Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

эмиттера. Для транзистора аналогично - 02/32- Кроме того, через коллекторный переход протекает суммарный обратный ток обоих транзисторов Добр, обусловленный движением неосновных носителей заряда - дырок из слоя п\ в слой р2 и электронов из р2 в Л. Полный ток через коллекторный переход равен сумме этих трех составляющих:

П2 = 01/31 -f- 2/32 -f- /кобр-

Или, учитывая, что через П2 и эмиттеры проходит один и тот же ток /а, можно эту сумму написать иначе:

/а = tti/g -J- ag/a /кобр,

откуда получим выражение для анодного тока и цепи тиристора:

I - (а, -f аг)

Величина ai и аг зависит от толщины базовых слоев п\ и р2 и от тока /а в цепи. При малых значениях тока Д а\ и аг близки к нулю, поэтому очень малы составляющие анодного тока aihi и агДг, а ток через тиристор обусловлен только обратным током перехода П. В этом режиме тиристор остается закрытым; на прямой ветви вольт-амперной характеристики тиристора это соответствует участку /, аналогичному обратной ветви характеристики р-п перехода (рис. 1.48).

Рис. 1.48. Вольт-амперная характеристика тиристора при /у = 0: Л - точка переключения; / - участок закрытого состояния; 2 - участок отрицательного динамического сопротивления - переход в открытое состояние; 3 - участок открытого состояния

На участке / с увеличением анодного напряжения Us, растет обратное напряжение на переходе П2 и немного возрастает ток Добр, а значит, и ток через тиристор Д. Рост тока Д вызывает увеличение коэффициентов передачи тока oi и 02, что в свою очередь приводит к возрастанию составляющих тока ai/31 и 02/32 и более быстрому росту тока Д.

В точке А мгновенно происходит переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. В этот момент ток скачком возрастает, а напряжение на тиристоре падает, причем этот процесс неуправляем (участок 2 так называемого отрицательного динамического сопротивления). Напряжение и ток тиристора

в точке А в момент переключения называют, соответственно, напряжением переключения (Упрк и током переключения Дрк-

Условие, необходимое для переключения тиристора, как следует из формулы для тока Д выражается равенством ai + аг = = 1. Действительно, в результате взаимного влияния тока Д на величину коэффициентов ai и аг, а этих коэффициентов на ток Д рост тока становится все интенсивнее: например, при oi + 2 =

ПС ---- г

= 0,5 ток /а = 2/кобр; при

ai -f аг = 0,8 ток Д = 5/к обр; т,(р-п-:р)

Приходит больше дырон

Дырки ;pz. -p)

Приходит больше электронов

\ TjCn-p-n) Приходит больше дырой

В открытом состоянии

Приходит больше злектронов

Электроны

В закрытом состоянии TjCп-р-п)

Рис. 1.49. Схема потоков носителей заряда в тиристоре: а - при а, -f а2< 1; б - при а, -- 1

ai --аг = 0,95 /а = 20/к обр; при ai --аг = 0,99 Д = 100/к обр. В тот момент, когда ai +аг= 1, знаменатель в выражении для тока Д обращается в нуль, а ток должен бесконечно возрасти, но он ограничивается сопротивлением нагрузки /? в анодной цепи.

Рассмотрим процессы, сопровождающие переход тиристора из закрытого состояния в открытое (рис. 1.49).

Для упрощения будем считать, что 01 = 02, хотя обычно создают несимметричную структуру, где Ог > ai. До момента переключения (oi -- 2) <С I (рис. 1.49, а); можно считать, что для каждого транзистора Т\ и Гг о < 0,5. Это означает, что в транзисторе Т\ {р\-П\-р2) из потока дырок от эмиттера Э\ большая часть оседает в базе Б\, а меньшая переходит через

