Наряду с приборами, предназначенными для линейного усиления сигналов, в электронике, в вычислительной технике и особенно в автоматике широкое применение находят приборы с падающим участком вольт-амперной характеристики. Эти приборы чаще всего выполняют функции электронного ключа и имеют два состояния: закрытое, характеризующееся высоким сопротивлением; и открытое, характеризующееся минимальным сопротивлением.

Рассмотрим работу диода, состоящего из четырех чередующихся -слоев (Рис. 1.26).

Если в устройстве нет возможности установить требуемый динис- тор, можно пойти по другому пути и собрать схему, приведенную на Рис. 1.28.

Электронные устройства с динисторами (многие из этих устройств являются источниками питания и преобразователями напряжения) имеют такие преимущества; как малая рассеиваемая мощность и высокая стабильность выходного напряжения. Одним из недостатков является ограниченный выбор выходных напряжений, обусловленный напряжением включения (открывания) динисторов. Устранение этого недостатка - задача разработчиков и производителей современной элементной базы динисторов.

Снабдим одну из баз динистора, например щ, внешним выводом и используем этот третий электрод для задания дополнительного тока через переход р\-щ. Для реальных четырехслойных структур характерна различная толщина баз. В качестве управляющей используется база, у которой коэффициент передачи оц близок к единице. В этом случае прибор будет обладать свойствами тиратрона. Для такого прибора, или тиристора, используется та же терминология, что и для обычного транзистора: выходной ток называется коллекторным, а управляющий - базовым. Эмиттером считается слой, примыкающий к базе, хотя с физической точки зрения эмиттером является и второй внешний слой, в данном случае - п 2 .

При увеличении управляющего тока Iq напряжение прямого переключения уменьшается, отчасти возрастает ток прямого переключения и уменьшается ток обратного переключения. В результате отдельные кривые с ростом тока 1(, как бы «вписываются» друг в друга вплоть до полного исчезновения отрицательного участка (такую кривую называют спрямленной характеристикой).

Мощные используются в качестве контакторов, коммутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением.

Время переключения у тиристоров значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов (с токами в десятки ампер и больше) время прямого переключения составляет около 1 мкс, а время обратного переключения не превышает 10…20 мкс. Наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место задержки фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса. Наряду с мощными тиристорами разрабатываются и маломощные варианты. В таких приборах время прямого переключения составляет десятки, а время обратного переключения - сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечивается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в толстой базе. Маломощные быстродействующие используются в различных спусковых и релаксационных схемах.

Динисторы – это разновидность полупроводниковых приборов, точнее – неуправляемых тиристоров. В своей структуре он содержит три p — n перехода и имеет четырёхслойную структуру.

Его можно сравнить с механическим ключом, то есть, прибор может переключаться между двумя состояниями – открытое и закрытое. В первом случае электрическое сопротивление стремится к очень низким величинам, во втором же, наоборот – может достигать десятков и сотен Мом. Переход между состояниями происходит скачкообразно.

Вконтакте

Динистор DB 3

Данный элемент не получил широкого распространения в радиоэлектронике, но всё равно часто применяется в схемах устройств с автоматическим переключением, преобразователях сигналов и генераторов релаксационных колебаний.

Как работает прибор?

Для пояснения принципа работы динистора db 3 обозначим имеющиеся в нём p — n переходы как П1, П2 и П3 следуя по схеме от анода к катоду.

В случае прямого включения прибора к источнику питания, прямое смещение приходится на переходы П1 и П3, а П2, в свою очередь, начинает работать в обратном направлении. При таком режиме, db 3 считается закрытым. Падение напряжения происходит на П2 переход.

Ток в закрытом состоянии определяется током утечки, который имеет очень маленькие значения (сотые доли МкА). Медленное и плавное увеличение подаваемого напряжения, вплоть до максимального напряжения закрытого состояния (напряжения пробоя), не будет способствовать значительному изменению тока. Но при достижении этого напряжения, ток увеличивается скачком, а напряжение, наоборот – падает.

