Тиристоры запираемые – Тиристоры принцип работы схема включения. Современные силовые запираемые тиристоры

15.4. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока

Как было отмечено выше, в схеме выпрямителя тиристор автоматически закрывается при поступлении отрицательной полуволны синусоиды (смене полярности напряжения анод-катод). Если же тиристор применяется в цепях постоянного тока, смены полярности не происходит, и для закрывания тиристора приходится применять специальные схемы запирания, в которых формируется или встречный ток, или встречное напряжение. Схемы запирания тиристора представлены на рис. 15.6.

а)

б)

Рис. 15.6. Схемы запирания тиристоров в цепях постоянного тока:

а – схема встречного напряжения; б – схема встречного тока

Каждая схема содержит коммутирующий конденсатор С, который предварительно заряжается от дополнительного источника питания. В момент времени, когда нужно закрыть тиристор, замыкается ключ К, в качестве которого может быть использован дополнительный тиристор или транзистор.

На схеме встречного напряжения конденсатор разряжается на тиристор, в результате чего к тиристору прикладывается встречное напряжение. Закрываются переходы П1 и П3, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточное по величине встречное напряжение на время завершения переходного процесса закрывания тиристора (см. раздел 14.2). Преимущество схемы – простое исполнение. Недостаток – в момент коммутации происходит бросок напряжения в нагрузке на величину напряжения заряженного конденсатора С.

На схеме встречного тока конденсатор разряжается на трансформатор тока, включённый в анодную цепь тиристора. На вторичной обмотке трансформатора формируется ток, направленный встречно току анодной цепи тиристора. В результате ток становится меньше тока удержания, рассасываются заряды в переходе П2, и тиристор закрывается. Главное условие – запасённого в конденсаторе С заряда должно хватить, чтобы поддерживать достаточный по величине встречный ток на время завершения переходного процесса закрывания тиристора. Преимущество схемы — в момент коммутации не происходит броска напряжения в нагрузке. Недостаток – применение трансформатора тока (трудность технологического исполнения и большая стоимость изделия).

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры использования динистора и тиристора в электронных схемах?

2. Нарисуйте схему ГПН и поясните принцип работы.

3. Чем отличается регулируемый выпрямитель от нерегулируемого? Напишите формулу регулировочной характеристики.

4. Почему в схеме управляемого выпрямителя тиристор закрывается автоматически?

5. Как происходит закрывание тиристора в цепях постоянного тока? Какие схемы применяются для этого?

Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы

16.1. Запираемые тиристоры

Тиристор, способный не только открываться, но и закрываться под воздействием сигнала на управляющем электроде, называется запираемыйтиристор. Условное графическое обозначение и схема замещения запираемого тиристора представлены на рис. 16.1.

а)

б)

Рис. 16.1. Запираемый тиристор:

а – условное графическое обозначение; б – схема замещения

Рассмотрим принцип работы запираемого тиристора, воспользовавшись схемой замещения. Согласно выражению (14.3) ток во внешней цепи зависит от коэффициентов передачи тока эмиттера транзисторов VT1 иVT2. Ток управленияIУ, поступая на базу транзистораVT2, увеличивает для него ток базы и коэффициент передачи тока2. Тиристор открывается, когда 1 – (

1+2) = 0. Более конкретно это описывается выражением

. (16.1)

Если теперь ток управления уменьшить до нуля (IУ= 0), тиристор останется открытым, при условии, что ток анода будет больше тока удержания.

Для закрывания тиристора на управляющий электрод необходимо подать напряжение отрицательной полярности. Тогда ток коллектора VT1 будет протекать по цепи управляющего электрода, а ток базы транзистораVT2 уменьшится, что приведёт к снижению коэффициентов передачи тока1и2и прекращению регенеративного процесса. ТранзисторVT2 можно вывести из насыщения при условии

, (16.2)

где IЗ– ток запирания тиристора по управляющему электроду.

