Классификация, условные обозначения и применение

Лабораторная работа

Тема: Исследование тиристора.

Цель работы: Исследование принципа работы, вольт – амперной характеристики и параметров тиристора.

Краткая теория.

При решении многих задач автоматизации и управления технологическими процессами, телемеханики и связи возникает необходимость коммутации (отключения, подключения и переключения) электрических цепей. Широко распространенные в недавнем прошлом механические и электромеханические переключатели (реле) не обеспечивают необходимой надежности и быстродействия, поэтому разрабатывались электронные переключатели, к числу которых можно отнести электронные ключи и триггеры, выполненные на транзисторах.

Электронный ключ - это устройство, имеющее два устойчивых состояния: с низкой и высокой проводимостью причем переход из одного состояния в другое может осуществляться с помощью управляющих электрических сигналов. Этим требованиям удовлетворяет полупроводниковый прибор, называемый тиристором. Его основное назначение состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки при воздействии внешнего управляющего сигнала. Как и транзисторный ключ тиристор имеет два статических состояния: закрытое (с низкой проводимостью) и открытое (с высокой проводимостью). В каждом из них тиристор может находиться сколь угодно долго, а переход из одного состояния в другое происходит относительно быстро под воздействием кратковременного управляющего сигнала.

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (и более) p-n переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

1. Диодные тиристоры. Структура и принцип действия.

Диодный тиристор (динистор)– это тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления.

В основе структуры динистора лежит четырехслойная p-n-p-n структура, показанная на рис. 1.

Четыре слоя полупроводника образуют три p-n перехода П1, П2, и П3. Кроме них есть еще два омических перехода, один из которых между слоем

p₁ и металлическим электродом, называемым анодом, а второй – между слоемn₂ и металлическим электродом, называемым катодом.

Рассмотрим процессы в динисторе при подаче на него прямого напряжения, то есть положительный потенциал на аноде, а отрицательный – на катоде (рис.1). В этом случае переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, а переход П2 смещен в обратном направлении и называется коллекторным. Таким образом, у динистора две эмиттерные области (p₁- и n₂-эмиттеры) и две базовые области (n₁- и p₂-базы). Эмиттеррные области значительно сильнее легированы примесями, чем базовые. Большая часть внешнего напряжения падает на закрытом коллекторном переходе П2.

На вольт – амперной характеристике (ВАХ) динистора этим процессам соответствует участок ОА. Точка А соответствует некоторому напряжению включения U_вкл, при котором два рассмотренных процесса уравновешивают друг друга, величина потенциального барьера и сопротивление перехода П2 практически становятся равными нулю. Любое, сколь угодно малое увеличение напряжения выше U_вклприведет к заметному росту тока одного из эмиттерных переходов, за счет ПОС возрастет ток второго перехода. Процесс развивается лавинообразно и динистор практически мгновенно входит в режим насыщения, когда ток через него ограничивается лишь сопротивлением нагрузки.

Сопротивление самого тиристора при этом складывается из сопротивления трех открытых p-n переходов и четырех объемных сопротивлений полупроводника. Каждое из этих сопротивлений мало, поэтому падение напряжения на них не превышает долей вольта, а полное падение напряжения на открытом тиристоре не более нескольких вольт.

Переходу из закрытого в открытое состояние тиристора соответствует участок АВ ВАХ, участок ВС соответствует работе тиристора в открытом состоянии.

На участке ОА преобладает первый из рассмотренных выше процессов, и сопротивление тиристора растет, но рост этот замедляется по мере приближения к точке А. После точки А второй механизм создает поле Е_изб > Е_пер, и переход П2 становится открытым, его сопротивление резко уменьшается.

В открытом состоянии (участок ВС) прямое смещение перехода П2 поддерживается избыточным зарядом в базах за счет проходящего тока. Если ток постепенно уменьшать, то при достижении некоторого значения, меньшего удерживающего тока I_уд, в результате рекомбинации количество избыточных зарядов станет недостаточным для компенсации поля ионов в ОПЗ, коллекторный переход смещается в обратном направлении и ток резко уменьшается до значения, соответствующего точкеD, тиристор перейдет в закрытое состояние. Удерживающий токI_уд– это минимальный ток, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Триодный тиристор (тринистор)– это тиристор, имеющий два основных и один управляющий выводы.

Для переключения тринистора из закрытого в открытое состояние тоже необходимо накопление избыточных носителей заряда в базовых областях. В динисторе при повышении анодного напряжения доU_вклэто накопление неравновесных носителей заряда происходит либо из-за увеличения уровня инжекции через эмиттерные переходы, либо из-за ударной ионизации в ОПЗ коллекторного перехода. В тринисторе, имеющем дополнительный управляющий вывод от одной из базовых областей, можно повысить уровень инжекции через прилегающий к ней эмиттерный переход путем подачи на него дополнительного прямого напряжения. Таким образом, можно добиться переключения тринистора в открытое состояние даже при небольшом анодном напряжении, меньшемU_вкл.

Основные параметры динисторов: I_ср.max– максимально допустимый средний ток в открытом состоянии;U_от– наименьшее значение прямого напряжения, необходимое для переключения динистора из закрытого состояния в открытое;U_обр.max– максимально допустимое постоянное обратное напряжение;U_ос- постоянное напряжение на тиристоре в открытом состоянии;I_зс– постоянный ток в закрытом состоянии.

