Реферат тиристоры. Реферат (Автосохраненный). Тиристор
 Скачать 60.26 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» Кафедра «Радиотехнические устройства и системы диагностики» Реферат На тему: Тиристор Подготовил: студент группы ЗРТ-161 Марченко Антон Проверил : Шкаев А.Г. Омск 2018 г. Содержание Введение 1. Устройство и основные виды тиристоров 2. Вольт-амперная характеристика тиристора 3. Режимы работы триодного тиристора 3.1 Режим обратного запирания 3.2 Режим прямого запирания 3.3 Режим прямой проводимости 4. Классификация тиристоров 4.1 Отличие динистора от тринистора 4.2 Отличие тиристора триодного от запираемого тиристора 4.3 Симистор 5. Характеристика тиристоров 6. Применение 7. Литература Введение Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: «закрытое» состояние — состояние низкой проводимости; «открытое» состояние — состояние высокой проводимости. Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров (с тремя электрическими выводами — анодом, катодом и управляющим электродом) — управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. В двухвыводных приборах, — динисторах переход прибора в проводящее состояние происходит, если напряжение между его анодом и катодом превысит напряжение открывания. Также тиристоры применяются в ключевых устройствах, например, силового электропривода. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом: по способу управления; по проводимости: тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например, тринистор, изображённый на рисунке); тиристоры, проводящие ток в двух направлениях (например, симисторы, симметричные динисторы). Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора нелинейна и показывает, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное. По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фтористора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала. Тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него ток превышает некоторую величину, называемую током удержания. 1. Устройство и основные виды тиристоров Устройство тиристоров показано на рис. 1. Тиристор состоит из четырёх полупроводников (слоёв), соединённых последовательнои отличающихся типами проводимости: p‑n‑p‑n. p‑n‑переходы между проводниками на рисунке обозначены как «J1», «J2» и «J3». Контакт к внешнему p‑слою называется анодом, к внешнему n‑слою — катодом. В общем случае p‑n‑p‑n‑прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор, не содержащий управляющих электродов, называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор, содержащий один управляющий электрод, называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние. Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. У последних ВАХ симметрична, поэтому соответствующие приборы называются симметричными. Симметричные приборы изготавливаются из пяти слоёв полупроводников. Симметричный тринистор называется также симистром или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов, часто применяются их схемотехнические аналоги, в том числе и интегральные, обладающие обычно лучшими параметрами. Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры не могут быть переведены в закрытое состояние (что отражено в их названии) с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.  Рис.1 Схемы тиристоров: А) основная четырехслонйная p-n-p-n структура; В) диодный тиристор С) триодный тиристор 2. Вольт-амперная характеристика тиристора Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис. 2. Описание ВАХ: кривая ВАХ на участке, ограниченном прямоугольником с координатами вершин (0;0) и (Vвo;IL) (нижняя ветвь), соответствует высокому сопротивлению прибора (прямому запиранию прибора); точка (Vвo;IL) соответствует моменту включения тиристора (переключению динистора во включённое состояние); кривая ВАХ на участке, ограниченном прямоугольником с координатами вершин (Vвo;IL) и (Vн;Iн), соответствует переключению прибора во включённое состояние (неустойчивая область). Судя по тому, что кривая имеет S‑образную форму, можно сделать вывод о том, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное. Когда разность потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности превысит величину Vво, произойдёт отпирание тиристора (динисторный эффект); кривая ВАХ от точки с координатами (Vн;Iн) и выше соответствует открытому состоянию прибора (прямой проводимости); на графике показаны ВАХ с разными токами управления IG (токами на управляющем электроде тиристора): IG=0; IG>0; IG>>0. Чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vвo происходит переключение тиристора в проводящее состояние; пунктиром обозначена кривая ВАХ, соответствующая протеканию в цепи тока IG>>0 — так называемого «тока включения спрямления». При таком токе тиристор переходит в проводящее состояние при минимальной разности потенциалов между анодом и катодом. Для перевода тиристора в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления; кривая ВАХ на участке от VBR до 0 соответствует режиму обратного запирания прибора; кривая ВАХ на участке от -∞ до VBR соответствует режиму обратного пробоя. Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика (слева внизу) повторяет участки из первой четверти (справа вверху) симметрично относительно начала координат (см. ВАХ симистора). По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.  Рис.2 Вольт амперная характеристика тиристора 3. Режимы работы триодного тиристора 3.1 Режим обратного запирания Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя: лавинный пробой; прокол обеднённой области. В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).  Рис.3 Режим обратного запирания тиристора 3.2 Режим прямого запирания При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи. 3.3 Режим прямой проводимости Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i-n+)-диоду. 4. Классификация тиристоров По проводимости и количеству выводов: тиристор диодный (доп. название «динистор») — тиристор, имеющий два вывода: тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении; тиристор диодный, проводящий в обратном направлении; тиристор диодный симметричный тиристор триодный (доп. название «тринистор») — тиристор, имеющий три вывода: тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор»); тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор-диод»); тиристор триодный симметричный (иначе, отечественное название — «симистор»,; тиристор триодный асимметричный; запираемый тиристор (доп. название «тиристор триодный выключаемый»). Ранее тиристоры в отечественной литературе назывались «управляемыми диодами». 4.1 Отличие динистора от тринистора Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если открытие динистора происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, то в тринисторе напряжение открытия может быть специально снижено, путём подачи импульса тока определённой длительности и величины на его управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом, и конструктивно тринистор отличается только наличием управляющего электрода. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства. 4.2 Отличие тиристора триодного от запираемого тиристора Переключение в закрытое состояние обычных тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом. Запираемые тиристоры, в отличие от обычных тиристоров, под воздействием тока управляющего электрода могут переходить из закрытого состояния в открытое состояние, и наоборот. Чтобы закрыть запираемый тиристор, необходимо через управляющий электрод пропустить ток противоположной полярности, чем полярность, которая вызывала его открытие. 4.3 Симистор Симистор (симметричный тиристор) представляет собой полупроводниковый прибор, по своей структуре является аналогом встречно-параллельного включения двух тиристоров. Способен пропускать электрический ток в обоих направлениях. 5. Характеристика тиристоров Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА; на напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 А/с, напряжения — 109 В/с, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; КПД достигает 99 %. К распространённым отечественным тиристорам можно отнести приборы КУ202 (25-400 В, ток 10 А), к импортным — MCR100 (100-600 В, 0,8 А), 2N5064 (200 В, 0,5 A), C106D (400 В, 4 А), TYN612 (600 В, 12 А), BT151 (800 В, 7,5-12 А) и другие. Также следует помнить, что не все тиристоры допускают приложение обратного напряжения, сравнимого с допустимым прямым напряжением. 6. Применение Тиристоры применяются в составе следующих устройств: электронные ключи; управляемые выпрямители; преобразователи (инверторы); регуляторы мощности (диммеры); электронное зажигание. 7. Литература ГОСТ 15133-77. Приборы полупроводниковые. Термины и определения. Кублановский. Я. С. Тиристорные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 112 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1104). Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. — М.: Энергия, 1977. |