Способность тиристора к запиранию по управляющему электроду характеризуется коэффициентом запирания

. (16.3)

Из выражения (16.3) следует, что коэффициент запирания зависит от коэффициентов передачи тока 1и2и будет тем больше, чем больше2. Это означает, что чем меньше степень насыщения перехода П2 тиристора, тем легче его закрыть по сигналу управляющего электрода. Степень насыщения перехода П2 зависит от тока через тиристор в открытом состоянии, поэтому коэффициент запирания также будет зависеть от тока анода тиристора (рис. 16.2)

Рис. 16.2. Зависимость коэффициента запирания от тока анода

Схема управления запираемым тиристором должна формировать импульсы положительной (для открывания) и отрицательной (для закрывания) полярности относительно катода. Наиболее просто это можно сделать, если в цепь управляющего электрода включить конденсатор (рис. 16.3).

Рис. 16.3. Простейшая схема управления запираемым тиристором

При разомкнутом ключе К конденсатор С заряжается через резистор R1, и на управляющий электрод тиристора поступает импульс положительной полярности. Когда процесс заряда конденсатора закончится, ток управляющего электрода станет равным нулю. Если теперь замкнуть ключ К, начнётся разряд конденсатора С через резисторR2, и на управляющий электрод тиристора поступит импульс отрицательной полярности. Чтобы произошло закрывание тиристора, необходимо выполнить условие

;, (16.4)

где UЗ– напряжение на управляющем электроде, необходимое для запирания тиристора;

IЗ– ток управляющего электрода, необходимый для запирания тиристора;

tЗ– длительность запирающего импульса.

Существуют более сложные схемы управления, в которых для запирания тиристора применяется отдельный источник питания, а также специальные драйверы управления, как, например, в мощных запираемых тиристорах, сведения о которых можно прочитать в литературе [6, 11, 17].

Способы запирания динисторов и тринисторов.


⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 24Следующая ⇒

Под процессом запирания четырёхслойного полупроводникового прибора понимают переход его из проводящего состояния в запертое. Для этого необходимо уменьшить ток прибора до Iпр<Iуд или разомкнуть анодную цепь, что соответствует Iпр=0. Второй способ запирания заключается в подаче на анод прибора обратного напряжения в течение короткого времени.

Рис.5.11. Способы запирания тринисторов в цепях постоянного тока: а — разрывом анодной цепи; б — шунтированием прибора; в — увеличением сопротивления в анодной цепи; г — коммутирующим конденсатором (рисунок выполнен авторами)

В схеме 5.11,а запирание тринистора происходит при кратковременном нажатии кнопки S1, что размыкает анодную цепь.

Рис.5.11,б тринистор запирается при нажатии шунтирующей кнопки, через контакты которой при этом проходит весь ток нагрузки, а анодный ток становится равным 0. В такой схеме функцию кнопки может выполнять транзистор, отпираемый током базы на время, необходимое на отключение тринистора.

Рис.5.11,в при кратковременном нажатии кнопки последовательно с нагрузкой Rн включается резистор R, сопротивление которого выбирается из условия:

Uп/(Rн+R) = Iпр < Iуд,

Uп — напряжение источника питания;

Rн — сопротивление нагрузки

Рис.5.11,г запирание прибора осуществляется с помощью коммутирующего конденсатора. После отпирания через тринистор протекает ток нагрузки Iпр=Uп/Rн, а коммутирующий конденсатор C через резистор R и открытый тиристор заряжается практически до напряжения источника питания U

c≈Uп. Продолжительность заряда с момента включения тиристора составляет примерно tзар≈3RC. Если теперь кратковременно нажать на кнопку, то положительная обкладка окажется подключённой к катоду, а отрицательная к аноду. К прибору прикладывается обратное напряжение Uобр≈Uп. В цепи конденсатора, кнопки и тиристора проходит разрядный ток для тиристора в обратном направлении. Когда результирующий ток тиристора становится меньше Iуд, последний запирается. Вместо кнопки в этой схеме часто используют второй тиристор, на который подаётся сигнал выключения. Показанные на рис 5.11 способы запирания могут использоваться и для динисторов. В устройствах, работающих в цепях переменного тока, для запирания прибора не требуется специального сигнала, так как тиристоры выключаются автоматически в начале очередного отрицательного полупериода на аноде (Петрович В. П., 2008) .