В таком режиме работы, прибор на схеме приобретает минимальные значения сопротивления (от сотых долей ом до единиц) и начинает считаться открытым. Для того чтобы закрыть прибор, то на нём нужно уменьшить напряжение. В схеме с обратным подключением, переходы П1 и П3 закрыты, П2 открыт.

Динистор db 3. Описание, характеристики и аналоги

Динистор db 3 – одна из популярнейших разновидностей неуправляемых тиристоров. Применяется чаще всего в преобразователях напряжения люминесцентных лам и трансформаторов. Принцип работы данного прибора такой же, как и у всех неуправляемых тиристоров, отличия лишь в параметрах.

Характеристики прибора:

• Напряжение открытого динистора – 5В
• Максимальный ток открытого динистора – 0.3А
• Импульсный ток в открытом состоянии – 2А
• Максимальное напряжение закрытого прибора – 32В
• Ток в закрытом приборе – 10А

Динистор db 3 может работать при температурах от -40 до 70 градусов Цельси я.

Проверка db 3

Выход из строя такого прибора– редкое событие, но, тем не менее оно всё-таки может случиться. Поэтому проверка динистора db 3 – важный вопрос для радиолюбителей и ремонтников радиоаппаратуры.

К сожалению, из-за технических особенностей данного элемента, проверить его обычным мультиметром не получится . Единственное действие, которое можно реализовать с помощью тестера – это прозвонка. Но подобная проверка не даст нам точных ответов на вопросы о работоспособности элемента.

Однако это совсем не означает, что проверить прибор невозможно или просто тяжело. Для действительно информативной проверки о состоянии этого элемента, нам необходимо собрать простенькую схему, состоящую из резистора, светодиода и самого динистора. Подключаем элементы последовательно в следующем порядке – анод динистора к блоку питания, катод к резистору, резистор к аноду светодиода. В качестве источника питания необходимо использовать регулируемый блок с возможностью поднятия напряжения до 40 вольт.

Процесс проверки по данной схеме заключается в постепенном увеличении напряжения на источнике с целью загорания светодиода . В случае рабочего элемента, светодиод загорится при напряжении пробоя и открытии динистора. Проведя операцию в обратном порядке, то есть уменьшая напряжение, мы должны увидеть, как светодиод погаснет.

Помимо данной схемы, существует способ проверки с помощью осциллографа .

Схема проверки будет состоять из резистора, конденсатора и динистора, включение которого будет параллельным конденсатору. Подключаем питание 70 вольт. Резистор – 100кОм. Схема работает следующим образом – конденсатор заряжается до напряжения пробоя и резко разряжается через db3. После процесс повторяется. На экране осциллографа мы обнаружим релаксационные колебания в виде линий.

Аналоги db 3

Несмотря на редкость выхода прибора из строя, иногда это происходит и необходимо искать замену. В качестве аналогов, на которые можно заменить наш прибор, предлагаются следующие виды динисторов :

• HT-32
• Отечественный КН102А

Как мы видим, аналогов прибора очень мало, но его можно заменить некоторыми полевыми транзисторами, по особым схемам включения, например, STB120NF10T4.

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.

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.

Рис. 1

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.

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.

Рис. 2

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 .

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).

Рис. 3

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.

Рис. 4

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.

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.

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.

Рис. 11.5 Разрез (а), структурная (б) и принципиальная (в) схемы замещения тиристора двумя транзисторами

Для объяснения теории работы тиристора широко используют схему замещения двумя транзисторами VT1 и VT2 (рис.11.5). В этой схеме тиристор мысленно разрезается и раздвигается по переходу j 2 на два транзистора VT1–p 1 –n 1 –p 2 , VT2–n 1 –p 2 –n 2 , соединенных между собой по схеме с ОЭ. При этом для объяснения работы данной схемы можно выделить две цепи: первая цепь – замыкающаяся через Э1-Б1-К2-Э2, вторая цепь – Э1-К1-Б2-Э2.

