Изучение работы тиристора (Лабораторная работа № 19)

Страницы работы

Содержание работы

Лабораторная работа № 19.

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТИРИСТОРА

          Цель работы: ознакомление с полупроводниковым прибором – тиристором. Прибор относится к классу переключающих устройств. Он обладает способностью открываться при определенных условиях, пропуская электрический ток, и закрывается, преграждая ему путь.

          Приборы и принадлежности: лабораторный макет, источник постоянного напряжения, резисторы, соединительные провода, осциллограф.

Теоретическое введение

1.  Устройство тиристора


Основу тиристора составляет кремниевая пластина, имеющая четырехслойную структуру, в которой чередуются слои с дыркой (p) и электронной (n) проводимостями (рис.19.1).

                                                    Рис.19.1

Эти четыре слоя образуют три p-n-перехода П1, П2 и П3. Крайнюю область p, к которой подключается положительный полюс источника, называют анодом, крайнюю область n, к которой подключен отрицательный полюс источника – катодом.

Название “тиристор” относится ко всем переключающим устройствам с тремя и более p-n-переходами. Приборы, имеющие два вывода (анод и катод), называются диодными тиристорами или динисторами.

2.  Физические процессы в динисторе

Как видно из рис.19.1, p-n – переходы П1 и П3 включаются в прямом направлении, а переход П2 – в обратном.

          Пусть напряжение, приложенное к тиристору мало. Тогда, очевидно, что ток, протекающий через тиристор, будет определяться переходом П2: переходы П1 и П3 открыты, их сопротивление мало, а сопротивление перехода П2 – большое. Поэтому начальный участок ОА1 вольтамперной


характеристики тиристора (рис.19.2) подобен вольтамперной характеристике   p-n – перехода в обратном направлении.

Рис.19.2

Отметим, что ток через переход П2 создан перемещением через него неосновных носителей в прилегающих областях: электроны являются неосновными носителями в средней p - области, а дырки – в средней n - области.

          По мере увеличения напряжения, прикладываемого к тиристору, растут прямые токи через переходы П1 и П2  - в соответствии с характеристикой p-n - перехода в прямом направлении. В результате в среднюю p - область через переход П1 инжектируется все большее количество электронов, а в среднюю n - область все большее количество дырок через переход П3. Таким образом, концентрация неосновных носителей в областях, прилегающих к переходу П2, возрастает. Следствием этого является уменьшение сопротивления перехода П2. В результате – это очень важный момент – происходит перераспределение падений напряжения между переходами П1, П2 и П3.

          Если при малом напряжении, приложенном к тиристору, почти все оно падало на переходе П2, то по мере увеличения этого напряжения сопротивление перехода П2, как уже было сказано, уменьшается, а так как ток через все эти перехода один и тот же по величине, то в соответствии с законом Ома на переходе П2 падает все меньшая доля напряжения, действующая на тиристоре. Это означает, что напряжение, действующее на переходах П1 и П3 возрастает еще больше.

          Теперь обратим внимание на то, что вольтамперная характеристика   p-n - перехода в прямом направлении нелинейна: по мере увеличения внешнего напряжения, прикладываемого к тиристору, токи через переходы П1 и П2 растут все сильнее.

          В средние p- и n- области инжектируется все больше и больше неосновных носителей, сопротивление перехода П2 падает все быстрее, что, в свою очередь, приводит к тому, что на переходах П1 и П2 оказывается все больше и больше напряжение (т.А2 на рис.19.2). А это вызывает дальнейшее возрастание тока через переходы П1 и П3. Наконец, при некотором внешнем напряжении на тиристоре U3=Uвкл. Этот процесс приобретает лавинообразный характер. Ток резко, скачком, возрастает (участок А34 на характеристике). Его величина ограничивается сопротивлением нагрузки Rн, включенным последовательно с тиристором. При этом сопротивления перехода П2 и тиристора в целом уменьшается настолько, что на самом тиристоре падает всего около одного вольта напряжения, а все остальное падает на резисторе Rн. Неосновных носителей в областях, прилегающих к переходу П2, теперь так много, что этот переход можно считать включенным в прямом направлении. Таким образом, если при напряжении U, приложенном к тиристору, меньшем напряжения включения Uвкл, тиристор был заперт, т.е. практически не пропускал ток, то при U> Uвкл тиристор отпирается (включается) и ток через него ограничивается лишь величиной сопротивления нагрузки Rн.

3.Тринистор

          Если от одной из средних областей сделан вывод, то получается управляемый переключающий прибор, называемый триодным тиристором или т р и н и с т о р о м. Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать величину Uвкл. Чем больше ток через такой управляемый переход  iупр, тем ниже будет Uвкл

          Это свойство тринистора наглядно показывают его вольтамперную характеристику, изображенную на рис.19.3 для различных значений управляющего тока iупр. Чем больше управляющий ток, тем сильнее инжекция неосновных носителей к среднему переходу и тем меньше напряжение на тиристоре требуется для того, чтобы прошло отпирание прибора. Наиболее высокое Uвкл получается при отсутствии управляющего  тока, когда тринистор превращается в динистор. И, наоборот, при значительной величине iупр характеристика тринистора приближается к характеристике прямого тока обычного диода.


Рис.19.3


Зависимость между iупр и Uвкл называется пусковой характеристикой тиристора, изображена на рис.19.4.

Рис.19.4

4.Применение тиристоров

          Тиристоры широко применяются в радио- и электротехнике как переключающие устройства. Они используются при конструировании генераторов импульсов различной формы, в схемах выпрямителей, для регулирования мощностей переменного тока.

          Рассмотрим фазовое управление током тиристора. Пусть переменное напряжение U приложено к последовательно соединенным тиристору и резистору нагрузки Rн (рис.19.5), а к управляющему электроду напряжение Uy  подается с фазосдвигающей RC - цепочки.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Электроника
Тип:
Методические указания и пособия
Размер файла:
3 Mb
Скачали:
0