Запираемые тиристоры

Запираемые тиристоры, в отличие от тринисторов, которые были рассмотрены ранее, — это полностью управляемые приборы, и под воздействием тока управляющего электрода они могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот. Чтобы выключить запираемый тиристор, нужно пропустить через управляющий электрод ток противоположной полярности, чем полярность, вызывавшая отпирание компонента. Для закрывания изначально открытого запираемого тиристора необходимо уменьшить сумму коэффициентов передачи эмиттерных токов ниже единицы и обеднить базы носителями зарядов, для чего управляющий электрод должен быть распределён по полупроводниковому кристаллу. Для этого управляющий электрод запираемого тиристора, как и катод, выполняют из множества однотипных ячеек, распределённых определённым образом по площади кристалла. Важным параметром рассматриваемых тиристоров выступает коэффициент запирания, который равен отношению тока анода к необходимому для выключения компонента обратному току управляющего электрода. Запираемые тиристоры обычно используют в преобразовательной технике в качестве электронных ключей. Запираемые тиристоры также называют двухоперационными тиристорами. Они являются полупроводниковыми приборами, которые можно и включить и выключить по цепи управления. Такой тиристор в зарубежной терминологии получил обозначение GTO-тиристор (

Gate Torn — Off). В областях анода и катода запираемый тиристор состоит из большого числа технологических ячеек, представляющих отдельные тиристоры, которые включены параллельно. Структура запираемого тиристора изображена на рис. 5.12.

Рис. 5.12. Структура запираемого тиристора (а) и двухтранзисторный эквивалент (б) одной из ячеек тиристора (рисунок выполнен авторами)

Физические процессы, протекающие в запираемых тиристорах, во многом аналогичны уже рассмотренным для однооперационного тиристора. Исключение составляет процесс выключения отрицательным током управления. Во включенном состоянии все переходы тиристора находятся в состоянии насыщения. При достаточной величине и длительности управляющего тока выключения, а также равномерности его распределения по всем ячейкам, избыточная концентрация неосновных носителей заряда сначала снижается до нуля вблизи коллекторного перехода тиристора. При этом коллекторный переход смещается в обратном направлении, воспринимая часть внешнего напряжения. Так, оба транзистора начинают работать в активном режиме, и в структуре возникает положительная обратная связь при отрицательном базовом токе в n-p-n-транзисторе VT2. Вследствие лавинообразного уменьшения зарядов в базовых областях анодный ток начинает снижаться. Транзистор VT2 n-p-n-типа первый входит в режим отсечки. Действие положительной обратной связи прекращается, и дальнейший спад анодного тока определяется рекомбинацией в n- базе тиристора.

Вольт-амперная характеристика запираемого тиристора аналогична характеристике незапираемого тиристора (рис. 5.13).

 

 

 

Рис.5.13. Вольт-амперная характеристика двухоперационного тиристора (рисунок выполнен авторами)

На электрических принципиальных схемах запираемые тиристоры обозначаются условными обозначениями, представленными на рис. 5.14 (Петрович В. П., 2008).

Рис. 5.14. Условные обозначения запираемых тринисторов: а — с управлением по аноду; б — с управлением по катоду (рисунок выполнен авторами)

Симметричные тиристоры

Широкое применение в цепях переменного тока получили так называемые симисторы (симметричные тиристоры), которые выполняются на основе многослойной полупроводниковой структуры (рис. 5.15, а).

Рис. 5.15. Структура симистора -а и его условное графическое обозначение -б (рисунок выполнен авторами)

Основой в симисторе является монокристалл полупроводника, в котором созданы, пять областей с чередующимся типом проводимости, которые образуют четыре p-n-перехода. Контакты от крайних областей наполовину шунтируют первый и четвертый p-n-переходы. При полярности внешнего источника напряжения, указанной без скобок, переход J1 окажется включенным в обратном направлении и ток через него будет исчезающе мал. Весь ток через полупроводниковую структуру при такой полярности источника будет протекать через область p1. Четвертый переход J4 будет включен в прямом направлении и через него будет проходить инжекция электронов. Значит, при данной полярности источника рабочая структура симистора представляет собой p1-n2-p2-n3-структуру, аналогичную структуре обычного тиристора, работа которого уже была рассмотрена выше. При смене полярности на противоположную (указана в скобках) уже будет закрыт переход J4, а переход J1 будет открыт. Структура симистора становится n1-p1-n2-p2, то есть опять аналогична структуре обычного тиристора, но направленного в противоположную сторону. Таким образом, в схемном отношении симистор можно представить в виде двух встречно-параллельных тиристоров.

Симистор имеет вольт-амперную характеристику, симметричную относительно начала координат (рис. 5.16), что и нашло отражение в его названии (Петрович В. П., 2008).

Рис. 5.16. Вольт-амперная характеристика симистора (рисунок выполнен авторами)

Фототиристоры

Фототиристором называют специальный тиристор, в корпусе которого (в случае дискретного исполнения) предусмотрено окно, в которое вместо подачи сигнала на управляющий электрод подаётся сигнал в виде потока лучистой энергии (рис. 5.17). При облучении всего полупроводникового кристалла, либо только участка между катодом и управляющим электродом тиристора под действием фотонов возникает фотогенерация носителей заряда, и чем интенсивнее будет световой поток, тем больше станет ток, протекающий по тиристору. При достаточной освещённости ток через выводы анод-катод тиристора лавинообразно возрастает, что вызывает открывание тиристора. Длительность включения фототиристоров может достигать несколько микросекунд. Следует отметить, что спектр света, которым облучают полупроводниковую структуру, должен быть согласован с определённой длиной волны, к облучению которой фототиристор максимально чувствителен. Материалом фототиристоров, как и типовых тиристоров, обычно выступает кремний. Редко в качестве основного материала маломощных быстродействующих тиристоров выступает арсенид галлия. Все остальные характеристики такого тиристора аналогичны характеристикам обычного тиристора с электрическим управлением.

Рис. 5.17. Структура фототиристора -а и его условное графическое обозначение -б (рисунок выполнен авторами)

На рис. 5.18 представлена вольт-амперная характеристика фототиристора. Фототиристоры используются для коммутации световым сигналом электрических сигналов большой мощности. Сопротивление фототиристора изменяется от 108Ом (в запертом состоянии) до 10-1 Ом в открытом состоянии. Время переключения тиристоров лежит в пределах 10-5…10-6 секунды.

Рис. 5.18. Вольт-амперная характеристика фототиристора (рисунок выполнен авторами)

Некоторые фототиристоры позволяют коммутировать токи силой до сотен ампер при напряжениях анод-катод в десятки киловольт и обеспечивают гальваническую развязку системы управления и исполнительной цепи. В результате между устройством управления и фототиристором не нужно включать дорогой, ненадёжный и крупногабаритный высоковольтный трансформатор, который был бы необходим для гальванической развязки обычного тиристора, включённого в цепь с высоким напряжением относительно земли (Москатов, 2010).


Рекомендуемые страницы:

Способы запирания тиристоров — КиберПедия

Как уже сказано, для выключения тиристора нужно каким-либо способом снизить его прямой ток до нуля на некоторый промежуток времени, определенный временем рассасывания неосновных носителей. Это в основном и отличает тиристор – прибор с частичной, неполной управляемостью от, например, транзистора – полностью управляемого прибора, который можно и включить и выключить по цепи управления.

