Теоретические сведения

Тиристорами называются полупроводниковые приборы с тремя (и более) р-n переходами, предназначаются для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. Тиристор обладает двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт).

В зависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на диодные и триодные. С двумя электродами - диодные тиристоры или динисторы. С тремя электродами - триодные тиристоры.

На рис.1 изображена структура триодного тиристора. Обозначим p1-n1 переход через j1, переход p2-n1 через j2; p2-n2 через j3.

Крайние р-n переходы j1 и j3 называют эмиттерными, а средний j2-коллекторным. Электроды от крайних областей называют эмиттерными, а от одной из средних - базовыми или управляющими. Вывод, от которого прямой ток течет во внешнюю цепь, называют катодным, а к которому ток течет из цепей - анодным.

30 31

Если к тиристору приложить напряжение, как показано на рис.1, то переходы j1 и j3 окажутся смещенными в прямом направлении, а j2 в обратном направлении. Следовательно, эмиттеры обоих транзисторов будут инжектировать неосновные носители в область базы. В результате диффузии неосновные носители достигают коллекторного перехода и полем перехода затягиваются в область коллектора. При подаче в цепь управляющего электрода тока управления I_у ток через р₂-n₂ - переход увеличивается. Дополнительная инжекция носителей заряда через р-n переход приводит к увеличению тока I_k2 на величину а₂I_У.

, где

М_л - коэффициент лавинного умножения;

- коэф. передачи эмиттерного тока;

I_У - ток управления ;

Iko - обратный ток.

Увеличение тока через запертый коллекторный р-n переход аналогично увеличению приложенного напряжения, так как увеличивается вероятность лавинного размножения носителей заряда. Поэтому, изменяя ток, можно менять напряжение, при котором происходит переключение тиристора , а значит и момент включения.

Семейство вольт - амперных характеристик тиристора показаны на (рис.1, б, в.)

Для того ,чтобы запереть тиристор, нужно либо уменьшить рабочий ток до значения I<I_уд путём понижения питающего напряжения до значения U₂, либо задать в цепи управляющего электрода импульс тока противоположной полярности. Этот процесс включения и выключения тиристора поясняет (рис.1,в) Если к нему через резистор R приложено напряжение U1 и ток в цепи управляющего электрода равен нулю, то тиристор заперт.

Рабочая точка находится в положении а. Когда ток управления электрода достигнет значения 1_у1, тиристор включится, и рабочая точка его переместится в точку в.

Для выключения необходимо (при Iу =0) уменьшить напряжение питания до значения U<U2. При этом рабочая точка из в1 перейдет в а2 и при восстановлении напряжения в точку а.

 

 

Рис. 4. Триодный тиристор:

А - структура; Б — вольт-амперная характеристика; В - харак­теристики, поясняющие процесс включения; 1 — линии нагрузки

 

Выключить тиристор можно также путём подачи на управляющий, электрод напряжения противоположной полярности и создания в его цепи противоположно направленного тока.

32 33

Наличие его приводит к уменьшению концентрации носителей зарядов в базе и уменьшению коэффициентов α1 и α2. При М₂α<1 тиристор выключается и в его цепи протекает малый ток, значение которого равно I_обр .Обозначения тиристоров в соответствии с ГОСТ 10862-72 состоит из шести элементов:

Первый элемент - буква К, указывающая исходный материал полупроводника;

второй - буква Н - для диодных тиристоров и У - для триодных;

третий - цифра, определяющая назначение прибора;

четвёртый и пятый - порядковый номер разработки;

шестое - буква, определяющая технологию изготовления, например КУ201А, КР102Н и т.д.

 

Выполнение:

1) Установить сменную плату №4, рис.2.

2) Ток ГТ измерять по ИВ, в качестве PU2 – ИВ, а качестве PU1-ABM2 . Резистор R=2.4 кОм.

 

 

Рис.2

 

3) Установить ручку выходов ГНЗ и ГТ в крайнее левое положение (I_ГТ =0 , U_ГН3 =0). Включить тумблер "сеть". Плавно повышая напряжение ГНЗ, которое является анодным напряжением тиристора U_A, контролируя анодный ток I_А по РА2, снять прямую ветвь ВАХ закрытого тиристора без тока управления I_у=0 и определить I_вкл. и U_вкл.

Данные занести в табл. 1.

 

ВНИМАНИЕ! При достижении величин I_вкл. и U_вкл тиристор переходит в открытое состояние и происходит «Зашкаливание» прибора РА2 из-за резкого увеличения анодного тока. Для предотвращения выхода из строя РА2, необходимо быстро переключить предел его измерения.

После включения тиристора, увеличивая напряжение на ГНЗ, снять прямую ветвь ВАХ открытого тиристора.

Данные замеров занести в табл.1.

4) Установить U_ГН3 =0. Установить с помощью ГТ ток управления I_У=0.1 мА и повторить исследование по п.2.Напряжение управления измеряется прибором РU1.

5) Повторить исследования для двух разных токов Iу=0,1; 0,2мА, изменяя напряжение Ua=0; 10; 20; 30; ...100B.

Таб. 1

Ua	В									Примечание
Ia	мА									Iy =0
Ia	mA									Iу =0.1мА
Ia	mA									Iу =0.2мА

 

6) Понижая напряжение на ГН3, снять прямую ветвь ВАХ включенного тиристора, начиная от максимального значения тока до тока Iуд (в обратном направлении). Данные замеров занести в табл.2.

 

Таб. 2

Ua(B)						Iуд.
Iа(мА)

Содержание отчета

1. Изобразить схему электрическую и принципиальную для проведения эксперимента.

2. Привести данные эксперимента, сведённые в таблицы, и значения основных параметров исследуемого тиристора.

34 35

3. Построить ВАХ анодной цепи тиристора, обозначить характерные точки.

4. Построить ВАХ входной цепи тиристора.

5. Дать выводы по исследованию ВАХ тиристора.

6. Сравнить паспортные параметры тиристора КУ 101А с полученными экспериментально и сделать выводы.

 

 

Контрольные вопросы

1. Нарисовать и объяснить ВАХ тиристора (с управляющим и без управляющего электродов).

2. Объяснить физику переключения тиристоров в открытое и закрытое состояния.

3. Чем объяснить неравенство I_уд > I_вкл?

4. Какая зависимость между I_вкл, М, α1, α₂?

5. Как можно выключить тиристор?

6. Объяснить физику открывания тиристора с помощью управляющего электрода.

7. Как принято маркировать тиристоры?

 

 

Литература

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учебник для вузов. М.:Высшая школа ,1982г.

2. Гусев.В.Г., Гусев.Ю.М. Электроника. Учебное пособие. М.:Высшая школа 1991г.

 

 

Составители : доц. В.А.Грошев;

старший преп. Л.В. Маркарян;

доц . А.С. Завгородний.