Теоретическое введение. Исследование тиристоров и управляемых выпрямителей

Исследование тиристоров и управляемых выпрямителей

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.

Цель лабораторной работы: Экспериментальное получение характеристик тиристора.

Тиристор – полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три и более p-n переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

С эксплуатационной точки зрения тиристор – это полупроводниковый ключ, основное назначение которого – замыкание и размыкание цепей.

Он может находиться в любом состоянии бесконечно долго. Переход из одного состояния в другое происходит сравнительно быстро.

Основой тиристора является четырехслойная структура полупроводников различной проводимости – p-n-p-n. Вывод с р -примесью называется анодом, с п -примесью – катодом.

Количество примесей в р и п слоях различна, что представлено на графике.

Рис 4.1

К одному из внутренних слоев может быть подключен дополнительный источник питания. Если он подключен к р -слою, то тиристор называется – с катодным управлением, если к п -слою – с анодным.

Приложим прямое напряжение и к аноду (+) и к катоду (–) и к управляющему р -слою (+).

Рис 4.2

Это напряжение распределяется между тремя p-n переходами. Переход П₁ – анодный, П₃ – катодный (управляющий).

Мысленно проводим разрез и представим четырехслойную структуру как комбинацию двух транзисторов VT₁ и VT₂ типа p-n-p и n-p-n соответственно, расположенных встречно.

Рис 4.3

Здесь коллектор транзистора VT1 является базой транзистора VT2 наоборот.

Усилительные свойства обусловлены статическими коэффициентами передачи тока эмиттера α₁ и α₂ транзисторов VT₁ и VT₂ а также коэффициентами передачи тока базы β₁ и β₂.

Переходы П₁ и П₃ – эмиттерные, они имеют прямое смещение. Переход П₂ – коллекторный, к нему приложено обратное напряжение.

С помощью управляющего тока І_у происходит включение и выключение тиристора.

Ток I_у одновременно является базовым током I_Б2 транзистора VT₂. Этот ток вызывает инжекцию носителей заряда через переход П₃ в этом случае

Ток I_k2 одновременно является током базы VT₁. Этот ток обеспечивает инжекцию через переход П₁, следовательно

Ток I_k1 в сумме с током I_у образует ток I_Б2, т.е. I_k1 увеличивает I_у или является током внутренней положительной обратной связи (ПОС), в результате

Т.о. если β₁ и β₂. достаточны, чтобы усиление в контуре обратной связи было много больше 1, то базовые токи будут быстро нарастать и оба транзистора окажутся насыщенными даже после того, как ток на управляющем электроде I_у упадет до нуля. При этом переход П₂ будет смещен в прямом направлении и Т.о. П₁, П₂, П₃ имеют прямое смещение, следовательно имеем большой ток при малом падении напряжения.

Отсюда вытекает главная особенность тиристора как ключа по сравнению с транзистором – это внутренняя ПОС, которой и обеспечивается включение тиристора, амплитуда которого сразу после запуска намного превосходит амплитуду управляющего тока. Управляющий ток необходим для возбуждения ключа, он может быть очень кратковременным.

Для сравнения рассмотрим диаграммы работы транзистора и тиристора в ключевом режиме работы на диаграмме представлена зависимость выходного тока i_вых от тока базы транзистора i_{б тр-ра} и тока базы тиристора i_{б тир}.

Рис 4.4

Очевидно, что мощность, потребляема транзистором больше, чем тиристором.

ВАХ тиристора

ВАХ при отсутствии тока управляющего электрода

подаем на управляющий электрод импульсное напряжение, создающее кратковременный ток I_упр, тиристор включается и ведет себя как диод, включенный в прямом направлении

I_к падает до нуля при подаче импульса обратного знака

Условное обозначение

Порядок выполнения работы:

1. Открыть файл lab4/4_1.ewb (рис. 4.5) со схемой

Рис 4.5

1. Изменяя переменным резистором (при нажатии клавиши <U> сопротивление уменьшается, при нажатии комбинаций клавиш <shift>-<R> сопротивление увеличивается) напряжение питания, снимите вольтамперную характеристику триодного тиристора Iпр=f(Uпр) при токах в управляющем электроде 5, 10, 15 мА, управляющий ток устанавливается с помощью переменного резистора, управляющая клавиша <R>.
2. По данным измерений построить вольтамперные характеристики триодного тиристора.

Контрольные вопросы

1. Может ли тринистор работать в режиме динистора

2. Что будет происходить с тринисторм при питании его анодной цепи от источника переменного тока

3. Может ли тринистор использоваться как ячейка памяти

4. Какие преимущества дает применение тринисторов взамен электромагнитных реле

5. Какими способами можно произвести выключение тринистора

Дата добавления: 2015-06-04