда, может гистерезисное устройство (тиристор) быть изготовлено из негистерезисных устройств (транзисторов)? Ответ на этот вопрос – положительная обратная связь, также известная как регенеративная обратная связь. Как вы помните, обратная связь – это условие, при котором часть выходного сигнала «подается обратно» на вход усилительного устройства. Отрицательная или дегенеративная обратная связь приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению при увеличении стабильности, линейности и ширины полосы пропускания. С другой стороны, положительная обратная связь приводит к некоторой нестабильности, когда выход усилителя имеет склонность «насыщаться». В случае тиристоров эта тенденция насыщения приравнивается к тому, что устройство «хочет» оставаться в открытым (включенным) после открывания или закрытым (выключенным) после закрывания.
В данной главе мы рассмотрим несколько различных типов тиристоров, большинство из которых происходит из одной основной базовой двухтранзисторной схемы. Однако, прежде чем мы это сделаем, было бы полезно изучить технологического предшественника тиристоров: газоразрядные лампы.