Выключение проводящего ток тиристора можно осуществлять различными способами. Проще всего выключать тиристор, если он работает в цепи переменного тока. Тогда под действием переменного напряжения питающей сети ток тиристора сам снижается до нуля и происходит его выключение (коммутация). Такой способ коммутации получил название естественной и широко применяется в силовых преобразовательных устройствах переменного тока. Сложнее обстоит дело в цепях постоянного тока. Там необходимы специальные устройства, обеспечивающие принудительное выключение тиристора в нужный момент времени. Такие устройства называют узлами искусственной (принудительной) коммутации. В основе построения коммутационных узлов лежат следующие способы:

1. Введение в цепь тиристора колебательных LC-контуров – последовательных или параллельных (рис. 7.6, а, б). Тиристор закрывается в момент перехода через нуль тока в колебательном контуре. Время включенного состояния коммутируемого тиристора определяется параметрами схемы искусственной коммутации и может быть изменено только изменением этих элементов, что сложно. Поэтому такой способ используется сравнительно редко и только в устройствах с т.н. частотно-импульсной модуляцией, когда длительность интервала проводимости тиристора постоянна, а регулируется частота их следования.

2.

 
 

Выключение тиристора путем изменения полярности напряжения между катодом и анодом. Для этого используют предварительно заряженный конденсатор, который в нужный момент времени подключают между анодом и катодом тиристора в запирающей полярности (рис. 7.6, в) путем замыкания ключа К.

Описанными способами удается придать тиристору свойства полностью управляемого вентиля, но схема сильно усложняется.

Разновидности тиристоров.

 
 

На основе обычных тиристоров созданы различные их разновидности, имеющие более узкое назначение. Наибольшее применение в практике нашли симметричные тиристоры, запираемые тиристоры и оптотиристоры. Их УГО показаны на рис. 7.7.

Симметричные тиристоры или короче симисторы (англ. аббревиатура TRIAC) представляют собой соединение структуры двух встречно включенных тиристоров в одном приборе с общим электродом управления. Если подать на управляющий электрод отпирающий сигнал, симистор включается при любой полярности напряжения, приложенного между силовыми электродами. Эти приборы используются для включения-отключения нагрузки и для фазового управления в цепях переменного тока.

Запираемый тиристор (ЗТ) (GTO – Gate turn off thyristor)тиристор, который может быть заперт путем подачи на управляющий электрод импульса тока отрицательной полярности. Структура ЗТ, как и у обычного тиристора – четырехслойная с тремя силовыми выводами. Однако конструктивное исполнение отличается. Для увеличения поверхности протекания тока от управляющего электрода к катоду при одновременном сокращении путей его протекания катод выполнен в виде большого числа концентрических окружностей, имеющих общий контакт с управляющим электродом. При таком катоде быстрый рост запирающего тока управляющего электрода приводит к быстрому уменьшению тока катода и выключению ЗТ. Необходимый для запирания отрицательный ток управляющего электрода составляет примерно 30 % от максимально допустимого значения запираемого тока. Однако энергия выключения мала, так как импульс очень короткий (10 – 100 мкс).

В настоящее время созданы запираемые тиристоры с максимальными значениями напряжения до 6 кВ и тока до 6 кА.

Оптоуправляемый тиристор (оптотиристор) включается воздействием потока оптического излучения на ПП-структуру, что вызывает генерацию дополнительных носителей в облучаемой области и эквивалентно току управления. Пояснить конструкцию.

Защита СПП

Защита при токовых перегрузках в аварийных режимах

Способность выдерживать перегрузки и перенапряжения у СПП гораздо меньше, чем у электромеханических устройств. В силовой цепи в случае короткого замыкания сверхтоки могут достигать десятков и даже сотен тысяч ампер. Однако СПП могут выдерживать импульсы токов только в несколько тысяч ампер. Поэтому необходимо решать проблему защиты как самих СПП, так и аппаратуры в целом.



Защита СПП должна безопасно прерывать возможные сверхтоки за очень короткое время и ограничивать тепловую энергию ( òi2dt ), пропускаемую к устройству во время отключения цепи. Для этого полный òi2dt устройства защиты должен быть меньше, чем òi2dt, который может выдержать полупроводник.

Для защиты СПП при токовых перегрузках в аварийных режимах обычно используют специальные быстродействующие предохранители с плавкой вставкой или жидкометаллические предохранители.

Быстродействующие предохранители имеют специальную конструкцию, обеспечивающую более быстрое плавление вставки, нежели у обычных предохранителей такого же номинала.

В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/индий/ олово и др.). При срабатывании металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5 – 2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию.

