WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Тірістори. Умова вмикання - Реферат

Тірістори. Умова вмикання - Реферат

Реферат на тему:

Тірістори. Умова вмикання

Тірістори - багатошарові структури з електронно-дірковими областями, які чергуються. Двохелектродні тірістори називають діністорами, трьохелектродні - триністорами. Деколи тірістори називають кремнієвими керованими вентилями, що підкреслює їх основне призначення в силовій електроніці - управління потужністю на навантаженні. На рис.70 наведені приклади деяких можливих структур тірісторів та їх умовні графічні позначення.

Рис.70. Приклади структур тірісторів: діністори (а, г), керовані тірістори (б, в, д, е). Позначення: А - анод, К - катод, У - управляючий електрод.

Функціонально тірістори є електронними ключовими елементами, опір яких, при визначеній пороговій напрузі на них змінюється з високого (вимкнений стан) на низький (увімкнений стан). Діністор має постійний поріг спрацювання, поріг триністора може змінюватись струмом управляючого електрода. Приклад характеристик діністора наведений на рис.71,а та триністора на рис.71,б.

Рис.71. Схематичне подання вольтамперних характеристик тірісторів: а) діністор; б) триністор. Значення струму управляючого електрода Iу0 = 0, Iу1

До катоду тірістора прикладується від'ємна напруга, до аноду додатня, тому центральний pn перехід для закритого тірістора (т.А на рис.71) виявляється зміщенним у зворотньому напрямку.

Відповідні енергетичні діаграми для областей тірістора показані на рис.72. Центральний, змещений у зворотньому напрямку перехід можна розглядати як колектор для розміщеного зліва pnp транзистора та розміщеного справа npn транзистора. Дійсно, він збирає та перекидує в сусідню область неосновні носії заряду (дірки зі сторони n - бази та електрони зі сторони p- бази), які підходять до нього. Як видно з діаграми рис.72, n та p бази тірістора є потенційними ямами, відповідно, для електронів та дірок, як згенерованих у їх об'ємі, так і тих, які поступають через колекторний перехід.

Рис.72. Енергетичні діаграми pnpn структури тірістора у вимкненому стані (т.А) та увімкненому стані (т.В). Пунктиром позначене положення рівнів Фермі.

згенеровані в області ОПЗ колекторного переходу електрони та дірки розділяються полем цього переходу та надходять, відповідно, в n та p бази (див. лівую діаграму рис.72. Для закоитого тірістора (т.А) кількість неосновних носіїв, які надходять в базу за ррахунок теплової генерації в області бази та області ОПЗ коллектора дорівнює кількості носіїв, які рекомбінують в базі і виходять через емітерний перехід, що створює тепловий струм закритого тірістора (відповідає т.А). При цьому висота бар'єрів емітер-база для pnp та npn транзисторів є близькою до відповідних значень контактних різниць потенціалів.

При збільшенні напруги колекторного переходу, в області ОПЗ колектора розпочинається лавине розмноження неосновних носіїв, що викликає зростання потоків електронев та дірок і їх накопичення у відповідних базах. Поява додаткового від'ємного заряду електронів в n базі спричиняє привідкривання емітерного переходу pnp транзистора та інжекції дірок, заряд яких нейтраліує накопичений в базі заряд електронів. Поява додаткового додатнього заряду дірок в p базі спричиняє привідкривання емитерного переходу pnp транзистора та інжекції електронів, заряд яких нейтралізує накопичений в базі заряд дірок. Інжектовані додатково носії через колектор попадають в сусідню базу, що сприяє подальшому відкриванню відповідних емітерних переходів та наростанню струму. Процес буде повторюватись до тих пір, поки не буде досягнуто гранично моживого струму в даному колі, який зумовлений зовнішнім навантаженням (якщо навантаження активе, то це Imax ~ Eк/Rн). При цьому тірістор переходить в увімкнений стан (т.В на рис.71), в якому він володіє мінімальним опором. В цей час як pnp транзистор (в подальшому будемо пов'язані з ним величини позначати індексом "p"), так і npn транзистор (в подальшому будемо пов'язані з ним величини позначати індексом "n") попадають в режим насичення. Схематичний розподіл носіїв у базах тірістора для вимкненого та увімкненого станів показані на рис.73. На цьому рисунку позначені значення основних носіїв для кожної з областей, однак необхідно зважати на умовність цих позначень (концентрація основних носіїв на декілька порядків є вищою, ніж неосновних, і, у вибраному масштабі можна тілько відобразити факт їх наявності та переваги за концентрацією).

