Дослідження регуляторів потужності на тиристорі і симисторі

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

Дослідження регуляторів потужності на тиристорі і симисторі

Мета роботи: Вивчення особливостей роботи тиристорів і симисторів в колах постійного і змінного струму.

4.1Короткі теоретичні відомості

4.1.1 Визначення, види тиристорів

Тиристором називають напівпровідниковий прилад, основу якого складає чотиришарова структура, здатна перемикатися із закритого стану у відкритий і навпаки.

Найпростішим тиристором є діністор - некерований перемикаючий діод, що представляє собою чотиришарову структуру типу p-n-p-n (рис. 4.1). Тут, як і в інших типів тиристорів, крайні p-n-переходи називаються емітерними, а середній p-n-перехід - колекторним. Внутрішні області структури, що лежать між переходами, називаються базами. Електрод, що забезпечує електричний зв'язок із зовнішньою n-областю, називається катодом, а з зовнішньої p-областю - анодом.

На відміну від несиметричних тиристорів (діністоров, тріністоров) в симетричних тиристорах (симисторах) зворотна гілка ВАХ має вигляд прямої гілки. Це досягається зустрічно-паралельним включенням двох однакових чотиришарових структур або застосуванням п'ятишарових структур з чотирма p-n-переходами.

                              а)                                                                         б)

Рисунок 4.1 - Структура динистора (а) та тринистора (б)

Позначення на схемах: симистора,  динистора та  тріністора показано на рис.4.2.

                                                     а)                   б)                   в)

Рисунок 4.2 - Позначення на схемах: а) симистора б) динистора в) тріністора.

4.1.2 Принцип дії

При включенні динистора за схемою, наведеною на рис. 4.3, колекторний p-n-перехід закритий, а емітерні переходи відкриті. Опори відкритих переходів малі, тому майже вся напруга джерела живлення прикладена до колекторному переходу,що має високий опір. У цьому випадку через тиристор протікає малий струм (ділянка 1 на рис. 4.4).

Якщо збільшувати напругу джерела живлення, струм тиристора збільшується незначно, поки ця напруга не наблизиться до деякого критичного значення, рівного  напрузі включення  Uвкл. При напрузі Uвкл в динисторі створюються умови для лавинного розмноження носіїв заряду в області колекторного переходу. Відбувається зворотній електричний пробій колекторного переходу (ділянка 2 на рис. 4.4). В  n-області колекторного переходу утворюється надмірна концентрація електронів, а в p-області - надмірна концентрація дірок. Зі збільшенням цих концентрацій знижуються потенційні бар'єри всіх переходів динистора. Зростає інжекція носіїв через емітерні переходи. Процес носить лавиноподібний характер і супроводжується перемиканням колекторного переходу у відкритий стан. Зростання струму відбувається одночасно зі зменшенням опорів усіх областей приладу. Тому збільшення струму через прилад супроводжується зменшенням напруги між анодом і катодом. На ВАХ цю ділянку позначено цифрою 3. Тут прилад має негативний диференціальний опір. Напруга на резисторі зростає і відбувається перемикання динистора.

                              а)                                                                         б)

Рисунок 4.3 - Схема включення динистора (а) та тринистора (б)

Після переходу колекторного переходу у відкритий стан ВАХ має вигляд, відповідний прямій гілці діода (ділянка 4). Після перемикання напруга на динисторі знижується до 1 В. Якщо і далі збільшувати напруга джерела живлення або зменшувати опір резистора R, то буде спостерігатися зростання вихідного струму, як у звичайній схемі з діодом при прямому включенні.

При зменшенні напруги джерела живлення відновлюється високий опір колекторного переходу. Час відновлення опору цього переходу може становити десятки мікросекунд.

Напругу Uвкл, при якій починається лавиноподібне наростання струму, може бути знижено введенням не основних носіїв заряду в будь-якому з шарів, прилеглих до колекторного переходу. Додаткові носії заряду вводяться в тиристорі допоміжним електродом, що живиться від незалежного джерела управляючої напруги (Uупр). Тиристор з допоміжним електродом називається тріодним, або тріністорним. На практиці при використанні терміну «тиристор» мається на увазі саме цей елемент. Схема включення такого тиристора показана на рис. 4.2,б. Можливість зниження напруги U при зростанні струму управління, показує сімейство ВАХ (рис. 4.3,б).

                              а)                                                                         б)

Рисунок 4.4 - Вольтамперна характеристика динистора (а) та тринистора (б)

Якщо до тиристора прикласти напругу живлення, протилежної полярності (рис. 4.4,б), то емітерні переходи виявляться закритими. У цьому випадку ВАХ тиристора нагадує зворотну гілку  характеристики звичайного діода. При дуже великих зворотних напругах спостерігається незворотний пробій тиристора.

Симистор має додатковий p-n перехід поруч з анодом або катодом. Така конструктивна особливість симистора обумовлює симетричність його вольтамперної характеристики.

Рисунок 4.5 - Вольтамперна характеристика динистора

4.1.3  Параметри тиристорів