Для тринисторов к числу основных параметров добавляются еще параметры цепи управления: I_у.от– отпирающий постоянный ток управления – это наименьший ток управления, необходимый для включения тиристора;U_у.от– постоянное отпирающее напряжение управления, то есть напряжение управления, соответствующееI_у.от;I_у.от.ииU_у.от.и– отпирающие импульсные ток и напряжение управления;I_у.з.ииU_у.з.и- запирающие импульсные ток и напряжение управления, т.е. наименьшие импульсные значения тока и напряжения, необходимые для выключения тиристора (для запираемых тиристоров).

Важными параметрами тиристоров являются также время включения t_вкл, время выключенияt_выкл.общая емкостьC_общ, максимальное значение импульсного прямого токаI_имп.max. Время включения тиристоров составляет обычно единицы микросекунд, а время выключения – десятки микросекунд. Это связано с тем, что для рассасывания избыточного заряда, накопленного базовыми областями, которое происходит путем рекомбинации, требуется определенное время. Поэтому тиристоры могут работать только в низкочастотном диапазоне. Верхняя граничная частота этого диапазона указывается в справочниках и обычно составляет единицы килогерц.

Классификация, условные обозначения и применение

тиристоров.

Тиристоры классифицируют по следующим признакам:

· по количеству выводов;

· по виду выходной ВАХ;

· по способу включения и управления;

· по другим признакам (например, по мощности).

По количеству выводов различают:

· диодные тиристоры (динисторы), имеющие два вывода – анод и катод (рис. 6,а);

· Триодные тиристоры (тринисторы), имеющие три вывода – анод, катод и управляющий электрод ( рис. 6,б - е);

· четырехэлектродные (тетродные) тиристоры, имеющие два входных и два выходных вывода (рис. 6,ж) ;

По виду ВАХ различают:

· тиристоры, не проводящие в обратном направлении (рис. 6, а – г);

· Тиристоры, проводящие в обратном направлении (тиристоры с обратной проводимостью, или тиристоры – диоды), (рис 6,е);

· симметричные (двухпроводные, симисторы или триаки), которые могут переключаться в открытое состояние при любой полярности напряжения (рис. 6, д).

По способу включения тиристоры делятся на незапираемые(выключение обеспечивается только уменьшением тока до величины, меньшей удерживающего тока, либо отключением анодного напряжения) изапираемые (выключение возможно по входной управляющей цепи).

По способу управления различают: тиристоры, фототиристорыи оптотиристоры.Первые управляются внешним электрическим сигналом по управляющему электроду. Фототиристор управляется внешним оптическим сигналом, а оптотиристор – внутренним оптическим сигналом (излучатель – светодиод и фототиристор составляют единую конструкцию).

Ход работы.

1. Выписать справочные данные тиристоров КУ 101 А, КУ 102 б, КУ 1041 Е. (см. приложение 1). Для тиристора КУ 101 А рассчитать:

- величину сопротивления в цепи управления по допустимым значениям напряжения и тока управления;

Контрольные вопросы

1. Дайте определение тиристора и назовите основные признаки классификации тиристоров.

2. Нарисуйте структуру динистора, укажите полярность включения источника питания и объясните процессы, происходящие в тиристоре на различных участках ВАХ.

3. В чем преимущества тринисторов перед динисторами?

4. Нарисуйте схему включения тринистора, укажите полярность источников питания.

5. Какова роль управляющего электрода в тиристоре? Как будет выглядеть управляющая характеристика и почему?

6. Какими способами можно перевести тиристор из закрытого состояния в активное?

7. Какими способами можно перевести тиристор из открытого состояния в закрытое?

8. Перечислите основные параметры и характеристики тиристоров.

Сделать вывод о проделанной работе и применении тиристоров.

Параметр	Обозначение	Еди- ница	Тип тиристора
Параметр	Обозначение	Еди- ница	КУ101А	КУ101Б	КУ101Г	КУ101Е
Постоянный ток в закрытом состоянии	I_{з. с}	мА	0,15	0,15	0,15	0,15
Постоянный обратный ток при U_{обр max}	I_обр	мА	0,15	0,15	0,15	0,15
Отпирающий постоянный ток управления	I_{у. от}	мА	0,05...7,5	0,05...7,5	0,05...7,5	0,05...7,5
Отпирающее постоянное напряжение управления	U_{у. от}	В	0,25...10	0,25...10	0,25...10	0,25...10
Напряжение в открытом состоянии	U_ос	В	-	-	-	-
Неотпирающее постоянное напряжение управления	U_{у. нот}	В	-	-	-	-
Время включения	t_вкл	мкс	2	2	2	2
Время выключения	t_выкл	мкс	70	70	70	70
Предельно допустимые параметры
Постоянное напряжение в закрытом состоянии	U_{з. с max}	В	50	80	80	150
Постоянное обратное напряжение	U_{обр max}	В	10	50	80	150
Постоянное обратное напряжение управления	U_{у. обр max}	В	-	-	2	-
Минимальное прямое напряжение в закрытом состоянии	U_{з. с min}	В	10	10	10	10
Постоянный ток в открытом состоянии	I_{ос min}	А	0,075	0,075	0,075	0,075
Импульсный ток в открытом состоянии	I_{ос. и min}	А	0,15	0,15	0,15	0,15
Постоянный прямой ток управления	I_{у max}	А	0,015	0,015	0,015	0,015
Импульсная рассеиваемая мощность УЭ	P_{у. и max}	Вт	0,5	0,5	0,5	0,5
Средняя рассеиваемая мощность	P_{ср max}	Вт	0,15	0,15	0,15	0,15
Максимальная температура окружающей среды	T_max	°С	+85	+85	+85	+85
Минимальная температура окружающей среды	T_min	°С	-60	-60	-60	-60

Приложение 1

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!