Занимательные эксперименты: семейство тиристоров. Схема, описание

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 (большее напряжения 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. 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 R4, величиной 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки. Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.
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 тиристора. Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 - 2,0 вольта.
Что бы 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.

Диодные тиристоры - динисторы находят широкое применение в различных устройствах автоматики. Однако такое использование динисторов имеет ряд недостатков, главный из которых заключается в следующем.

Напряжение включения самого низковольтного отечественного динистора КН102А составляет 20 В, а падение напряжения на нем в открытом состоянии - менее 2 В. Таким образом, к управляющему переходу тиристора после включения динистора прикладывается напряжение около 18 В. В то же время максимально допустимое напряжение на этом переходе для распространенных тиристоров серии К У 201, К У 202 равно всего лишь 10 В. А если еще учесть, что напряжение включения динисторов даже одного типа имеет разброс, достигающий 200%, то станет ясно, что управляющий переход тиристора испытывает чрезмерно большие перегрузки. Это и ограничивает применение динисторов для управления триодными тиристорами.

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, тогда они должны учиться на реальных схемах, когда это возможно. Если ваша цель - воспитывать теоретических физиков, то обязательно придерживайтесь абстрактного анализа, во что бы то ни стало! Но большинство из нас планирует, чтобы наши ученики сделали что-то в реальном мире с образованием, которое мы им предоставляем. «Впустую» время, затрачиваемое на строительство реальных цепей, принесет огромные дивиденды, когда придет время для их применения своих знаний к практическим проблемам.

В большинстве наук реалистичные эксперименты гораздо сложнее и дороже, чем электрические схемы . Ядерной физике, биологии, геологии и профессорам химии просто хотелось бы, чтобы их ученики применяли передовую математику к реальным экспериментам, не представляя угрозы безопасности и стоили меньше, чем учебник. Используйте удобство, присущее вашей науке, и заставьте этих учеников творить свою математику на множестве реальных схем!

В подобных случаях можно использовать двухполюсники - аналоги динисторов , отличающиеся тем, что их напряжения включения могут быть гораздо меньше напряжения включения самого низковольтного динистора.

Схема одного из аналогов - транзисторного динистора показана на рис. 1. Он состоит из транзисторов разной структуры, включенных так, что ток базы одного из них является током коллектора другого и наоборот. Другими словами, это устройство, охваченное глубокой положительной обратной связью.

Все тиристорные устройства обладают свойством гистерезиса. С электрической точки зрения, что такое «гистерезис»? Как это поведение отличается от поведения «нормальных» активных полупроводниковых компонентов, таких как биполярные или полевые транзисторы?

После включения, как правило, остается в состоянии «ня» и наоборот. Гистерезисное действие тиристоров часто называют фиксацией. Попросите ваших учеников связать этот термин с действием тиристора. Почему «фиксирует» подходящий термин для такого поведения? Могут ли ваши ученики думать о любых приложениях для такого устройства?

При подключении питания через эмиттерный переход транзистора Т1 течет ток базы, в результате чего транзистор открывается, а это вызывает появление тока базы транзистора Т2.

Открывание этого транзистора приводит к росту тока базы транзистора Т1 , и, следовательно, дальнейшему его открыванию. Процесс протекает лавинообразно, поэтому очень скоро оба транзистора оказываются в насыщенном состоянии.

Какое условие должно быть выполнено для того, чтобы электрическая проводимость проходила через одно из этих устройств? Включить: устройство должно превышать определенное пороговое напряжение до проведения проводимости. Выключите: ток через устройство должен быть доведен до минимального уровня, прежде чем устройство перестанет работать.

Хотя ответ может показаться очевидным для многих, стоит спросить своих учеников, как поведение сравнения сравнивается с обычным диодом. Тот факт, что диод Шокли называется «диодом» вообще, может обмануть некоторых ваших учеников мыслью, что он ведет себя как обычный диод.

Напряжение включения такого устройства при использовании, например, транзисторов МП116 и МП113 равно всего лишь нескольким долям вольта, то есть практически не отличается от напряжения насыщения этой пары транзисторов. Это не позволяет использовать такой двухполюсник в качестве переключающего прибора. Если же эмиттерные переходы транзисторов Т1 и Т2 шунтировать резисторами, как показано на рис. 2, то напряжение включения устройства значительно возрастет.

Попросите учащихся объяснить, как эти два устройства похожи. В чем они отличаются? Еще один хороший вопрос для обсуждения - различие между диодом Шокли и диодом Шоттки. Хотя имена очень похожи, эти два устройства, безусловно, нет! Выпрямители с силиконовым управлением могут быть смоделированы следующей транзисторной схемой . Объясните, как эта схема функционирует при наличии и отсутствии «запускающего» импульса напряжения на клемме затвора.

Положительная обратная связь, присущая этой схеме, дает ей гистерезисные свойства: после срабатывания «включено» она имеет тенденцию оставаться включенной. Когда «выключено», оно имеет тенденцию держаться подальше. Попросите учащихся продемонстрировать положительную реакцию «фиксации» этой схемы, нарисуя направления тока на диаграмме для рассматриваемого класса. Спросите своих учеников, почему цепь «ждет», пока импульс включения не включится, и почему он «защелкивается» после срабатывания.

Причина этого явления - в уменьшении глубины положительной обратной связи, так как в базу каждого транзистора теперь ответвляется только часть коллекторного тока другого. В результате лавинообразный процесс открывания транзисторов протекает при более высоком напряжении. Напряжение включения можно изменять с помощью резисторов R1 и R2 .

Самый маленький терминал - это ворота. Идентичность катода и анода может быть определена путем подключения одного тестового провода к клемме затвора и касания другого тестового провода к любому из других терминалов. Спросите своих учеников, как они знают, что терминал ворот является самым маленьким. Должен ли он быть самым маленьким терминалом? Кроме того, спросите их, что индикация непрерывности будет отличать катод от анода в тесте непрерывности, описанном в ответе.

Объясните, что происходит в каждой из этих схем при нажатии кнопочного выключателя и затем отпускается. Последующий вопрос: объясните, почему эти схемы не ведут себя одинаково. Пусть студенты объяснят свои ответы. В этом отношении они существенно отличаются от транзисторов.

Так, при их сопротивлениях, равных 5,1 кОм, напряжение включения составляет 9 В, при 3 кОм- 12 В. Результаты получены при плавном повышении напряжения на двухполюснике. Если же напряжение имеет импульсный характер, то включение может произойти и при меньших его величинах. Дело в том, что транзисторный аналог, как и обычный динистор чувствителен не только к величине приложенного к нему напряжения, но и к скорости его нарастания. Исключить возможность включения при напряжениях, меньших напряжения включения, можно, если шунтировать двухполюсник конденсатором С1 (см. рис. 2).

Обсудите этот принцип со своими учениками, если они еще не изучили его. Если они уже изучили его, используйте этот вопрос в качестве возможности для обзора. Студенты должны знать, что означает «двусторонний» со ссылкой на электронные компоненты, но этот вопрос дает хорошую возможность для них учиться, если они этого не делают! Что не так с наличием «чувствительного» тиристора в цепи?

Обсудите с учащимися, считают ли они, что схема лома - это такой механизм, который видит регулярное использование, или он редко активируется. Ученик электроники недавно научился создавать схемы усилителей звука, и это вдохновляет мечты о разработке супермощного усилителя для домашней развлекательной системы.

Как и у динистора, напряжение включения транзисторного аналога уменьшается при повышении температуры. Этот недостаток легко устраним заменой резисторов R1 и R2 терморезисторами.

Схема другого аналога динистора показана на рис. 3. Напряжение включения такого двухполюсника определяется цепочкой, образованной стабилитроном Д1 и управляющим переходом тиристора Д2 , между которыми распределяется напряжение, приложенное к выводам двухполюсника. Когда это напряжение становится равным напряжению включения, стабилитрон пробивается, и через управляющий переход тиристора течет ток. Тиристор открывается, шунтируя стабилитрон и напряжение на выводах двухполюсника резко уменьшается. Напряжение включения устройства, показанного на рис. 3, равно 8 В.

Вау, - говорит студент, - эти компоненты выглядят как действительно большие транзисторы, но они рассчитаны на большой поток. Как вы объясните этому возбужденному ученику, что эти устройства не будут работать в схеме усилителя? Верьте или нет, меня когда-то подошел восторженный студент с этим вопросом!

Обычно этот метод запуска считается недостатком устройства, поскольку он открывает возможность нежелательного запуска, вызванного нарушениями напряжения питания. Также укажите, какие средства могут использоваться для предотвращения ложного срабатывания от переходных процессов питания.

На рис. 4 приведена схема на триодном тиристоре Д5, в цепи управления которым применен последний из рассмотренных двухполюсников (стабилитрон Д6 и тиристор Д7). При закрытом тиристоре Д5 конденсатор С1 заряжается через нагрузку и резистор R2 током, выпрямленным диодами Д1-Д4.

Для уменьшения этих эффектов обычно предусмотрены схемы демпфера. Выражение, конечно же, является термином исчисления, означающим скорость изменения напряжения во времени. Важной концепцией обзора для этого вопроса является формула для емкости. Применение импульса напряжения на клемме затвора. Превышение напряжения «размыкания» анода на катоде.

Другие два метода, включающие напряжение, приложенное между анодным и катодным выводами устройства, часто являются случайными способами запуска. Обязательно обсудите со своими учениками причину, по которой чрезмерное может инициировать, основанное на исследовании межэлектродной емкости внутри транзисторов тиристорной модели.

Когда напряжение на конденсаторе становится равным напряжению включения двухполюсника, стабилитрон Д6 пробивается и открывает тиристор Д7. Конденсатор С1 разряжается через управляющий переход тиристора Д5 , в результате чего он также открывается и подключает нагрузку к выпрямителю на время, оставшееся до конца полупериода сетевого напряжения. В конце его тиристор закрывается, так как ток через него уменьшается до нуля, после чего цикл повторяется.

Выпадение низкого тока «Реверсивное срабатывание» затвора с импульсом напряжения «неправильной» полярности. Его схематический символ выглядит следующим образом. Этот вопрос дает хорошую возможность рассмотреть работу цепей делителя напряжения и, в частности, эту формулу.

Объясните, как функционирует однополярный транзистор в этой цепи. Однополюсные транзисторы являются гистерезисными, как и все тиристоры. Обозначения для каждого терминала могут быть неожиданными для ваших учеников, учитывая названия биполярных транзисторных терминалов!

С помощью переменного резистора R2 можно изменять ток заряда конденсатора С2, а следовательно, и момент открывания тиристора Д5, то есть регулировать среднюю величину напряжения на нагрузке.

В их регулярных разделах «Целевые идеи». Дизайн приписывают Андре де Герин. Рассмотрите каждую ошибку независимо. Для каждого из этих условий объясните, почему возникнут результирующие эффекты. Цель этого вопроса заключается в том, чтобы подойти к области устранения неисправностей схемы с точки зрения понимания того, что такое ошибка, а не только знать, что такое симптомы. Хотя это не обязательно реалистичная перспектива, это помогает студентам создавать фундаментальные знания, необходимые для диагностики неисправной схемы из эмпирических данных.

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 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 .

За такими вопросами следует следовать другие вопросы, которые задают учащимся определение вероятных ошибок на основе измерений. Если возможно, найдите спецификацию производителя для ваших компонентов, чтобы обсудить с вашими одноклассниками. Цель этого вопроса - заставить учащихся кинестетически взаимодействовать с предметом. Для тех учеников, которые являются кинестетическими по своей природе, это отличная помощь для фактического контакта с реальными компонентами, когда они узнают о своей функции.

Разумеется, этот вопрос также дает прекрасную возможность практиковать интерпретацию компонентных меток, использование мультиметра, таблиц доступа и т.д. Их символы и пин-код находятся на рисунке. Рисунок 1: Несколько тиристоров и триаков. Тиристор - улучшенный диод. Точно так же, как это делает диод, тиристор проводит ток, когда анод положителен по сравнению с катодом, но только если напряжение на затворе положительное и достаточный ток течет в затвор, чтобы включить устройство. Когда тиристор начинает подавать ток в ворота, это не имеет значения, и тиристор можно отключить только путем удаления тока между анодом и катодом.

Симистор очень похож на тиристор, с той разницей, что он может вестись в обоих направлениях. Он имеет три электрода, называемых анодом 1, анодом 2 и воротами. Он используется для регулирования цепей переменного тока. Устройства, такие как ручные сверла или шары, можно управлять с помощью симистора. Тиристоры малой мощности и симисторы упакованы в те же корпуса, что и транзисторы, но устройства с высокой мощностью имеют совершенно другой корпус. Они показаны на рисунке. Их основным свойством является то, что их сопротивление очень велико, пока напряжение на их концах не превысит некоторого предопределенного значения.

Носители заряда входят в канал у источника и выходят через слив. Ширина канала контролируется напряжением на электроде, называется воротом, который расположен между источником и стоком. Он изолирован от канала вблизи чрезвычайно тонкого слоя оксида металла.

Когда на входе нет напряжения, канал показывает свою максимальную проводимость. Поскольку напряжение на затворе является либо положительным, либо отрицательным, проводимость канала уменьшается. Когда на затворе нет напряжения, устройство не проводит. Больше напряжения на воротах, тем лучше устройство может проводить.

Полупроводниковая поверхность на нижнем слое оксида, который расположен между клеммой источника и стока. Когда мы применяем положительное напряжение затвора, отверстия, находящиеся под оксидным слоем с отталкивающей силой и отверстиями, толкаются вниз с подложкой. Область истощения, населенная связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Образуется канал электронов. Теперь, если между стоком и источником подается напряжение, ток свободно течет между источником и дренажем, а напряжение затвора управляет электронами в канале.

Нередко можно слышать, да и читать в популярных радиотехнических журналах слово "тиристор". Речь идет о приборе, относящемся к полупроводниковым. Но такого прибора, к сожалению, не существует, поскольку тиристоры это класс приборов. В него входят динистор (диодный тиристор), тринистор (триодный тиристор) и симистор (симметричный тринистор). С ними мы и познакомимся в ходе занимательных экспериментов. Начнем с динистора .

Каждый полупроводниковый прибор из класса тиристоров представляет собой "пирог" из нескольких слоев, образующих полупроводниковую структуру из чередующихся p-n переходов. У динистора три таких перехода (рис. 1), но выводы сделаны лишь от крайних областей (p и n). Поверхность кристалла-"пирога" с электропроводностью n типа обычно припаяна ко дну корпуса это катод динистора, а вывод от противоположной поверхности кристалла выполнен через стеклянный изолятор это анод.

Внешне динистор (распространена серия КН102 с буквенными индексами АИ и его аналог с обозначением 2Н102) ничем не отличается от выпрямительных диодов серии Д226. Как и в случае с диодом, на анод динистора подают плюс напряжения питания, а на катод минус. И обязательно в цепь динистора включают нагрузку: резистор, лампу, обмотку трансформатора и т. д.

Если плавно увеличивать напряжение, ток через динистор будет вначале расти незначительно (рис. 2). Динистор при этом практически закрыт. Такое состояние продолжится до тех пор, пока напряжение на динисторе не станет равным напряжению включения Uвкл В этот момент в четырех слойной структуре наступает лавинообразный процесс нарастания тока и динистор переходит в открытое состояние. Падение напряжения на нем резко уменьшается (это видно на характеристике), а ток через динистор теперь будет определяться сопротивлением нагрузки, но он не должен превышать максимально допустимого Iоткр.макс.. Для всех динисторов серии КН102 этот ток равен 200 мА.

Напряжение, при котором динистор открывается, называют напряжением включения (Uвкл), а соответствующий этому значению ток - током включения (Iвкл).Для каждого динистора напряжение включения свое, например, для КН102А - 20 В, а для КН102И - 150 В. Ток же включения у всех динисторов серии составляет 5 мА.

В открытом состоянии динистор может находиться до тех пор, пока прямой ток через него будет превышать минимально допустимый ток Iуд, называемый током удержания.

Обратная ветвь характеристики динистора похожа на такую же ветвь обычного диода. Подача на динистор обратного напряжения выше допустимого Uобр.макс. может вывести его из строя. Для всех динисторов и Uобр.макс. составляет 10 В, при этом ток Iобр.макс. не превышает 0,5 мА.

Вот теперь, когда вы познакомились с некоторыми параметрами динистора, можете собрать два генератора и поэкспериментировать с ними.

Генератор световых вспышек (рис. 3) . Он позволяет получить световые вспышки лампы накаливания. Когда вилка Х1 генератора будет вставлена в сетевую розетку, начнет заряжаться конденсатор С1 (только в положительные полупериоды). Ток зарядки ограничивается резистором R1. Как только напряжение на нем достигнет напряжения включения динистора, конденсатор разрядится через него и лампу EL1. Хотя напряжение на конденсаторе намного превышает (в 8 раз!) рабочее напряжение лампы (2,5 В), она не перегорит, поскольку длительность импульса разрядного тока слишком мала.

После разрядки конденсатора динистор закроется и конденсатор начнет заряжаться вновь. Вскоре появится новая вспышка, а за ней следующая и т. д. При указанных на схеме деталях вспышки будут следовать через каждые 0,5 с.

Замените резистор другим, скажем, меньшего сопротивления. Частота вспышек возрастет. А с резистором большего сопротивления она уменьшится. Аналогичный результат получится при уменьшении емкости конденсатора или увеличении ее.

Вернувшись к первоначальной схеме генератора, установите дополнительный конденсатор С2 (он может быть бумажный или оксидный) емкостью в несколько микрофарад на напряжение не менее 400 В. Вспышки исчезнут. Разгадка проста. Когда этого конденсатора не было, на резистор поступали Рис. 3 полупериоды сетевого напряжения, т. е. оно изменялось от нуля до максимального амплитудного значения. Поэтому после разрядки конденсатора С1 ток через динистор в какой-то момент (при переходе синусоиды через нуль) падал до нуля и динистор выключался. С подключением же конденсатора С2 напряжение на левом по схеме выводе резистора уже становится пульсирующим, поскольку конденсатор начинает выполнять роль фильтра однополупериодного выпрямителя и напряжение на нем до нуля не падает. А поэтому после открывания динистора и первой вспышки лампы через него продолжает протекать небольшой ток, превышающий ток удержания. Динистор не выключается, генератор не работает.

Правда, генератор можно заставить работать (и вы можете в этом убедиться), если увеличить сопротивление резистора, но тог-да вспышки будут следовать слишком редко. Для увеличения частоты вспышек попробуйте уменьшить емкость конденсатора С1. Произойдет следующее: запасенной конденсатором энергии будет мало для поддержания достаточной яркости вспышек.

Динистор в этом устройстве может быть, кроме указанного на схеме, КН102Б. Конденсатор С 1 - оксидный любого типа на номиналь-ное напряжение не ниже 50 В, диод - на ток не менее 50 мА и обратное напряжение не ниже 400 В, резистор - мощностью не менее 2 Вт, лампа - на рабочее напряжение 2,5 В и ток 0,26 А.

Генератор звуковой частоты (рис. 4) . Его схема похожа на предыдущую, но лампа накаливания заменена более высокоомной нагрузкой - головными телефонами ТОН-2 (BF1), капсюли которого сняты с оголовья (можно и не снимать) и соединены последовательно. Емкость зарядно-разрядного конденсатора (С2) значительно уменьшена, благодаря чему возросла (до 1000 Гц) частота генерируемого сигнала. Возросло и сопротивление ограничительного резистора (R2) в цепи динистора.

Остальные элементы - это однополупериодный выпрямитель, в котором конденсатор С1 фильтрует выпрямленное напряжение, а резистор R1 способствует снижению обратного напряжения на диоде VD1. Если для питания генератора использовать переменное напряжение 45...60 В, резистор R1 не понадобится.

Конденсатор С1 может быть бумажный, например МБМ, С2 - любого типа на напряжение не ниже 50 В, диод - любой с допустимым обратным напряжением не менее 400В.

Как только вилка Х1 будет вставлена в сетевую розетку, в головных телефонах появится звук определенной тональности. Замените конденсатор С2 другим, меньшей емкости - и тональность звука повысится. Если установить конденсатор большей емкости, в телефонах будет прослушиваться звук более низкого тона. Такие же результаты получатся и при изменении сопротивления резистора R2 - проверьте это. Отметим, что в настоящее время выпускаются микросхемы, имеющие характеристики, близкие к динисторным, и в ряде случаев они могут их заменить (см. "Радио", 1998, № 5, с.59- 61).

И в заключение - несколько слов о технике безопасности. Проводя эксперименты с генераторами, не касайтесь руками выводов деталей при включенной в сеть вилке Х1 , не трогайте головные телефоны, тем более не одевайте их на голову, а при всех перепайках либо подключениях деталей обесточивайте конструкцию и разряжайте (пинцетом либо отрезком монтажного провода) конденсаторы.

Следующий полупроводниковый прибор из класса тиристоров - тринистор. Его основное отличие от динистора - наличие дополнительного вывода, называемого управляющим электродом (УЭ), от одного из переходов (рис. 5) четырехслойной структуры. Что же дает этот вывод?

Предположим, что управляющий электрод никуда не подключен. В этом варианте тринистор сохраняет функции динистора и включается при достижении напряжения на аноде Uвкл (рис. 6).

Но стоит подать на управляющий электрод относительно катода хотя бы небольшое плюсовое напряжение и пропустить таким образом постоянный ток через цепь управляющий электрод - катод, как напряжение включения уменьшится. Чем больше ток, тем меньше напряжение включения.

Наименьшее напряжение включения будет соответствовать определенному максимальному току Iу.э, который называют током спрямления - прямая ветвь спрямляется настолько, что становится похожей на такую же ветвь диода.

После включения (т. е. открывания) тринистора управляющий электрод теряет свои свойства и выключить тринистор удастся либо уменьшением прямого тока ниже тока удержания Iуд, либо кратковременным отключением питающего напряжения (допустимо кратковременное замыкание анода с катодом).

Тринистор может быть открыт как постоянным током, пропускаемым через управляющий электрод, так и импульсным, причем допустимая длительность импульса составляет миллионные доли секунды!

Каждый тринистор (чаще всего вам придется встречаться с тринисторами серий КУ101, КУ201, КУ202) имеет определенные параметры, которые приводятся в справочниках и по которым обычно тринистор подбирают для собираемой конструкции. Во-первых, это допустимое постоянное прямое напряжение (Uпр) в закрытом состоянии, а также постоянное обратное напряжение (Uобр) - оно оговаривается не для всех тринисторов, и в случае отсутствия такой цифры подавать на данный тринистор обратное напряжение нежелательно.

Следующий параметр - постоянный ток в открытом состоянии (Iпр) при определенной допустимой температуре корпуса. Если тринистор будет нагреваться до большей температуры, его придется установить на радиатор - об этом обычно сообщается в описании конструкции.

Не менее важен такой параметр, как ток удержания (Iуд), характеризующий минимальный ток анода, при котором тринистор остается во включенном состоянии после снятия управляющего сигнала. Оговариваются также предельные параметры по цепи управляющего электрода - максимальный открывающий ток (Iу.от) и постоянное открывающее напряжение (Uу.от) при токе, не превышающем Iу.от.

При эксплуатации тринисторов серий КУ201, КУ202 рекомендуется между управляющим электродом и катодом включать шунтирующий резистор сопротивлением 51 Ом, хотя на практике в большинстве случаев наблюдается надежная работа и без резистора. И еще одно важное условие для этих тринисторов - при минусовом напряжении на аноде подача тока управления не допускается.

А теперь проведем некоторые эксперименты, позволяющие лучше понять работу тринистора и особенности управления им. Запаситесь тринистором, скажем, КУ201Л, миниатюрной лампой накаливания на 24 В, источником постоянного напряжения 18...24 В при токе нагрузки 0,15...0,17 А и источником переменного напряжения 12...14 В (например, сетевым трансформатором от старого приемника или магнитофона с двумя вторичными обмотками на 6,3 В при токе до 0,2 А, соединенными последовательно).

Как открыть тринистор (рис. 7) . Движок переменного резистора R2 установите в нижнее по схеме положение, а затем подключите каскад на тринисторе к источнику постоянного тока. Нажав на кнопку SB1, плавно перемещайте движок переменного резистора вверх по схеме до тех пор, пока не зажжется лампа HL1. Это укажет на то, что тринистор открылся. Кнопку можете отпустить, лампа будет продолжать светиться.

Чтобы закрыть тринистор и привести его в исходное состояние, достаточно на короткое время отключить источник питания. Лампа погаснет. Нажав на кнопку вновь, вы откроете тринистор и зажжете лампу. Теперь попробуйте погасить ее другим способом - при отпущенной кнопке замкните на мгновенье, скажем, пинцетом, выводы анода и катода, как это показано на рис. 7 штриховой линией.

Чтобы измерить открывающий ток тринистора, включите в разрыв цепи управляющего электрода (в точке А) миллиамперметр и, плавно перемещая движок переменного резистора из нижнего положения в верхнее (при нажатой кнопке), дождитесь момента зажигания лампы. Стрелка миллиамперметра зафиксирует искомое значение тока.

А может быть, вы пожелаете узнать, каков ток удержания тринистора? Тогда включите миллиамперметр в разрыв цепи в точке Б, а последовательно с ним переменный резистор (номиналом 2,2 или 3,3 кОм), сопротивление которого вначале должно быть выведено. При открытом тринисторе увеличивайте сопротивление дополнительного резистора до тех пор, пока стрелка миллиамперметра не возвратится скачком к нулевой отметке. Показания миллиамперметра перед этим моментом и есть ток удержания.

Тринистор управляется импульсом (рис. 8) . Немного измените тринисторный каскад, исключив из него переменный резистор и введя конденсатор С1 емкостью 0,25 или 0,5 мкФ. Теперь на управляющий электрод постоянное напряжение не подается, хотя тринистор от этого не стал неуправляемым.

Подав на каскад питающее напряжение, нажмите на кнопку. Почти мгновенно зарядится конденсатор С1, а его ток зарядки в виде импульса пройдет через параллельно включенные резистор R2 и управляющий электрод. Но даже такого кратковременного импульса достаточно, чтобы тринистор успел открыться. Лампа зажжется и, как и в предыдущем случае, останется в таком состоянии даже после отпускания кнопки. Конденсатор разрядится через резисторы R1, R2 и будет готов к следующему пропусканию импульса тока.

Теперь возьмите оксидный конденсатор С2 емкостью не менее 100 мкФ и на мгновенье подключите его в соответствующей полярности к выводам анода и катода тринистора. Через конденсатор также пройдет импульс зарядного тока. В результате тринистор окажется зашунтирован (указанные выводы замкнуты) и, естественно, он закроется.

Тринистор в регуляторе мощности (рис. 9). Способности тринистора открываться при разном анодном напряжении в зависимости от тока управляющего электрода широко используются в регуляторах мощности, изменяющих средний ток, протекающий через нагрузку.

Чтобы познакомиться с этой "профессией" тринистора, соберите макет из деталей, показанных на схеме. В двухполупериодном выпрямителе могут работать как отдельные диоды, так и готовый диодный мост, например, серий КЦ402, КЦ405. Как видите, фильтрующего конденсатора на выходе выпрямителя нет - он здесь не нужен. Для визуального контроля протекающих в каскаде процессов подключите параллельно нагрузке (лампа HL1) осциллограф, работающий в автоматическом (либо ждущем) режиме с внутренней синхронизацией.

Установите движок переменного резистора R2 в верхнее по схеме положение (сопротивление выведено) и подайте на диодный мост переменное напряжение. Нажмите на кнопку SB1. Сразу же зажжется лампа, а на экране осциллографа появится изображение полупериодов синусоиды (диаграмма а), характерное для двухполупериодного выпрямления без сглаживающего конденсатора.

Отпустите кнопку - лампа погаснет. Все правильно, ведь тринистор закрывается, как только синусоидальное напряжение переходит через нуль. Если же на выходе выпрямителя будет установлен фильтрующий оксидный конденсатор, он не позволит выпрямленному напряжению уменьшаться до нуля (форма напряжения для этого варианта показана на диаграмме штриховой линией) и лампа не погаснет после отпускания кнопки.

Вновь нажмите на кнопку и плавно перемещайте движок переменного резистора вниз по схеме (вводите сопротивление). Яркость лампы начнет уменьшаться, а форма "полусинусоид" искажаться (диаграмма б). Теперь ток через управляющий электрод уменьшается по сравнению с первоначальным значением, а следовательно, тринистор открывается при большем питающем напряжении, т. е. часть полусинусоиды, тринистор остается закрытым. Поскольку при этом уменьшается средний ток через лампу, ее яркость уменьшается.

При дальнейшем перемещении движка резистора, а значит, уменьшении управляющего тока, тринистор может открываться лишь тогда, когда напряжение питания практически достигает максимума (диаграмма в). Последующее уменьшение тока через управляющий электрод приведет к неоткрыванию тринистора.

Как видите, изменением управляющего тока, а значит, амплитуды напряжения на управляющем электроде, удается регулировать мощность на нагрузке в достаточно широких пределах. В этом суть амплитудного метода управления тринистором.

Если же необходимо получить большие пределы регулирования, используют фазовый метод, при котором изменяют фазу напряжения на управляющем электроде по сравнению с фазой анодного напряжения.

Перейти на такой способ управления несложно - достаточно включить между управляющим электродом и катодом тринистора оксидный конденсатор С1 емкостью 100...200 мкФ. Теперь тринистор будет способен открываться при малых амплитудах анодного напряжения, но уже во второй "половине" каждого полупериода (диаграмма г). В итоге пределы изменения среднего тока через нагрузку, а значит, выделяющейся на ней мощности, значительно расширятся.

Аналог тринистора . Бывает, что приобрести нужный тринистор не удается. Его с успехом может заменить аналог, собранный из двух транзисторов разной структуры. Если на базу транзистора VT2 подать положительное (по отношению к эмиттеру) напряжение, транзистор приоткроется и через него потечет ток базы транзистора VT1. Этот транзистор также приоткроется, что приведет к увеличению тока базы транзистора VT2. Положительная обратная связь между транзисторами приведет к их лавинообразному открыванию.

Транзисторы аналога выбирают в зависимости от максимального тока нагрузки и питающего напряжения. На управляющий переход как аналога, так и тринистора подают напряжение (или импульсный сигнал) только положительной полярности. Если по условиям работы конструируемого устройства возможно появление отрицательного сигнала, следует защищать управляющий электрод, например, включением диода (катодом - к управляющему электроду, анодом - к катоду тринистора).

Последний прибор из семейства тиристоров - симистор (рис. 11), симметричный тиристор . Как и тринистор, он выполнен в аналогичном корпусе с такими же выводами анода, управляющего электрода и катода. Симистор имеет сложную многослойную структуру с электронно-дырочными переходами. От одного из переходов сделан управляющий вывод (УЭ).

Поскольку обе крайние области структуры обладают проводимостью одного типа, то при наличии соответствующего напряжения на электродах симистора импульсы тока могут проходить через него в обоих направлениях.

Распространенные симисторы, с которыми вам придется встречаться в радиолюбительской практике, - серии КУ208.

Читайте и пишите полезные

Тиристоры относятся к полупроводниковым приборам структуры p-n-p-n, и принадлежат, по сути, к особому классу , четырехслойных, трех (и более) переходных приборов с чередующейся проводимостью.

Устройство тиристора позволяет ему работать подобно диоду, то есть пропускать ток лишь в одном направлении.

И также как у полевого транзистора, у имеется управляющий электрод. При этом как диод, тиристор имеет особенность, - без инжекции неосновных рабочих носителей заряда через управляющий электрод он не перейдет в проводящее состояние, то есть не откроется.

Упрощенная модель тиристора позволяет нам понять, что управляющий электрод здесь аналогичен базе биполярного транзистора, однако имеется ограничение, которое заключается в том, что отпереть то тиристор с помощью этой базы можно, а вот запереть нельзя.

Тиристор, как и мощный полевой транзистор, конечно может коммутировать значительные токи. И в отличие от полевых транзисторов, мощности, коммутируемые тиристорами, могут исчисляться мегаваттами при высоких рабочих напряжениях. Но имеют тиристоры один серьезный недостаток — значительное время выключения.

Для того чтобы запереть тиристор, необходимо прервать или сильно уменьшить его прямой ток на достаточно продолжительное время, за которое неравновесные основные рабочие носители заряда, электронно-дырочные пары, успели бы рекомбинировать или рассосаться. Пока не прерван ток, тиристор будет оставаться в проводящем состоянии, то есть будет продолжать вести себя как .

Схемы коммутации переменного синусоидального тока обеспечивают тиристорам подходящий режим работы — синусоидальное напряжение смещает переход в обратном направлении, и тиристор автоматически запирается. Но для поддержания работы прибора, на управляющий электрод необходимо в каждом полупериоде подавать отпирающий управляющий импульс.

В схемах с питанием на постоянном токе прибегают к дополнительным вспомогательным схемам, функция которых — принудительно снизить анодный ток тиристора, и вернуть его в запертое состояние. А поскольку при запирании рекомбинируют носители заряда, то и скорость переключения тиристора сильно ниже, чем у мощного полевого транзистора.

Если сравнить время полного закрытия тиристора с временем полного закрытия полевого транзистора, то разница достигает тысяч раз: полевому транзистору чтобы закрыться нужно несколько наносекунд (10-100 нс), а тиристору требуется несколько микросекунд (10-100 мкс). Почувствуйте разницу.

Конечно, есть области применения тиристоров, где полевые транзисторы не выдерживают конкуренции с ними. Для тиристоров практически нет ограничений в предельно допустимой коммутируемой мощности — это их преимущество.

Тиристоры управляют мегаваттами мощности на больших электростанциях, в промышленных сварочных аппаратах они коммутируют токи в сотни ампер, а также традиционно управляют мегаваттными индукционными печами на сталелитейных заводах. Здесь полевые транзисторы никак не применимы. В импульсных же преобразователях средней мощности полевые транзисторы выигрывают.

Долгое выключение тиристора, как говорилось выше, объясняется тем, что будучи включенным, он требует для выключения снятия коллекторного напряжения, и подобно биполярному транзистору, у тиристора уходит конечное время на рекомбинацию или удаление неосновных носителей.

Проблемы, которые вызывают тиристоры в связи с этой своей особенностью, связаны прежде всего с невозможностью переключения с высокими скоростями, как это могут делать полевые транзисторы. А еще перед подачей на тиристор коллекторного напряжения, тиристор должен обязательно быть закрытым, иначе неизбежны коммутационные потери мощности, полупроводник чрезмерно при этом нагреется.

Иначе говоря, предельное dU/dt ограничивает быстродействие. График зависимости рассеиваемой мощности от тока и времени включения иллюстрирует эту проблему. Высокая температура внутри кристалла тиристора может не только вызвать ложное срабатывание, но и помешать переключению.

В резонансных инверторах на тиристорах проблема запирания решается сама собой, там выброс напряжения обратной полярности приводит к запиранию тиристора, при условии, что воздействие это достаточно длительное.

Так выявляется главное преимущество полевых транзисторов перед тиристорами. Полевые транзисторы способны работать на частотах в сотни килогерц, и управление сегодня не является проблемой.

Тиристоры же будут надежно работать на частотах до 40 килогерц, ближе к 20 килогерцам. Это значит, что если бы в современных инверторах использовались тиристоры, то аппараты на достаточно высокую мощность, скажем, на 5 киловатт, получались бы весьма громоздкими.

В этом смысле полевые транзисторы способствуют тому, что инверторы получаются более компактными за счет меньшего размера и веса сердечников силовых трансформаторов и дросселей.

Чем выше частота, тем меньшего размера требуются трансформаторы и дроссели для преобразования одной и той же мощности, это знает каждый, кто знаком со схемотехникой современных импульсных преобразователей.

Безусловно, в некоторых применениях тиристоры оказываются очень полезными, например , работающие на сетевой частоте 50 Гц, в любом случае выгоднее изготавливать на тиристорах, они получаются дешевле, чем если бы там применялись полевые транзисторы.

А в , например, выгоднее использовать полевые транзисторы, именно в силу простоты управления переключением и высокой скорости этого переключения. Кстати, при переходе с тиристорной схемы на транзисторную, несмотря на большую стоимость последних, из приборов исключаются лишние дорогостоящие компоненты.

Андрей Повный

♦ 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 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 лампочк а 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.

Что такое динистор и тиристор?

♦ Тиристор – полупроводниковый прибор на основе монокристалла полупроводника с многослойной структурой типа p –n –p – n обладает свойствами управляемого электрического вентиля. В качестве полупроводника обычно применяют кремний.

Обычно тиристор имеет три вывода: два из них (катод и анод) контактируют с крайними областями монокристалла, а третий вывод – управляющий. Такой управляемый тиристор называется иногда триодным, или тринистором.

Неуправляемый тиристор, имеющий всего два вывода (анод — катод), называется диодным тиристором или динистором.

Четырехслойная структура тиристора изображена на рис 1.

На рисунке 2 — его транзисторный аналог.

♦ Вольт-амперная характеристика, ВАХ динистора, имеет вид на рисунке 3.

Устойчивое состояние (точка D на ВАХ ) достигается в результате перехода транзисторов тиристора в режим насыщения. Падение напряжения на открытом динисторе — тиристоре составляет около 1,5 – 2,0 вольта.

Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, то крайние электронно-дырочные переходы П1 и П3 оказываются смещенными в прямом направлении, а центральный переход П2 в обратном.

С увеличением анодного напряжения Uа , ток через динистор сначала растет медленно (участок А — В на ВАХ) . Сопротивление перехода П2 , в этом режиме еще велико, это соответствует запертому состоянию динистора.

При некотором значении напряжения (участок В — С на ВАХ) . называемым напряжением переключения Uпер (напряжение лавинного пробоя перехода П2), динистор переходит в проводящее состояние.
В цепи устанавливается ток (участок D – E на ВАХ) , определяемый сопротивлением внешней цепи Rн и величиной приложенного напряжения U (рис 2).
Напряжение пробоя динистора, в зависимости от экземпляра, изменяется в широких пределах и имеет значения порядка десятков и сотен вольт.
На вольт – амперной характеристике, ВАХ (рис 3.) , обозначены участки:
- А – В участок в прямом включении, здесь динистор заперт и приложенное к его выводам напряжение меньше, чем необходимо для возникновения лавинного пробоя;
- В – С участок пробоя коллекторного перехода;
- C — D участок отрицательного сопротивления;
— D — E участок открытого состояния динистора (динистор включен).

Динистор имеет два устойчивых состояния:
— заперт (А – В)
— открыт (D — E)

В участке A – D – E явно просматривается кривая ВАХ диода .

♦ Тиристор имеющий три электрода – анод, катод и управляющий электрод – называется тринистором или просто тиристором.Четырех слойная структура типа p – n – p – n является единой для тиристора – динистора. Просто, у динистора отсутствует дополнительный вывод управляющего электрода.
При подаче тока в цепь управляющего электрода, тиристор переключается в открытое состояние при меньших значениях напряжения переключения Uпер .
Если каким-то образом уменьшать ток, проходящий через динистор — тиристор, то при некотором его значении (точка D на ВАХ ) тиристор закроется. Минимальный ток, при котором тиристор — динистор переходит из открытого в закрытое состояние (при токе управляющего электрода Iу =0 ) называется током удержания Iуд .
Если через управляющий электрод тиристора пропустить отпирающий ток, то тиристор перейдёт в открытое состояние. Включение транзисторного аналога тиристора (рис 2) можно осуществить по двум входам: между электродами (Э1 –Б1) , либо между электродами (Э2 – Б2) .

♦ Вольтамперная характеристика тиристора (Рис 4), похожа на вольтамперную характеристику динистора.

Однако отпирание тиристора обычно происходит при существенно более низкомнапряжении, чем необходимо динистору. К раннему открыванию тиристора приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода от Iy1 до Iy4 , тем при более низкомнапряжении Ua тринистор перейдёт в открытое состояние. Это отражено на вольтамперной характеристике тиристора.

♦ Тиристоры изготавливают на разные мощности: маломощные (ток 50 мА. – 100 мА) , средней мощности (ток до 20 ампер ) и большой мощности (токи 20 – 10000 ампер) и величины напряжения от нескольких вольт до 10 тысяч вольт .

♦ По назначению и принципу действия тиристоры делятся на: запираемые, быстродействующие, импульсные, симметричные и фототиристоры. Тиристор и динистор пропускают ток только в одном направлении – от анода к катоду.

♦ В настоящее время появились двунаправленные динисторы (пропускают ток в обоих направлениях) и двунаправленные тиристоры (симисторы).

Симистор имеет в своем составе как бы два тиристора, включенных встречно, с управлением от одного управляющего электрода. ВАХ (вольт — амперная характеристика) симистора представлена на рис 5.
Она имеет две одинаковые ветви. При положительном полупериоде сетевого напряжения действует правая ветвь, при отрицательном полупериоде – левая.
На управляющий электрод, относительно катода, также подается соответственно то положительное, то отрицательное управляющее напряжение. В схемах управления, симистор может заменить два тиристора.

♦ Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений.
Наличие двух устойчивых состояний (включен — выключен), а также низкая мощность рассеяния тиристора, обусловили широкое использование их в различных устройствах.
Тиристоры применяются в регулируемых источниках питания, генераторах мощных импульсов, в линиях передачи энергии постоянного тока, в системах автоматического управления и т.д.

Внешний вид тиристора и его обозначение на схемах:

Что такое динистор и тиристор, выды тиристоров и их вольт — амперные характеристики, работа динисторов и тиристоров в цепях постоянного и переменного тока, транзисторные аналоги динистора и тиристора.

А так же: способы управления электрической мощностью переменного тока, фазовый и импульсно-фазовый методы.

Каждый теоретический материал подтверждается практическими примерами.
Приводятся действующие схемы: релаксационного генератора и фиксированной кнопки, реализованных на динисторе и его транзисторном аналоге; схема защиты от короткого замыкания в стабилизаторе напряжения и многое другое.

Особенно интересна для автолюбителей схема зарядного устройства для аккумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Приводятся эпюры формы напряжения в рабочих точках действующих устройств управления переменным напряжением при фазовом и импульсно-фазовом методах.

Чтобы получить эти бесплатные уроки подпишитесь на рассылку, заполните форму подписки и нажмите кнопку «Подписаться».