коллекторный переход Яг в коллектор Ki. Аналогично в транзисторе Т2 {п2-р2-п\) большая часть электронов из эмиттера Э2 остается в базе Б2, а меньшая переходит в коллектор /Сг через переход Яг. Таким образом, при oi + ог < 1 в потоке носителей заряда, поступающих в область п\, преобладают дырки, а в потоке носителей заряда, поступающих в область рг, - электроны. В базах возрастает концентрация неосновных носителей заряда, увеличивающих обратный ток коллекторного перехода, а напряжение на переходе Яг остается обратным. Рост тока через тиристор, остающийся закрытым, происходит за счет увеличения /кобр-

С ростом тока и увеличением суммы oi -}- г все больше дырок из области р, через базу ni и переход Яг переходит в область Рг; одновременно увеличивается поток электронов из области Пг через область рг и переход Яг в область ль Эти носители заряда, скапливаясь по обе стороны от р-п перехода Яг (дырки в рг-базе и электроны в П-базе), создают электрическое поле, направленное встречно полю, созданному обратным напряжением, и понижают потенциальный барьер коллекторного перехода. В тот момент, когда ai--a2=l, потенциальный барьер полностью скомпенсирован, обратное напряжение на переходе Яг равно нулю, тиристор открывается. Одновременно с этим повышение концентрации избыточных основных носителей заряда в базах усиливает инжекцию носителей заряда в базы из эмиттеров, что вызывает еще большее возрастание коэффициентов передачи тока и их суммы oi + ctg, а следовательно, еще более быстрый рост тока. Процесс носит лавинообразный характер, так как возникает положительная обратная связь, когда следствие происходящих явлений влияет на их причину, еще более усиливая ее воздействие на рост тока.

В результате этих процессов переключение тиристора происходит мгновенно и неуправляемо, а напряжение на тиристоре падает, так как ни на одном из переходов нет обратного напряжения. Это соответствует участку 2 на рис. 1.48.

После включения тиристора его работа осуществляется при открытом состоянии, когда а\-\-а2>\. Небольшое увеличение напряжения вызывает быстрый рост тока через тиристор (участок 3 на рис. 1.48). Этот участок вольт-амперной характеристики тиристора в прямом направлении соответствует прямой ветви характеристики диода. Потоки дырок в рг-базу и электронов в П1-базу возрастают; в результате этого на переходе Яг изменяется полярность напряжения: слой рг у перехода заряжается положительно, а ni - отрицательно, т. е. создается прямое напряжение (рис. 1.49,6).

В открытом состоянии все три перехода находятся под прямым напряжением, обратный ток коллекторного перехода отсутствует. Ток в основной цепи создается движением инжектируе-

мых из эмиттеров носителей заряда: дырок - от 3i через все области к катоду, а электронов - от Эг в обратном направлении - к аноду. С увеличением приложенного напряжения возрастает напряжение на р-п переходах и растет ток. Поскольку прямое напряжение на переходе Яг по полярности противоположно прямым напряжениям на переходах П\ и Яз, то напряжение на тиристоре в открытом состоянии практически равно прямому напряжению на одном р-п переходе (0,75-1,5 В).

С уменьшением напряжения на тиристоре в открытом состоянии ток тиристора уменьшается, а при определенном значении

Рис. 1.50. Схема включения тиристора с цепью управления (а) и условные графические обозначения динистора (б), тринистора с управлением по катоду (в) и по аноду (г); д - схема включения тиристора

тока тиристор переходит в закрытое состояние. Наименьший ток в основной цепи, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии, называется током удержания тиристора /уд. При /а < /уд слои около перехода Яг обедняются носителями заряда, напряжение на нем становится обратным, тиристор закрывается.

В рассмотренном случае работы тиристора при отсутствии тока управления переход в открытое состояние достигается увеличением прямого напряжения до величины напряжения переключения (Упрк. Такой способ включения используется только в схемах с динисторами.

