Занимательные эксперименты: семейство тиристоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

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.

Автор: Б.Иванов

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Скотч без клея 06.09.2003 В Манчестерском университете (Англия) создана клейкая лента без клея. Правда, пока получен лишь маленький кусочек площадью один квадратный сантиметр. Разработчики воспользовались недавно раскрытым секретом геккона. Эта небольшая ящерка шустро бегает по вертикальным поверхностям, включая стекло. Недавно обнаружилось, что лапки геккона покрыты тончайшими волосками, которые, контактируя с любой поверхностью, притягиваются к ней просто за счет межмолекулярных сил. Каждый волосок обеспечивает лишь очень слабое притяжение, но таких волосков многие миллиарды. Сдвигая подошву, чтобы волоски образовали острый угол с поверхностью, геккон отцепляет лапку от поверхности. Методами нанотехнологии исследователи смогли нанести на гибкую полимерную пленку волоски длиной по 2 микрона и толщиной по 0,2 микрона, точно как у природного образца. На квадратном сантиметре их около ста миллионов. Подсчитано, что если сделать перчатку с таким покрытием, человек сможет на одной руке, одетой в такую перчатку, висеть на потолке или стене. Но массовый выпуск подобной пленки пока не планируется: процесс слишком сложен. И непонятно, насколько долго прослужат микроволоски, - у геккона они отрастают по мере стирания.

Другие интересные новости:

▪ Ученые считают, что глобальное потепление стало необратимым

▪ Реактивный двигатель гасит пожары

▪ Алмазный инструмент в каменном веке

▪ Батарея на атмосферном азоте

▪ Яблоки не потемнеют

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Не в своей тарелке. Крылатое выражение

▪ статья Какую цель ставил Магеллан перед кругосветным плаванием? Подробный ответ

▪ статья Электромонтажник по вторичным цепям. Должностная инструкция

▪ статья Первичные часы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Четыре карты меняются. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024