Принцип работы динистора.

Динистор

Условное графическое обозначение динистора на схемах.

Для начала узнаем, как обозначается динистор на принципиальных схемах. Условное графическое обозначение динистора похоже на изображение диода за одним исключением. У динистора есть ещё одна перпендикулярная черта, которая, судя по всему, символизирует базовую область, которая и придаёт динистору его свойства.

Условное графическое обозначение динистора на схемах

Также стоит отметить тот факт, что изображение динистора на схеме может быть и другим. Так, например, изображение симметричного динистора на схеме может быть таким, как показано на рисунке.

Возможное обозначение симметричного динистора на схеме

Как видим, пока ещё нет какого-либо чёткого стандарта в обозначении динистора на схеме. Скорее всего, связано это с тем, что существует огромный класс приборов под названием тиристоры. К тиристорам относится динистор, тринистор (triac), симистор, симметричный динистор. На схемах все они изображаются похожим образом в виде комбинации двух диодов и дополнительных линий, обозначающих либо третий вывод (тринистор) либо базовую область (динистор).

В зарубежных технических описаниях и на схемах, динистор может иметь названия trigger diode, diac (симметричный динистор). Обозначается на принципиальных схемах буквами VD, VS, V и D.

Чем отличается динистор от полупроводникового диода?

Во-первых, стоит отметить, что у динистора три (!) p-n перехода. Напомним, что у полупроводникового диода p-n переход всего один. Наличие у динистора трёх p-n переходов придаёт динистору ряд особенных свойств.

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике (ВАХ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

• Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения V_BO – Breakover voltage.
• Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (V_BO или U_вкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.
• Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током I_max, который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (V_BO) составляет 32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении ("+" к катоду, а "-" к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

14.Тиристор

Тринистор отличается от динистора наличием третье­го вывода от базовой области. Это позволяет путем пода­чи на него напряжения управлять напряжением включе­ния. Поэтому тринисторы в отличие от динисторов иногда называют управляемыми переключателями.

Управляющий электрод (УЭ) может быть подведен к любой из баз тринистора. При выводе от р -базы тринистор называют управляемым по катоду (рис. 6.6, а). Если вывод сделан от n -базы, то тринистор называют управляе­мым по аноду (рис. 6.6, б). Внешне это выразится лишь в выборе нужной полярности источника напряжения управ­ляющего электрода (рис 6.7, а, б).

Увеличение тока в цепи управляющего электрода (рис. 6.7, в) сопровождается ростом коэф­фициента передачи тока соответствующего эмиттера. Увеличение коэффициента приводит к тому, что ра­венство выполняется при меньшем значе­нии анодного напряжения, и напряжение включения тринистора уменьшается.

Ток и напряжение цепи управления малы, а ток в анод­ной цепи может достигать сотен ампер при напряжениях источника питания от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт. Поэтому коэффициент усиления по мощности у тринисторов достигает порядка 10⁴…10⁵.

Из рассмотренных тиристоров тринисторы получили наи­большее практическое применение. Они используются в импульсных схемах, в связи, радиолокации, автоматике, в мощных выпрямителях и инверторах, в устройствах управ­ления электродвигателями и т. д.

Рассмотрим тиристорную схему управления мощностью в цепи перемен­ного тока (рис. 6.8). В этой схеме тиристор включен последо­вательно с активным сопротивлением R в цепь переменно­го тока, напряжение источника питания которого (U) не пре­вышает максимально допустимое напряжение тиристора как в пря­мом, так и в обратном направлении.

Так как тиристор при отсутствии управляющего сигнала закрыт, ток i при поло­жительной полуволне напряжения вплоть до момента вре­мени t₁ (рис. 6.8, б) равен нулю. В этот момент времени подается уп­равляющий сигнал, и тиристор отпирается. После этого ток в течение нескольких микросекунд достигает значения (если пренебречь падением напряжения на тиристоре из-за его малости) и течет вплоть до окончания пря­мой полуволны напряжения. Здесь он обрывается, как только становится меньше тока выключения (удержания).

В течение обратной полуволны напряжения тиристор находится в закрытом состоянии (i = 0) и лишь при последующей прямой полуволне напряжения в момент вре­мени t₂ снова открывается. Изменяя моменты отпирания тиристора, можно плавно регулировать мощность, выделяющуюся в сопротивлении нагрузки. Этот способ использования тиристора называет­ся фазовым управлением.

Управляющий ток может иметь форму короткого им­пульса. Он должен протекать лишь до тех пор, пока ти­ристор не переключится в проводящее состояние и меха­низм внутреннего усиления не сможет поддерживать его в этом состоянии. Управляющий ток, иначе говоря, играет роль разрешающего сигнала, приводящего указанный ме­ханизм в действие. В этом и заключается основное преимущество тири­стора при переключении тока по сравнению с транзистором при использовании их в качестве ключевых элементов.

Управляющий сигнал на транзистор должен подаваться в течение всего этапа протекания тока. Это вызывает боль­шие потери мощности в цепи управления, что, естественно, крайне нежелательно. Однако наибольшее техническое значение имеют значи­тельные переключаемые мощности, которые могут обеспе­чить тиристоры. Совр
еменные мощные тиристоры достиг­ли мегаваттных областей. Для транзисторов эта граница лежит в пределах нескольких киловатт. Различие обуслов­лено, прежде всего, тем, что в тиристорах можно осущест­влять основной контакт на большей поверхности, чем в транзисторах.