Рис. 73. Схема розподілу носіїв у структурі тірістора в вимкненому (т.А) та увімкненому станах (т.В).

Умова вмикання

Еквівалентна схема тірістора може бути подаа за допомогою двох рвзнополярних транзисторів, які мають спільний колекторний перехід (рис.74)

Рис.74,а. Еквівалентні схеми тірістора.

Розрахуємо умову перемикання тірістора, прийнявщи за початок перемикання момент, в який за рахунок позитивного зворотнього зв'язку розпочинається наростання струму.

Для електронного та діркового струмів колекторного переходу можна записати: Iкp = αpIеp = αpIа, Iкn = αnIеp = αnIкат, де Iкp, Iеp, Iкn - відповідно, керовані діркові та електронні струми емітера та колектора, αp та αn - коефіцієнти передачі струму, відповідно, для pnp та npn транзисторів, Iа, Iкат - струми аноду та катоду (в розглянутому випадку Iа = Iкат = I). Загальний струм тірістора I буде складатися як з керованих струмів, так і з теплових струмів колекторних переходів Iк0: I = αpIа + αnIк + Iк0= Iк0 + (αp+ αn) I.

Звідки:

(5_1)

Із цієї формули випливає, що якщо

(αp + αn) → 1 (5_2)

то струм тірістора наближається до незкінченності. Таким чином (5_2) і буде умовою увімкнення тірістора. На рис.74 показані залежності коефіцієнтів αp, αn та αS = (αp + αn) від струму через тірістор. Оскільки струм визначається напругою, що прикладена до тірістора, аналогічна залежність буде і тоді, коли використовувати в якості аргумента напругу. При цьому моментові увімкнення тірістора будуть відповідати значення деяких граничних струму та напруги: Iвмик, Uвмик. Змінюючи характер залежності αp(I) чи αn(I), можна змінювати значення струмів та напруг, при яких відбувається перехід тірістора в стан с малим опором.

Для того, щоб підняти напругу увімкнення, часто штучно занижують значення коефіцієнта передачі струму. Для цього можна використати або технологічні прийоми, наприклад, такі як зменшення часу життя носіїв заряду в базі чи збільшення товщини бази. Часто використовують і схемотехничні прийоми, шунтуючи емітерний перехід зовнішнім опором.

Рис.74,б. Діаграма, яка пояснює вплив залежностей коефіцієнтів передачі струму від струму (напруги) на поріг вмикання тірістора.

Для того, щоб знизити поріг вмикання, достатньо ввести неосновні носії заряду в одну з баз тірістора. Здійснити це можна, виготовивши додатковий управляючий електрод до однієї з баз транзистора (див. рис.70,б,в,д,е). Тоді, чим більшим буде струм управляючого електрода, тим раніше буде наступати вмикання (див. рис.71,б).

Щоб вимкнути транзистор, необхідно створити умови, при яких зникає заряд, що інжектований в бази транзисторів і, відповідно, концентрації неосновних носіїв біля колекторних переходів стануть меншими або рівними рівноважним. При цьому буде відбуватися вихід pnp та npn транзисторів з режиму насчення а, отже, і перехід тірістора в стан з високим опором. Простіше всього вимкнути тірістор, припинивши на деякий час інжекцію зарядe через емітерні переходи. При живленні тірістора змінною напругою цео відбувається автоматчно в момент, коли напруга проходить через нуль. Існують спеціальні, типи тірісторів, які запираються. В них вимкненню сприяє витягування носіїв з бази управляючим електродом.

Широке розповсюдження в колах змінного струму знаходять тірістори з симетричними характеристиками - сімістори. Сімістори можуть мати управляючий електрод, який дозволяє змінювати поріг вмикання. На рис.75 наведені приклади різних конструкцій сімісторів.

Рис.75. Конструкції сімісторів: а) некерований, б) керований від'ємним імпульсом, в) керований додатнім імпульсом.

Як видно з рис.75, по суті, сімістор є п'ятишаровою структурою, в якій емітерні переходи зашунтовані металічним шаром. В залежності від полярності вмикаєтбся той перехід, який працює в прямому напрямку.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве