Будова принципи роботи диністорів

Тиристор – це напівпровідниковий прилад з трьома або більше р – n переходами, вольт – амперна характеристика якого має ділянку з негативним диференціальним опором і який використовується для перемикання.

Диністор – це тиристор, який має два зовнішніх виводи. Диністор має чотиришарову структуру, як зображено на рис. 1. Він має три р-n переходи, при- чому, за вказаної полярності джерела Е, два крайніх з них (П1 і П3) зміщені в прямому напрямку, а середній (П2)-у зворотному (рис.1,а).

а) б)

Рис. 1. Структура диністора та його модель у вигляді двох транзисторів.

Тиристор можна представити у виді еквівалентної схеми (моделі), яка складається із двох транзисторів VT1 та VT2 р-n-р та n-р-n типу відповідно (Рис.1.,б). При цьому виходить, що переходи П1 і П3 є емітерними переходами цих транзисторі, а перехід П2 для обох транзисторів є колекторним.

Область бази Б1 транзистора VT1 одночасно э колекторною областю транзистора VT2, а область бази Б2 транзистора VT2 - колекторною областю транзистора VT1.

Як правило, тиристори виготовляють із кремнію, причому емітерні переходи можуть бути сплавними, а колекторний перехід виготовляється методом дифузії. Використовується також планарна технологія. Концентрація домішок в базових областях значно менша, ніж в емітерних областях.

Колекторний струм першого транзистора є базовим для другого , а колекторний струм другого транзистора базовим першого . Таке вмикання забезпечує внутрішній додатній зворотний зв’язок: якщо увімкнеться хоча б один транзистор, то надалі вони будуть підтримувати один одного в увімкненому стані.

Струм диністора ­­– це емітерний струм першого транзисторного або другого , тобто

(1)

З другого боку струм I можна розглядати як суму двох колекторних струмів і , рівних відповідно:

,

де - коефіцієнти передачі емітерного струму транзисторів VT1, VT2. Крім цього до складу струму диністора I входить початковий некерований (тепловий) струм колекторного переходу .

Таким чином можемо записати

або (2)

Звідки (3)

Проаналізуємо отриманий вираз. Для малих значень струмів і струм I теж порівняно невеликий. Із зростанням напруги на диністорі коефіцієнти зростають (за рахунок звуження баз транзисторів через розширення зворотного зміщення перехду ), а одже зростає і струм через диністор I.

При деякому значенні струму, що зветься струмом вмикання диністора, отримаємо і вихідний струм мав би зростати до нескінченості, якби не обмежуюча дія опору навантаження . Надалі прилад утримується в увімкненому стані за рахунок внутрішнього зворотного зв’язку. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) диністора представлена на рис. 2.

Рис.2. ВАХ диністора та його умовне позначення, де

– напруга вмикання диністора;

– струм вмикання;

– струм утримання;

– гранично допустимий стрим приладу;

– напруга що відповідає .

На ділянці ОА струм невеликий і росте повільно. В цьому режимі диністор закритий. На опір колекторного переходу впливають два взаємо протилежні процеси. З однієї сторони, підвищення зворотної напруги на цьому переході збільшує його опір, так як під дією зворотної напруги основні носії виходять в різні сторони від границі, перехід збіднюється основними носіями заряду. Але, з іншої сторони, підвищення прямої напруги на емітерних переходах , і підсилює інжекцію носіїв, які підходять до переходу , збагачують його і зменшують його опір. До точки А перевагу має перший процес і опір росте, але все повільніше і повільніше, так як поступово підсилюється другий процес.

Поблизу точки А при деякій напрузі, яка називається напругою вмикання, вплив обох процесів зрівноважується, а потім навіть дуже мале збільшення вхідної напруги створює перевагу другого процесу і опір переходу починає зменшуватися. Тоді виникає процес відкривання диністора.

Струм скачко подібно зростає (ділянка АБ), так як збільшення напруги на і зменшує опір і напругу на ньому, за рахунок чого ще більше зростають напруги на і , а це приводить до ще більшого зростання струму, зменшенню опору . В результаті цього процесу встановлюється режим (ділянка БВ) , коли диністор відкритий. Струм в цьому режимі визначається опором Rн.

Триністори

Триністор (тиристор) – це чотиришаровий перемикаючий прилад, у якого від однієї з базових областей зроблено вивід-керуючий електрод.

Структура та умовне позначення триністора (тиристора) приведена на рис.2.

Рис.2. Структура та умовне позначення тиристора

Подаючи між керуючим електродом та катодом пряму напругу на р-n перехід, що працює у прямому напрямку, можна регулювати величину . Ця властивість тиристора приведена на його BAX (рис.3.)

Якщо подати в керуюче коло імпульс прямої напруги, тиристор вмикається і залишається увімкненим після знаття сигналу керування.

Вимкнути тиристор можна лише зниженням струму у його основному колі нижче струму утримання . На рис.4. приведена схема вмикання тиристора.

Рис.3. BAX тиристора

Рис.4. Найпростіша схема вмикання тиристора

У колах змінного струму тиристори використовуються у якості керованих електронних перемикачів. На рис. 5 приведено схему найпростішого однофазного регулятора та часові діаграми його роботи.

Рис.5 Однофазний регулятор:

а) електрична схема;

б) часові діаграми;

Схема керування СК виробляє імпульсні сигнали і . Змінюючи затримку подачі сигналу керування відносно переходу напруги мережі через нуль – кут регулювання α - від О до π, можна регулювати напругу на навантаженні від нуля до максимуму.

Основні параметри тиристорів:

1) Статичні параметри:

- струм вмикання

- струм утримання (мінімальний прямий струм увімкненого тиристора при розімкнутому колі керування, при подальшому значенні якого тиристор переходить у непровідний стан);

2) Граничні параметри:

- максимально допустиме значення середнього струму через тиристор ;

- максимально допустиме амплітудне значення зворотної напруги ;

- допустима середня потужність втрат у відкритому стані;

3) Динамічні параметри:

- час вмикання (час переходу тиристора із непровідного стану в провідний);

- час вимикання (мінімальний проміжок часу між проходженням через нуль прямого струму та повторним прикладанням напруги до тиристора).

Поиск по сайту: