Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про тиристоры, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое тиристоры, динисторы, тиристор, тиристоров, динистор, вольтамперная характеристика тиристора, классификация тиристоров, управляемые выпрямители, диодный тиристор, диод шокли , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
тиристор – это полупроводниковый прибор на основе монокристалла с четырехслойной структурой с тремя p-n переходами и обладающий вентильными свойствами, т.е. прибор, позволяющий пропускать ток в одном направлении с возможностью управления его средним и действующим значением за счет управления фазой включения тиристора.
Тиристор — полупроводниковый прибор имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры , проводящие ток в одном направлении (например тринистор, изображенный на рисунке) и в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динистор ы ).
Динистор (другие названия: диодный тиристор , диод шокли , не путать с Шоттки) — это триггерный твердотельный прибор с двумя выводами, представляющий собой полупроводниковую p-n-p-n-структуру и демонстрирующий S-образную вольт-амперную характеристику при рабочей полярности внешнего напряжения. Функционирует как тиристор, но без управляющих электродов. Широко используется в силовой полупроводниковой электронике в роли ключа; продолжают создаваться новые конструкции динисторов.
Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остается в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.
Обозначения тиристоров
|
Наименование |
Обозначение |
|
1. Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении |
|
|
2. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении |
|
|
3. Тиристор диодный симметричный |
|
|
4. Тиристор триодный. Общее обозначение |
|
|
5. Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении с управлением: по аноду |
|
|
по катоду |
|
|
6. Тиристор триодный выключаемый: общее обозначение |
|
|
запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду |
|
|
запираемый в обратном направлении, с управлением по катоду |
|
|
7. Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении: общее обозначение |
|
|
с управлением по аноду |
|
|
с управлением по катоду |
|
|
8. Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) — триак |
|
|
9. Тиристор тетроидный, запираемый в обратном направлении |
|
Примечание. Допускается обозначение тиристора с управлением по аноду изображать в виде продолжения соответствующей стороны треугольника.
Управляющий электрод позволяет управлять моментом включения тиристора даже при положительной разности потенциалов между анодом и катодом меньше пробойной, если через 1-й p-n переход создать прямой ток. Момент включения, или фаза включения, называется углом управления .
Для динистора как элемента электрической цепи не существует единого общепринятого обозначения. Возможные варианты символов представлены ниже:
Некоторые символы динистора образованы начертанием цифры 4, по количеству слоев в структуре . Это особенно видно, если повернуть третий слева рисунок на 1800 (см. фото «памятника» динистору).
Важным параметром тиристора является ток управления Iупр – ток управляющего электрода, который обеспечивает переключение тиристора в открытое состояние.
Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:
Пример характеристик
Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.
Тиристоры получили широкое применение благодаря ряду преимуществ по сравнению с диодами:
Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырехслойная p-n-p-n-структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.
Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырехслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединенных p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнемуn-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединенных к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором илитринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключен управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.
Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как их ВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется также симистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов, часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.
Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.
Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора
Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:
Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведенной на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0—3 симметрично относительно начала координат.
По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.
Рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 3. Режим обратного запирания тиристора
Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:
В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещен в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обедненной области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обедненный слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).
При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещен только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нем. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растет медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 все еще очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нем устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.
Двухтранзисторная модель
Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используется двухтранзисторная модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-pтранзистора с n-p-n транзистором, причем коллектор каждого из них соединен с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера IE, коллектора IC и базыIB и статическим коэффициентом усиления по току α1 p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где IСо— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.
Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.
Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток Ig втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.
Ток базы p-n-p транзистора равен 
. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора.
Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления 
равен 
Приравняв 
и 
, получим:
Так как 
то:
Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние равновесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.
Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α1 + α2 < 1, ток IA мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от IA и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным. Можно заметить также, что двухтранзисторная модель используется не только для изучения процессов, происходящих в тиристоре, но и как его схемотехнический аналог в электронной аппаратуре.
Ширина обедненных слоев и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обедненная область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: VAK = V1 + V2 + V3. По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдет в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещен в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения VAK = (V1 — |V2| + V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.
Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведет себя аналогично насыщенному транзистору с удаленным диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i-n+)-диоду…
При подаче напряжения прямой полярности на анод и катод тиристора со скоростью более некоторой критической dU/dt> dUкрит/dt произойдет открытие p-n-p-n структуры. Механизм данного эффекта обусловлен наличием паразитной емкости анод-управляющий электрод. Данный эффект ограничивает использование тиристоров в высокочастотных схемах, хотя иногда применяется для управления тиристором. Параметр dUкрит/dt указывается в справочниках на каждую модель тиристора.
