Практическая работа № 5
Тема: Изучение тиристора.
Цель: Ознакомиться с принципом действия, конструкцией, параметрами и областью применения тиристора.
Основные теоретические сведения (пояснение к заданию)
Тиристор – полупроводниковый прибор на основе монокристалла полупроводника с многослойной структурой типа p –n –p – n обладает свойствами управляемого электрического вентиля. В качестве полупроводника обычно применяют кремний.
Обычно тиристор имеет три вывода: два из них (катод и анод) контактируют с крайними областями монокристалла, а третий вывод – управляющий. Такой управляемый тиристор называется иногда триодным, или тринистором.
Неуправляемый тиристор, имеющий всего два вывода (анод — катод), называется диодным тиристором или динистором.
Четырехслойная структура тиристора изображена на рис 1. 
На рисунке 2 — его транзисторный аналог.
Вольт-амперная характеристика, ВАХ динистора, имеет вид на рисунке 3. 
Устойчивое состояние (точка D на ВАХ) достигается в результате перехода транзисторов тиристора в режим насыщения. Падение напряжения на открытом динисторе — тиристоре составляет около 1,5 – 2,0 вольта.
Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, то крайние электронно-дырочные переходы П1 и П3 оказываются смещенными в прямом направлении, а центральный переход П2 в обратном.
С увеличением анодного напряжения Uа, ток через динистор сначала растет медленно (участок А — В на ВАХ). Сопротивление перехода П2, в этом режиме еще велико, это соответствует запертому состоянию динистора.
При некотором значении напряжения (участок В — С на ВАХ). называемым напряжением переключения Uпер (напряжение лавинного пробоя перехода П2), динистор переходит в проводящее состояние.
В цепи устанавливается ток (участок D – E на ВАХ), определяемый сопротивлением внешней цепи Rн и величиной приложенного напряжения U (рис 2).
Напряжение пробоя динистора, в зависимости от экземпляра, изменяется в широких пределах и имеет значения порядка десятков и сотен вольт.
На вольт – амперной характеристике, ВАХ (рис 3.), обозначены участки:
- А – В участок в прямом включении, здесь динистор заперт и приложенное к его выводам напряжение меньше, чем необходимо для возникновения лавинного пробоя;
- В – С участок пробоя коллекторного перехода;
- C — D участок отрицательного сопротивления;
— D — E участок открытого состояния динистора (динистор включен).
Динистор имеет два устойчивых состояния:
— заперт (А – В)
— открыт (D — E)
В участке A – D – E явно просматривается кривая ВАХ диода.
♦ Тиристор имеющий три электрода – анод, катод и управляющий электрод – называется тринистором или просто тиристором. Четырех слойная структура типа p – n – p – n является единой для тиристора – динистора. Просто, у динистора отсутствует дополнительный вывод управляющего электрода.
При подаче тока в цепь управляющего электрода, тиристор переключается в открытое состояние при меньших значениях напряжения переключения Uпер.
Если каким-то образом уменьшать ток, проходящий через динистор — тиристор, то при некотором его значении (точка D на ВАХ) тиристор закроется.Минимальный ток, при котором тиристор — динистор переходит из открытого в закрытое состояние (при токе управляющего электрода Iу =0) называется током удержания Iуд.
Если через управляющий электрод тиристора пропустить отпирающий ток, то тиристор перейдёт в открытое состояние. Включение транзисторного аналога тиристора (рис 2) можно осуществить по двум входам: между электродами (Э1 –Б1), либо между электродами (Э2 – Б2).
♦ Вольтамперная характеристика тиристора (Рис 4), похожа на вольтамперную характеристику динистора. 
Однако отпирание тиристора обычно происходит при существенно более низком напряжении, чем необходимо динистору. К раннему открыванию тиристора приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода от Iy1 до Iy4, тем при более низком напряжении Ua тринистор перейдёт в открытое состояние. Это отражено на вольтамперной характеристике тиристора.
♦ Тиристоры изготавливают на разные мощности: маломощные (ток 50 мА. – 100 мА), средней мощности (ток до 20 ампер) и большой мощности (токи 20 – 10000 ампер) и величины напряжения от нескольких вольт до 10 тысяч вольт.
♦ По назначению и принципу действия тиристоры делятся на: запираемые, быстродействующие, импульсные, симметричные и фототиристоры. Тиристор и динистор пропускают ток только в одном направлении – от анода к катоду.
♦ В настоящее время появились двунаправленные динисторы (пропускают ток в обоих направлениях) и двунаправленные тиристоры (симисторы).
Симистор имеет в своем составе как бы два тиристора, включенных встречно, с управлением от одного управляющего электрода.ВАХ (вольт — амперная характеристика) симистора представлена на рис 5.
Она имеет две одинаковые ветви. При положительном полупериоде сетевого напряжения действует правая ветвь, при отрицательном полупериоде – левая.
На управляющий электрод, относительно катода, также подается соответственно то положительное, то отрицательное управляющее напряжение. В схемах управления, симистор может заменить два тиристора.
♦ Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений.
Наличие двух устойчивых состояний (включен — выключен), а также низкая мощность рассеяния тиристора, обусловили широкое использование их в различных устройствах.
Тиристоры применяются в регулируемых источниках питания, генераторах мощных импульсов, в линиях передачи энергии постоянного тока, в системах автоматического управления и т.д.
Внешний вид тиристора и его обозначение на схемах:
Симисторы нашли широкое применение в устройствах регулирования скорости вращения электродвигателей, в системах регулирования освещения, в электронагревателях, в преобразовательных установках.
Внешний вид симистора такой же как и у обычного тиристора.
Параметры тиристора:
Uвкл – напряжения включения
I вкл – ток включения
I выкл – ток выключения
t вкл – время включения (I мкс)
t выкл – время выключения (10-20мкс)
U ост – остаточное напряжение
Задание
1. Зарисовать схему для исследования тиристора.
|
2. Изобразить вольт – амперные характеристики тиристора для разных токов управления на одном графике
3. Описать назначение, принцип действия тиристора
4. Записать параметры тиристора