Сверхток может возникнуть не только при коротком замыкании во внешней цепи. Случайный выход за пределы безопасного диапазона может повредить СПП. Чаще всего при этом возникает короткое замыкание. Сверхток короткого замыкания приводит к расплавлению проводников и к взрыву СПП. Это может вывести из строя окружающие компоненты и вызвать пожар в оборудовании. Поэтому рекомендуется включать быстродействующие предохранители в последовательно с каждым СПП. Даже если предохранитель не успеет защитить от сгорания сам СПП, то он предотвратит дальнейшие разрушения и ограничит энергию, выделившуюся в процессе неисправности.

Помимо сверхтоков, необходимо защищать СПП от выходе за пределы ОБР в динамических режимах работы при помощи снабберов.

Защита транзисторов

Биполярные транзисторы весьма чувствительны к перенапряжениям и к кратковременным перегрузкам по току. Поэтому необходимо использовать схемы ЦФТП, формирующие необходимые траектории как при включении, так и выключении (рис. 7.8, а).

 
 

В отличие от биполярных МОП-транзисторы менее подвержены пробою. Обычно ограничиваются RС-цепью,подключенной параллельно транзистору (рис. 7.8, б).

Защита тиристоров

Тиристоры являются приборами, критичными к скоростям нарастания тока в открытом состоянии (di/dt) и напряжения в закрытом состоянии (du/dt).

При включении тиристора в первый момент времени возникает проводящий канал небольшого сечения между анодом и катодом, и только через некоторое время проводящей становится вся полупроводниковая структура. При высоких значениях di/dt возникает неравномерная плотность тока в сечении полупроводника. В области с максимальной плотностью тока возникает локальный перегрев с последующим повреждением структуры. Основной причиной высоких значений di/dt является малое значение индуктивности в контуре, содержащем источник напряжения и включенный прибор.

Для снижения значения di/dt обычно включают последовательно с тиристором реактор с индуктивностью, ограничивающей скорость нарастания тока. В ряде случаев оказывается целесообразным включать насыщающиеся реакторы, которые до наступления момента насыщения ограничивают ток тиристора. После завершения процесса включения тиристора реактор насыщается, его реактивное сопротивление резко уменьшается и происходит дальнейший рост тока до установившегося значения. Применение насыщающегося реактора позволяет защитить тиристор от высоких скоростей изменения тока di/dt на первом этапе включения, когда это наиболее опасно.

Впрочем, в большинстве случаев внутреннее индуктивное сопротивление источников напряжения, входящих в цепь включаемого тиристора, оказывается достаточным, чтобы не вводить дополнительные индуктивности.

Большая величина du/dt вызывает перезаряд барьерных емкостей. Вследствие этого в тиристоре возникает емкостной ток, которые может вызвать ложное включение тиристора [четвертая причина включения]. Для защиты тиристора от высоких значений du/dt обычно используют демпфирующую RС-цепь (см. рис. 7.8, б). Эта же цепь защищает тиристор от импульсных перенапряжений.

тиристор | Электрознайка. Домашний Электромастер.

♦Динистор и тиристор в цепях постоянного тока.


♦     Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод), это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод), это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦      С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр, то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр), если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦     В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

  • — если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0;
  • — если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд.
  • — подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов.

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦     Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн, через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦     При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2.
♦     При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом, не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н.
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦     У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102  (разное  напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт, что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.


Устройство работает следующим образом.
♦     В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды. Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем  кнопку Кн.
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется».
Загорается лампочка по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго.
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦     Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн. При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается». Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208.

♦     Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог.

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3.
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод.

♦     Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд), будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦     Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2.  А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4.

 Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1), вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5).

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт. Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦     Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6).

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер, сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

  • — управляющего элемента– стабилитрона КС510, который определяет напряжение выхода;
  • — исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А, исполняющих роль регулятора напряжения;
  • — в качестве датчика перегрузки используется резистор R4;
  • — исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503.

♦     На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1. Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510, величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт.
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт.  Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4. При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта.
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта.
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн, сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт, а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3, можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более. Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.


/span

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *