тиристор

Схема включения и структура тринистора

ВАХ тринистора

Что такое тиристор. Тиристор - это полупроводниковый прибор, имеющий два устойчивых состояния (открытое и закрытое), несколько выпрямляющих переходов и могущий переключаться из одного состояния в другое. Выделяют диодные и триодные тиристоры. Первые, именуемые динисторами - неуправляемые, вторые, именуемые, тринисторами - управляемые. Последние также в обиходе называют просто тиристорами. Такой тиристор, или тринистор, представляет из себя 4-х слойную полупроводниковую структуру, где одна из областей n-p-перехода является управляющей. В зависимости от того, база какого условного транзистора является управляющей, различают тринисторы с анодным и катодным управлением. Базовый вывод управляет током близлежащего эмиттера. Для этого на управляющий электрод (УЭ) необходимо подать напряжение такой полярности, которая обеспечит отпирание соответствующего эмиттерного перехода. В этом случае процессы отпирания и запирания тиристора, т.е. управление его током Iн осуществляются за счет изменения напряжения на управляющем электроде, который является (см. рис.1) входным электродом включенного в электрическую цепь тиристора.
На рис.2 приведены ВАХ тринистора. Как видно, с возрастанием Uупр , а следовательно и Iупр уменьшается напряжение включения тринистора, и при достаточно большом значении Iупр вид прямой ветви ВАХ тринистора аналогичен прямой ветви ВАХ диода.

Опыты с тринистором

Допустим, что управляющий электрод никуда не подключен. В таком варианте тринистор включится при некотором напряжении на аноде Uвкл. Стоит подать на управляющий электрод относительно катода хотя бы небольшое плюсовое напряжение и пропустить таким образом постоянный ток через цепь "управляющий электрод - катод", как напряжение включения уменьшиться. Чем больше будет этот ток, тем меньше будет напряжение включения.
Наименьшее напряжение включения будет соответствовать определенному максимальному току Iуэ, который называют током спрямлдения - прямая ветвь спрямляется настолько, что становится похожей на такую же ветвь диода.
После открывания тринистора управляющий электрод теряет свои свойства и выключить тринистор удастся либо уменьшением прямого тока ниже тока удержания Iуд, либо кратковременным отключением питающего напряжения.
Тринистор может быть открыт как постоянным током, пропускаемым через управляющий электрод, так и импульсным, причем допустимая длительность импульса может составлять миллионные доли секунды.
Каждый тринистор имеет определенные параметры, которые есть в справочниках и по которым тринисторы обычно подбирают для собираемой конструкции. Это
- Uпр - допустимое постоянное напряжение в закрытом состоянии
- Uобр - постоянное обратное напряжение. Оно оговаривается не для всех тринисторов и в случае отсутствия такого параметра подавать его нежелательно.
- Iпр - постоянный ток в открытом состоянии при определенной допустимой температуре корпуса. Если тринистор будет нагреваться до большей температуры, его придется установить на радиатор.
- Iуд - минимальный ток анода, при котором тринистор остается во включенном состоянии после снятия управляющего сигнала.
- Iу.от - максимальный открывающий ток в цепи управляющего электрода.
- Uу.от - максимальное открывающее напряжение при токе, не превышающем Iу.от.

При эксплуатации тринисторов серии КУ201 и КУ202 рекомендуется между управляющим электродом и катодом включать шунтирующий резистор сопротивлением 51Ом, хотя на практике наблюдается надежная работа и без него. Еще одно важное условие для этих тринисторов - при минусовом напряжении на аноде подача тока управления не допускается.

Проведем некоторые эксперименты, позволяющие понять работу тринистора и особенности управления. Возмем тринистор КУ201, миниатюрную лампу накаливания на 24В, источник постоянного напряжения на 18...24В при токе нагрузке 0,15...0,17А и источником переменного напряжения 12...14В.

Как открыть тринистор

Как открыть тринистор

Движок переменного резистора установим в нижнее по схеме (максимальное сопротивление) положение и подключим каскад на тринисторе к источнику постоянного тока. Нажав на кнопку, будем плавно перемещать движок переменного резистора вверх по схеме (до минимального сопротивления) до тех пор пока не зажжется лампочка. Это укажет на то, что тринистор открылся. При этом кнопку можно будет отпустить, лампа будет продолжать светить.
Чтобы закрыть тринистор и привести его в закрытое состояние, достаточно на мгновение отключить источник питания. Лампа погаснет. Если нажать на кнопку вновь, тринистор снова откроется и лампа зажжется. Погасить можно и другим способом - при отпущенной кнопке замкнуть куском проволоки или пинцетом выводы анода и катода.
Чтобы измерить открывающий ток тринистора, необходимо включить в разрыв цепи управляющего электрода (в точке А) миллиамперметр и, плавно перемещая движок переменного резистора из нижнего (максимального значения) положения в верхнее (минимальное значение), дождать момента загорания лампочки. Таким образом стрелка или табло миллиамперметра зафиксирует искомое значение тока открытия.
Подобным образом можно узнать и ток удержания тринистора. В этом случае необходимо включить миллиамперметр в разрыв цепи в точке Б, а последовательно с ним добавить переменный резистор номиналом 2,2...3,3кОм. При этом пере5д началом необходимо вывести сопротивление резистора до нуля. Плавно увеличивая сопротивление резистора, дождать пока значение милииамперметра не упадет скачком до нуля. Предшествующее этому моменту показание миллиамперметра и будет минимальным значением тока удержания тринистора.

Как тринистор управляется импульсом

Управление импульсом

Соберем схему, показанную на рисунке. Теперь на управляющий электрод постоянное напряжение не подается, но тиристор по-прежнему управляем. Подадим на каскад питание и нажмем кнопку. Мгновенно зарядится конденсатор, и его ток заряда в виде импульса пройдет через резистор и управляющий электрод. Времени зарядки будет достаточно, что тринистор успел открыться. Лампа останется гореть. А конденсатор разрядится через резисторы и будет готов к следующему пропуску импульса.
Теперь возьмем оксидный конденсатор не менее 100мкФ и на мгновение подключим его к выводам анода и катода. Через оксидный конденсатор пройдет импульс зарядного тока, тринистор в момент протекания зарядного тока окажется зашунтирован и закроется.

Тринистор как регулятор мощности

Способности тринистора открываться при разном анодном напряжении в зависимости от тока управляющего электрода широко используются в регуляторах мощности, изменяющих средний ток, протекающий через нагрузку.

Тиристор в регуляторе мощности

Графики открытия и закрытия тринистора при разном токе управляющего электрода

Чтобы увидеть данную работу тринистора, необходимо собрать схему, показанную на рис. В качестве 2-х полупериодного выпрямителя можно использовать как отдельную сборку их 4-х диодов, так и готовый диодный мост серий КЦ402, КЦ405. Сглаживающего конденсатора на выходе выпрямителя нет - он здесь не нужен.Для визуального наблюдения процессов параллельно лампе осциллограф. Установим движок переменного резистора в верхнее по схеме положение и подадим на диодный мост переменное напряжение.

Нажмем на кнопку SB1.
Сразу же зажжется лампа, а на осциллографе появится изображение полупериодов синусоиды (диаграмма а), характерное для 2-х полупериодного выпрямителя без сглаживающего конденсатора (см. тему Как работает диод). Если отпустить кнопку - лампа погаснет, т.к. тринистор закроется как только синусоидальное напряжение пройдет через ноль. А вот если бы на выходе выпрямитель был установлен сглаживающий конденсатор, он не позволил бы выпрямленному напряжению уменьшиться до нуля (этот вариант показан штриховой линией) и лампа не погасла бы после отпускания кнопки.
Вновь нажмем кнопку и будем перемещать движок переменного резистора вверх по схеме, увеличивая тем самым его сопротивление. Яркость лампы начнет уменьшаться, а форма полусинусоид искажаться (диаграмма б). Теперь ток через управляющий электрод будет уменьшаться по сравнению с первоначальным значением, а, следовательно, тринистор будет открываться при большем питающем напряжении, т.е. часть "полусинусоиды" тринистор будет оставаться закрытым. А поскольку при этом уменьшается средний ток через лампу, то ее яркость уменьшается.
При дальнейшем перемещении движка резистора, т.е. при уменьшении управляющего тока, тринистор сможет открыться лишь тогда, когда напряжение питания достигнет практически максимуму (диаграмма в). Дальнейшее уменьшение управляющего тока приведет к неоткрыванию тринистора.
Таким образом, изменением управляющего тока, а значит, изменением амплитуды напряжения на управляющем электроде, удается регулировать мощность на нагрузке в широких пределах. В этом суть амплитудного метода управления тринистором.
Если же необходимо получить большие пределы регулирования, используют фазовый метод управления тринистором, при котором изменяю фазу напряжения на управляющем электроде по сравнению с фазой анодного напряжения. Для этого включают между управляющим электродом и катодом тринистора электролитический конденсатор на 100...200 мкФ. В этом случае тринистор будет способен открываться при малых амплитудах анодного напряжения, но уже во 2-ой половине каждого полупериода (диаграмма г). В итоге пределы изменения среднего тока через нагрузку, а значит, выделяющейся на ней мощности, значительно расширятся.

разделы начинающим

ещё разделы начинающим