Рассмотрим основные соотношения между токами транзисторов в схеме замещения.

11.7.1 Принцип работы тиристора по схеме замещения при IG=0

Рассмотрим работу схемы замещения при токе управления IG=0.

Из схемы (рис. 11.5, в) видно:

Ток IК1 в VT1 I K1=IЭ1∙α1+IKO1 (11.1)

Ток IК1 одновременно является IБ2 , т.е. IБ2=IК1 (11.2)
Ток IК2VT2 равен IK2=IЭ2∙α2+IKO2 (11.3)
Ток IК2 одновременно является IБ1 , т.е. IБ1=IK2 (11.4)
где IЭ1, IБ1, IК1 – токи эмиттера, базы и коллектора VT1;

IЭ2, IБ2, IК2 – токи эмиттера, базы и коллектора VT2;

α1, α2 – коэффициенты передачи тока VT1 и VT2;

IKO1, IKO2 – обратный коллекторный ток VT1 и VT2.

Обозначим через ID общий ток утечки p–n перехода j2 , тогда

ID=IKO1+IKO2 . (11.5)
Из схемы замещения можно записать, что ток анода IA и катода IK равны:

IA = IK=IЭ1=IЭ2= IK1+ IK2 ; (11.6)

Подставим значение IK1 и IK2 из (11.1) и (11.3) получим:

IA = IA∙α1+ IA∙α2+ID ; (11.7)

Решим уравнение (11.7) относительно IA найдем

IA=ID /(1–(α1+α2)). (11.8)

Формула (11.8) является основным уравнением для объяснения физических процессов в тиристоре. Используя ее, рассмотрим особенности работы тиристора на участке ОА, когда тиристор закрыт, на АВ – процесс открытия, ВС – включенное состояние.

В транзисторах при малых значениях токов IЭ и IK коэффициенты α1 и α2 малы и (α1+ α2 ) < 1, т.е транзисторы VT1 и VT2 закрыты (тиристор закрыт) – участок ОА ВАХ (рис. 11.3).

С ростом тока IA , а следовательно IЭ1 , IK1 , IЭ2 и IK2

(α1+ α2 ) ≥ 1. (11.9)

Это объясняется тем, что через переход j 2 протекает незначительный ток утечки I D (мА или мкА), поэтому ток I K 1 =I Э1 α 1 будет очень мал. Следовательно, ток I Б2 =I К1 также мал и VT2 практически закрыт, поэтому ток по цепи 1 будет очень мал. Так как VT2 закрыт, то ток по цепи 2 будет мал, следовательно, VT1 будет практически закрыт, т.е. VT1 и VT2 удерживают друг друга в закрытом состоянии.

(11.10)

С увеличением тока I A на участке АВ (α1+ α2 ) увеличится, и в точке В (α1+ α2 )=1, поэтому из (11.8) следует, что ток IA резко возрастает, тиристор открывается

Напряжение между А и К уменьшается до падения напряжения на открытых переходах j1 , j2 , j3 (участок ВС ВАХ). При дальнейшем увеличении напряжения UF ВАХ тиристора аналогична ВАХ диода – участок CD.

11.7.2 Принцип работы тиристора при IG>0 (по схеме замещения)

Рассмотрим работу тиристора по схеме замещения при включении тока управления IG . В этом режиме под действием напряжения управления UG электроны из области n2 дополнительно инжектируются в область p2 , поэтому ток через j2 возрастает.

Для этого режима можно записать следующее уравнение:

IА=IК=IАa1+IАa2+IGa2+ID . (11.11)

Откуда, решив (11.11) относительно IA

IА=(ID+IGa2)/ (11.12)

Из (11.11) видно, что за счет тока IG нарастание тока IА происходит быстрее и a1+a2 приближается к 1 при меньших напряжениях UF . При токе IG2>IG1 напряжение переключения U(ВО)2 тиристора в открытое состояние происходит при меньшем значении U(ВО)1 .