Если ток, протекающий через тиристор в прямом направлении (в открытом состоянии ) будет возрастать со скоростью более некоторой критической di/dt > diкрит/dt, то произойдет разрушение структуры и выход тиристора из строя, что объясняется ограниченным ростом площади протекания носителей, увеличением плотности тока и локальным тепловым пробоем. Параметр diкрит/dt является справочным и указывается в каталогах на каждую модель тиристора.
Классификация тиристоров:
• Динистор, без управляющего электрода; только анод и катод
• Тринистор, с управляющего электродом
• Семистор, двунаправленный тиристор.
По проводимости и количеству выводов:
Ранее тиристоры в отечественной литературе назывались «управляемыми диодами».
Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если открытие динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определенного напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение открытия может быть специально снижено, путем подачи импульса тока определенной длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространенными приборами из «тиристорного» семейства.
Переключение в закрытое состояние обычных тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом.
Запираемые тиристоры, в отличие от обычных тиристоров, под воздействием тока управляющего электрода могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот. Чтобы закрыть запираемый тиристор, необходимо через управляющий электрод пропустить ток противоположной полярности, чем полярность, которая вызывала его открытие.
Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.
Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода
Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.
Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:
Различают в основном, по типу проводимости и способу управления
Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.
Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:
Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов
Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.
9.1) По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).
Принцип работы тиристора в устройствах переменного напряжения: на выходе есть только верхняя часть синусоиды
В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».
9.2) Рассмотрим принцип работы тиристора.
При подаче на анод тиристора напряжения Uвх, переходы П1 и П3 открыты, а переход П2 закрыт, поэтому все входное напряжение приложено к запертому слою П2. Вследствие этого ток тиристора очень мал. При увеличении входного напряжения ток через тиристор будет немного увеличиваться, до тех пор пока не пробьется переход П2 напряжение пробоя называется напряжением включения
Uвх= Uпроб = Uвкл (точка а). Отрезок |0а| это обратная ветвь перехода П2. При пробое перехода П2 резко увеличивается ток через тиристор (точка в). Отрезок |вс| все три перехода находятся под входным напряжением, так как напряжения переходов П1 и П3 одинаковы, но противоположны по знаку. Отрезок |ас| – участок «отрицательного» сопротивления тиристора.
Если на управляющий электрод подать ток, то можно изменить напряжение пробоя тиристора. Чем больше ток управления, тем меньше напряжение включения тиристора, т.е. тиристор, включится раньше.
Iупр4 > Iупр3 > Iупр2 > Iупр1 > 0, следовательно Uвкл4
Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.
В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.
К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.
В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.
После снятия отпирающего напряжения, тиристор остается в открытом состоянии (лампочка горит)
То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:
Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.
Если говорить о внутреннем устройстве, то это три перехода P-N-P-N
Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.
Выпрямители, которые совмещают выпрямление переменного напряжения с управлением выпрямленным напряжением, называют управляющими.
Основной элемент управляемого выпрямителя – тиристор.
Управление напряжением сводится к управлению во времени моментом отпирания тиристора.
Классификация управляемых выпрямителей
• однофазные однополупериодные
• однофазные мостовые: с полным числом тиристоров и с неполным числом, т.е. 2 тиристора, 2 диода
• трехфазные с выводом от средней точки трансформатора и мостовые.
В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор ( симистор ), который включается при любой полярности напряжения.
Однополупериодный управляемый выпрямитель
БУ – блок управления Управляющий ток в положительный полупериод e(t) открывает 1-й p-n переход и включает тиристор. В отрицательный полупериод открывание 1-го p-n перехода не приводит к открыванию 3-го p-n перехода, потому что диффундирующие носители не доходят до него, так как они успевают практически полностью рекомбинировать.
Среднее и действующее значение выпрямленного тока (напряжения) могут регулироваться в широких пределах за счет изменения фазы подачи управляющего тока.
Представленная схема имеет в своем составе схему управления, которая в значительной степени усложняет ее, так как требуется достаточно точная синхронизация по частоте управляющего тока с частотой выпрямляемого напряжения.
Временные диаграммы
Регулирование среднего напряжения на выходе выпрямителя для однополупериодного выпрямителя
напряжение можно регулировать в пределах
при изменении угла регулирования
для двухполупериодного выпрямителя
регулировочная характеристика управляемого выпрямителя
В динисторе четыре области, три p-n перехода . Крайние области именуются эмиттерами, внутренние — базами, крайние p-n переходы носят название эмиттерных, а внутренний — коллекторного. Прибор имеет два электрода: катод (со стороны n-эмиттера) и анод (со стороны p-эмиттера).
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) динистора, как и ВАХ тиристора, S-образна. Динистор обладает бистабильностью по току в интервале напряжений от напряжения удержания UН до напряжения включения US. В этом интервале одному и тому же значению напряжения отвечают два состояния прибора с разными значениями тока: блокирующее и проводящее. В блокирующем состоянии напряжение в основном приложено к обратно смещенному коллекторному p-n переходу, концентрация неравновесных носителей в базах незначительна. В проводящем состоянии все три p-n перехода имеют прямое смещение, в базы инжектируются неравновесные носители. При достаточно высокой плотности тока прибор работает подобно диоду с длинной базой при прямом смещении: базовые области заполнены электронно-дырочной плазмой высокой концентрации, инжектируемой из эмиттеров. Падение напряжения на базовых областях в этом режиме может существенно превосходить смещение барьеров p-n переходов.
Механизм бистабильности динистора такой же, как у тиристора. Этот механизм определяется нелинейным взаимодействием трех p-n переходов p-n-p-n структуры. Переход к проводящему состоянию связан с изменением полярности смещения коллекторного перехода с обратного на прямое при увеличении плотности тока. Механизм взаимодействия трех р-n переходов поясняет двухтранзисторная модель (см.. в статье Тиристор), в рамках которой p-n-p-n структура представлена как два «составных» p-n-p и n-p-n транзистора в соответствии с показанной на рисунке эквивалентной схемой динистора. Двухтранзисторная модель связывает напряжение включения US с коэффициентами переноса «составных» транзисторов.
Для включения динистора, как и тиристора, в базы p-n-p-n структуры необходимо внести избыточные неравновесные носители — так называемый «запускающий», или «управляющий», заряд. Величина этого заряда должна превосходить критический заряд Qs, характеризующий конкретную p-n-p-n структуру. Критический заряд Qs имеет характерную поверхностную плотность порядка 10-6 Кл/см2. В отличие от тиристора, динистор не имеет управляющего электрода (затвора), позволяющего ввести управляющий заряд с помощью тока затвора. Поэтому для переключения динистора на практике применяются другие методы. К ним относится, в частности, лавинный пробой коллекторного перехода или «прокол» (полное обеднение) базы, вызывающий инжекцию носителей из эмиттера.
С S-образной ВАХ связано явление гистерезиса: при увеличении напряжения прибор находится в блокирующем состоянии до напряжения включения US, при уменьшении остается в проводящем состоянии до достижения напряжения удержания Uн, причем UН < US. Для экспериментального наблюдения этого явления в динисторе необходимо последовательное омическое сопротивление, ограничивающее величину тока при больших напряжениях. Состояния прибора в этом случае заданы пересечением ВАХ и нагрузочной прямой.
Для динистора, как и других приборов с S–образной ВАХ, характерно нежелательное на практике явление шнурования тока .
В 1950-е годы динистор явился одним из первых кремниевых (не германиевых) приборов , в Калифорнии установлен «памятник» этому прибору в связи с его исторической значимостью.
Затем много лет широко использовался в схемотехнике в качестве ключа, например, для создания импульса отпирания тиристора. Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости считался идеальным элементом в схеме тиристорного регулятора мощности или импульсного генератора.
С 1990-х, для слаботочных применений, был вытеснен с рынка такими элементами как диак.
Ныне динисторы задействуются преимущественно в силовой полупроводниковой электронике; для данной сферы разрабатываются новые конструкции динисторов, а также алгоритмы подачи напряжения.
Специфика мощных динисторов состоит в ряде конструктивных особенностей и выборе параметров слоев, в том числе слабом легировании баз для повышения напряжения включения и большой площади приборов. Должен использоваться специально разработанный порядок подачи тока.
Так, в реверсивно включаемом динисторе (РВД) — силовом импульсном приборе — сначала подается небольшой импульс тока реверсивной (то есть нерабочей) полярности, когда базы, в первую очередь n-база, заполняются электронно-дырочной плазмой через прямосмещенный коллекторный переход. После этого, уже при рабочей полярности, включение динистора происходит легче, чем без предварительной накачки, как если бы в тиристоре был подан ток управляющего электрода. Преимуществом является одновременность включения сразу по всей площади.
Подобные приборы в настоящее время изготавливаются на основе кремния (Si); также обсуждается возможность использования карбида кремния (SiC) для высокотемпературных применений.
Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.
Один из видов: силовой Т122-25
Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.
На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы
Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:
Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом
Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.
Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром
На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между анодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.
Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:
Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания
Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.
Статью про тиристоры я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое тиристоры, динисторы, тиристор, тиристоров, динистор, вольтамперная характеристика тиристора, классификация тиристоров, управляемые выпрямители, диодный тиристор, диод шокли и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база