Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ»

ФАКУЛЬТЕТ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕФЕРАТ

на тему «Классификация тиристоров. Принцип работы различных типов тиристоров»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Специальность "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" (230105)

Санкт-Петербург, 2010

1. Определение и классификация тиристоров

тиристор полупроводниковый напряжение

На сегодняшний день существует большое количество силовых приборов, используемых в радиоэлектронике и обладающих высокими эксплуатационными характеристиками и мощностью.

Тиристор -- полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, предназначенный для управления током, имеющий три или более p-n переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры имеют широкий диапазон применений (регуляторы мощности, управляемые выпрямители, генераторы импульсов и др.), выпускаются с рабочими токами от долей ампера до тысяч ампер и с напряжениями включения от единиц до тысяч вольт.

Тиристор имеет три вывода: анод, катод и вывод управления. Выводы представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1. Обозначение на схемах

В зависимости от способа управления и формы ВАХ (вольтамперная характеристика) тиристоры подразделяются на:

· диодные тиристоры (динисторы) - имеют два вывода и переключаются в открытое состояние импульсами напряжения заданной амплитуды;

· триодные тиристоры (тиристоры) - не проводящие в обратном направлении, выключаются импульсами тока управления, а выключаются либо подачей обратного напряжения, либо прерыванием тока в открытом состоянии. Тиристоры в зависимости от коммутационных параметров подразделяют на низкочастотные (tвыкл более 50мкс, (dioc/dt)кр не более 100А/мкс), высокочастотные (tвыкл не более 63 мкс, (dioc/dt)кр не более 100А/мкс), быстродействующие (tвыкл не более 63мкс, (dioc/dt)кр от 100до 800…1250 А/мкс), импульсные (специальные тиристоры для импульсных режимов работы);

· запираемые тиристоры - выключаются с помощью импульсов тока управления (отличаются малыми значениями времени выключения при равной энергетики с триодными тиристорами);

· комбинированно-выключаемые тиристоры - выключаются с помощью импульса тока управления при одновременном воздействии обратного напряжения. У этих тиристоров время выключения несколько превышает время выключения запираемых;

· тиристоры-диоды - являются эквивалентом встречно-паралельного соединения тиристора и диода;

· симметричные тиристоры (симисторы) - являются эквивалентом встречно-паралельного соединения двух тиристоров и способны пропускать ток в открытом состоянии двух тиристоров и способны пропускать ток в открытом состоянии, как в прямом, так и в обратном направлениях. Включается симистор однополярными и разнополярными импульсами тока управления;

· лавинные тиристоры - имеют лавинную вольтамперную характеристику и обладают повышенной устойчивостью к перенапряжениям;

· оптронные тиристоры (оптотиристоры) - управляются с помощью светового сигнала от светодиода, расположенного внутри корпуса прибора. Оптотиристоры обладают повышенной помехоустойчивостью, так как их цепь управление гальванически развязана с сильноточной анодной цепью.

2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на Рисунке 2. Она имеет несколько участков:

Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора -- прямое запирание.

В точке 1 происходит включение тиристора.

Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).

В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток Ih.

Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.

Участок между 4 и 5 -- режим обратного пробоя.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0--3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Рисунок 2. ВАХ тиристора

3. Принцип работы

Если просто присоединить положительное напряжение к аноду, относительно катода, то тиристор не будет проводить ток, в отличие от диода. Для того чтобы тиристор проводил ток, необходимо к выводу управления подключить положительный импульсный сигнал. Даже после подключения сигнала от вывода управления, тиристор будет по-прежнему проводить ток. Повторная подача сигнала на вывод управления ситуацию не изменит. Для выключения тиристора необходимо снять напряжение с анода. Это является недостатком по сравнению с транзисторами, но этот недостаток компенсируется сверхмалыми токами управления, на порядок меньше, чем ток базы транзистора и малой рассеиваемой мощностью. Тиристор включен последовательно с лампочкой, т.е. при выключении выключателя, лампочка не горит, хотя к аноду приложено положительное напряжение. Для того чтобы тиристор начал проводить электрический ток, нужно на управляющий вывод подать напряжение управления. Для этого нужно коснуться пальцем до сенсорной панели. Прикасание к сенсорной панели по выводу тиристора потечет ток меньше 1 мА, а при этом включается лампочка, потребляющая ток больше 200 мА. Для выключения лампы необходимо разомкнуть выключатель. На Рисунке 3 представлена модель полупроводниковой структуры тиристора:

Рисунок 3. Модель полупроводниковой структуры тиристора

В отличие от транзистора, тиристор может работать только в ключевом режиме. Тиристор снабжен двумя силовыми контактами, которые пропускают рабочий ток и имеющие управляющий электрод. Тиристоры могут быть в двух позициях: закрытой и открытой. Эти две позиции имеют существенное различное сопротивление между силовыми электродами. Если тиристор находится в закрытой позиции сопротивление большое и ток через него не идет. Тиристор открывается если между силовыми электродами достигнуто напряжение открывания или при наличии тока на управляющем электроде. Если тиристор открыт, то сопротивление резко падает и проводится ток. При отключении тока тиристор закрывается.

4. Применение тиристоров

4.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

Устройство, схема которого приведена на рисунке 4, можно использовать для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В. Напряжение на нагрузке можно менять от нуля до номинального напряжения сети.

Рис. 4. Принципиальная схема регулятора напряжения

Тиристор VS1, включенный в диагональ моста, составленного из диодов VD1--VD4 играет роль управляемого ключа, который открывается при разряде конденсатора С1 через ограничительный резистор R2 и управляющий переход тиристора при включении переключающего диода VD 6. Напряжение, при котором тиристор включается, можно регулировать потенциометром R1. Вместо переключающего диода VD6 можно использовать стабилитрон, но в этом случае уменьшается диапазон регулировки напряжения на нагрузке.

4.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

На рисунках 5 и 6 изображены варианты выпрямителей на тиристорах, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 в (рис. 5) и от 0,5 до 15 в (рис. 6).

В течение одного полупериода к аноду тиристора приложено положительное относительно катода напряжение.

Рис. 5. Принципиальная схема выпрямителя №1

Пока на управляющий электрод не подан положительный сигнал определенной амплитуды со схемы запуска, тиристор не пропускает ток в прямом направлении. Через некоторый произвольный угол задержки б между напряжениями на управляющем электроде и катоде прикладывается положительный запускающий сигнал, вызывающий протекание тока через тиристор и соответственно через нагрузку. При перемене полярности напряжения на аноде тиристора последний закрывается независимо от величины управляющего напряжения, при этом аналогично рассмотренному ранее начинает работать другое плечо схемы. Регулируя угол задержки включения а по отношению к приложенному напряжению, можно изменять соотношение фаз начала протекания тока и приложенного напряжения и регулировать величину среднего значения выпрямленного тока (напряжения) нагрузки от максимума (б = 0) до нуля (б = р). Угол задержки включения тиристоров Д1 и Д4 изменяется потенциометром R1. Диоды Д3 защищают цени управления (запуска) от отрицательного напряжения в то время, когда напряжение на анодах тиристоров отрицательное. Для получения широких пределов регулировки б (0 -- р) применены RC - цепи.

В выпрямителе (рис.6) тиристор и схема запуска работают как в положительный, так и в отрицательный полупериоды, время разряда конденсаторов сокращается, что приводит к уменьшению диапазона изменения угла а и, соответственно, к уменьшению пределов регулирования напряжения на нагрузке. Для устранения этого явления включен диод Д3.

Рис. 6. Принципиальная схема выпрямителя №2

Тиристоры для выпрямителя (рис. 5) желательно выбирать с близким значением сопротивления участка управляющий электрод -- катод. Если не удается подобрать одинаковые тиристоры, то схему можно симметрировать с помощью дополнительного сопротивления. Для этого включают эквивалент нагрузки и изменением величины сопротивления потенциометра R1 устанавливают максимальный ток. Поочередно отключая цепи управления тиристоров, измеряют ток каждого плеча выпрямителя. Переменное сопротивление величиной 10 кОм. Подключается параллельно управляющему электроду к катоду того тиристора, через который течет больший ток. Изменяя величину этого сопротивления, добиваются одинаковых показаний тока.

Учитывая разброс параметров тиристоров, необходимо скорректировать сопротивления резисторов R1 и R2. Вначале R1 берется несколько больше рассчитанного, а R2 определяется как остаточное сопротивление потенциометра R1 при условии, что его изменение не приводит к увеличению тока нагрузки. Максимальная величина R1 ограничивается сопротивлением, при котором ток нагрузки равен нулю. Конструктивно тиристоры необходимо размещать на радиаторах с площадью 50 кв. см (рис. 5), 250 кв. см - (рис. 6). Во всех вариантах использован трансформатор, собранный на обычном сердечнике УШ35х55. Для намотки взят провод марки ПЭВ. Первичная обмотка содержит 550 витков, диаметр провода 0,55мм. Данные вторичных обмоток: для варианта на рис.5 - число витков 2х60 проводом ПЭЛ диаметром 1,35мм; для варианта на рис.6 - число витков 2х64 проводом ПЭЛ диаметром 1,35мм.

Список использованных источников

1. Сайт Radioland: http://www.en-radioland.net/contentid-375-page4.html

2. Сайт фирмы «Электро - Бум»: http://www.electro-boom.kh.ua/pro/volt/tiristor.htm

3. Сайт Новости электроники: http://www.compeljournal.ru/enews/2008/12/6.

Размещено на Allbest.ru