Тринистор помимо основной цепи между анодом и катодом имеет цепь управления. Для этой цепи нужен вывод управляющего электрода УЭ. Назначение цепи управления состоит в управлении моментом включения тиристора при напряжениях в основной цепи меньших, чем напряжение переключения (Упрк-Если вывод управляющего электрода сделан от базового слоя

р2, ТО ИСТОЧНИК управляющего тока Еу включается между УЭ и катодом. Такая схема управления по катоду приведена на рис. 1.50, а. Возможна и другая схема, в которой вывод управляющего электрода сделан от базового слоя щ, а источник £у включается между УЭ и анодом. В этом случае осуществляется управление по аноду. Условные графические обозначения тиристоров разного типа приведены на рис. 1.50, б. в. г. В обоих случаях источник Еу включается так, чтобы ток управления /у протекал от него через один из эмнттерных переходов в прямом направлении (рис. 1.50, d).

и обр проб

Рис. 1.51. Семейство вольт-амперных характеристик тиристора при разных значениях тока управления

Рассмотрим влияние тока управления на работу тиристора при прямом напряжении между анодом и катодом в схеме рис. 1.50, а. В основную цепь включены источник питания £а и нагрузка В цепь управления включен источник управляющего сигнала Еу, дающий ток управления /у. Полярность источника Еу совпадает по знакам с прямым напряжением на переходе Яз. Напряжение между управляющим электродом и катодом называется напряжением управления Uy.

При включении цепи управления ток /у, проходя от управляющего электрода через переход Яз к катоду, добавляется к току эмиттера э2 и вызывает увеличение коэффициента передачи тока Сг- В результате этого возрастает ток коллекторного перехода Яг, а значит, и ток в цепи тиристора, и переключение тиристора происходит при меньшем напряжении на нем. Все процессы, происходящие при переходе тиристора из закрытого состояния в открытое под действием тока управления, такие же, как под действием основного напряжения, достигающего величины напряжения переключения бпрк при /у = 0. Чем больше ток управления, тем меньше напряжение, при котором открывается тиристор. Это отражает семейство вольт-амперных характеристик, снятых в прямом направлении при разных значениях тока управления (рис. 1.51). При определенном значении тока управления, называемом током управления спрямления /ус, пря-

мая ветвь характеристики спрямляется, участок закрытого состояния / отсутствует; тиристор при прямом напряжении открыт, как диод.

Ток управления влияет только на крутизну участка / закрытого состояния тиристора и напряжение перехода в открытое состояние; на рабочий участок характеристики в открытом состоянии ток управления не оказывает влияния. После включения тиристора цепь управления может быть разомкнута, а тиристор будет продолжать работать в открытом состоянии. Благодаря этому свойству в практических схемах используют автоматическую подачу кратковременных импульсов тока управления для включения тиристора в нужный момент времени.

Выключение тиристора - переход в закрытое состояние - может быть осуществлено уменьшением тока до величины, меньшей тока удержания, или изменением полярности основного напряжения Ua на обратную. Обратная ветвь характеристики, как было сказано, соответствует обратной ветви вольт-амперной характеристики диода (участок 4 на рис. 1.51). При обратном напряжении, равном напряжению пробоя (Уобрпроб происходит лавинный пробой тиристора (участок 5).

1.6.2. Симметричные тиристоры

Симметричным тиристором, или симистором, называют тиристор, который переключается из закрытого состояния в открытое как в прямом, так и в обратном направлении. Он имеет симметричную вольт-амперную характеристику, т. е. одинаковые по виду прямую и обратную ветви. В связи с этим симисторы применяют как переключающие приборы в цепях переменного тока.

Симметричные тиристоры разделяют на диодные и триодные. Диодный симметричный тиристор (диак) включается при достижении как в прямом, так и в обратном направлениях определенного значения напряжения между основными выводами, равного напряжению переключения. Триодный симметричный тиристор (триак) включается как в прямом, так и в обратном направлениях при подаче сигнала на его управляющий электрод.

Структура симистора характеризуется большим, чем четыре, числом чередующихся областей р- и п-типа и, соответственно, имеет не три, а большее число переходов: для диака пять слоев и четыре перехода, для триака - шесть и более слоев, пять и более переходов.

Рассмотрим структуру и принцип действия симистора (рис. 1.52).

Контактные металлизированные площадки электрически соединяют верхние поверхности правой части области pi, области П и П4 (рис. 1.52, а) и имеют общий вывод А (анод). Метал-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.