Если IG=IGT , называемым отпирающим током управления, то ВАХ тиристора будет повторять ВАХ диода (рис. 11.3).

11.8 Конструктивное выполнение штыревого тиристора

Как и силовые диоды, тиристоры выполняются двух модификаций: штыревые и таблеточные. Отличительной особенностью от диодов служит изолированный вывод управляющего электрода (УЭ).

Недостаток конструкции: выпрямительный элемент жестко припаян к конструкции. У таблеточных тиристоров он как бы “плавает” (это хорошо).

Серийно выпускаемые динисторы по электрическим параметрам не всегда отвечают творческим интересам радио­любителей-конструкторов Нет, например, динисторов с напряжением вклю­чения 5...10 и 200...400 В. Все дииисторы имеют значительный разброс значения этого классификационного параметра, который к тому же зависит еще от тем­пературы окружающей среды Кроме то­го. они рассчитаны на сравнительно малый коммутируемый ток (менее 0.2 А), а значит, небольшую комму­тируемую мощность. Исключено плав­ное регулирование напряжения включения, что ограничивает область при­менения динисторов. Все это заставляет радиолюбителей прибегать к созданию аналогов динисторов с желаемыми па­раметрами.

Поиском такого аналога дииистора длительное время занимался и я. Исходным был вариант аналога, состав­ленный из стабилитрона Д814Д и тринистора КУ202Н (рис i).

Пока напряжение на аналоге меньше напряжения стабилизации стабилитрона, аналог закрыт и ток через него не течет. При достижении напряжения стабилизации стабилитрона он открывается сам, от крывает триннстор и аналог в целом. В результате в цепи, в которую аналог включен, появляется ток. Значение это­го тока определяется свойствами тринистора н сопротивлением н aг рузки. Ис­пользуя тринисторы серии КУ202 с буквенными индексами Б, В, Н и один и тот же стабилитрон Д814Д, произведено 32 измерения тока и напряжения вклю­чения аналога дииистора. Анализ показывает. что среднее значение тока включения аналога равно примерно 7 мА. а напряжения включения - 14,5±1 В. Разброс напряжении вклю­чения объясняется неодинаковостью со­противления управляющих р-н перехо­дов используемых трннисторов.

Напряжение включения uвкл , такого аналога можно рассчитать по упрощенной формуле: uвкл =uст+ u yэ где uст - напряжение стабилизации стабилитрона, uуэ - падение наприжения на управляющем переходе тринистора.

При изменении температуры трини­стора падение напряжения на его управляющем переходе тоже изменя­ется, но незначительно. Это приводит к некоторому изменению напряжения включения аналога. Например, для три­нистора КУ202Н при изменении темпе­ратуры его корпуса от 0 до 50 °С на­пряжение включения изменялось в пре­делах 0.3...0,4 % по отношению к значе­нию этого параметра при темперагуре 25 С.

Семейство вольт - амперных характеристик такого варианта аналога показано на рис. 3, их пусковой участок - на рис 4. а зависимость напряжения включения от сопротивления резистора - на рис 5. Как показал анализ напряжение вклю­чения такого аналога прямо пропор­ционально сопротивлению резистора. Это напряжение можно рассчитать по формуле uвкл.р = uст+uуэ+iвкл.уэ*r1 где uв кл р - напряжение включения ре -гулируемого аналога, iвкл у э - ток включения регулируемого аналога ди­иистора по управляющему электроду.

Такой аналог свободен практически от всех недостатков динисторов, кро­ме температурной нестабильности Как известно, при повышении температуры тринистора его ток включения умень­шается. В регулируемом аналоге это приводит к уменьшению напряжения включения и тем значительнее, чем больше сопротивление резистора. По­этому стремиться к большому повышению напряжения включения перемен­ным резистором не cneдуeт, чтобы не ухудшать температурную стабильность работы аналога.

Как показали эксперименты, эта не­стабильность небольшая. Так, для ана­лога с тринистором КУ202Н при изме­нении температуры его корпуса в пределах 10...30 °С напряжение включения изменялось, с резистором i кОм - на ±1.8 %. при 2 кОм - на ±2,6 %, при 3 кОм - на ±3 %, при 4 кОм - на ±3,8 % . Увеличение сопротивления на i кОм приводило к повышению напря­жения порога включения регулируемого аналога в среднем на 20% по сравнению с напряжением включения исход­ного аналога динистора. Следовательно, средняя точность напряжения вклю­чения регулируемого аналога луч­ше 5 %.

Температурная нестабильность ана­лога с триннстором КУ101Г меньше, что объясняется относительно малым током включения (0,8...1,5 мА). Напри­мер. при таком же изменении температуры и резисторе сопротивлением 10, 20, 30 и 40 кОм температурная нестабильность была соответственно +-0.6 %, +-07.%, +-0.8%,+-1%. Уве­личение сопротивления резистора на каждые 10 кОм повышало уровень напряжения включения аналога на 24 % по сравнению с напряжением аналога без резистора. Таким образом, аналог с тринистором КУ101Г обладает высо­кой точностью напряжения включе­ния - его температурная нестабиль­ность менее i %, а с тринистором КУ202Н - несколько худшей точностью напряжения включений (в этом случае сопротивление резистора ri должно быть 4,7 кОм).

При обеспечении теплового контакта между тринистором и стабилитроном температурная нестабильность аналога может быть еще меньшей, поскольку у стабилитронов с напряжением стабили­зации больше 8 В температурный коэф­фициент напряжения стабилизации по­ложителен, а температурный коэффи­циент напряжения открывания тринисторов отрицателен.

Повысить термосгабильность регу­лируемого аналога дииистора с мощным тринистором можно включением переменного резистора в анодную цепь маломощного тринистора (рис. б).

Ре­зистор r 1 ограничивает ток управляю­щего электрода тринистора vsi и повышает напряжение включения его на 12%. А переменный резистор r 2 по­зволяет регулировать напряжение включения трниистора vs 2.

Улучшение температурной стабиль­ности такого варианта аналога обьясняется тем, что с увеличением сопро­тивления резистора r 2 уменьшается ток включения аналога но управляю­щему электроду и увеличивается ток включения ею по аноду. А так как с изменением температуры в этом случае ток управляющего электрода уменьша­ется меньше и что суммарный ток вклю­ чения аналога увеличивается, то для эквивалентного повышения напряжения включения аналога нужно меньшее соп­ротивление резистора r 2 - это и созда­ет благоприятные условия для повы­шения температурной стабильности аналога.

Чтобы реализовать термостабиль­ность такого аналога, ток открывания тринистора vs 2 должен быть 2...3 мА - больше тока открывания тринистора vs1 , чтобы его температурные измене­ния не влияли на работу аналога. Эксперимент показал, что напряжение включения термостабильного аналога при изменении температуры его элемен­тов от 20 до 70 °С практически не из­менилось.

Недостаток такого варианта аналога динистора - сравнительно узкие пре­делы регулировки напряжения включе­ния переменным резистором r 2. Они тем уже, чем больше ток включения тринистора vs 2. Поэтому, чтобы не ухуд­шать термостабильность аналога, надо использовать в нем тринисторы с воз­можно меньшим током включения. Диа­пазон регулировки напряжения включе­ния аналога можно расширить путем применения стабилитронов с различным напряжением стабилизации.

Регулируемые аналоги динистора найдут применение в автоматике и теле­механике, релаксационных генераторах, электронных регуляторах, пороговых и многих других радиотехнических устрой­ствах

Раздел: [Регуляторы мощности]
Сохрани статью в: