Курсовая работа. Задание 1 - Тиристоры

Название происходит от греч. «тира» (thyra) – дверь. Подобно двери тиристор открывается, пропуская эл. ток, и закрывается, преграждая путь току.

Тиристор представляет собой ПП прибор с двумя устойчивыми состояниями, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

С точки зрения применения тиристор – это ПП ключ (замыкает и размыкает цепь нагрузки в определенный момент), т.е. бесконтактное переключающее устройство, управляемое напряжением

"Ти­ристор" – это класс приборов. Различают диодные (неуправляемые) и триодные (управляемые) тиристоры. Диодный тиристор называют динистором, триодный тиристор называют тринистором и есть еще симистор (симмет­ричный тринистор).

Тиристоры в зависимости от свойств делят на:

Динисторы – (неуправляемый переключающий диод) – УГО

Тринисторы – управляемый переключающий диод:

- с управлением по аноду – УГО

- с управленим по катоду – УГО

Симисторы (триаки). Назначение – переключение цепей переменного тока

- неуправляемый симистор – УГО

- управление по аноду – УГО

- управление по катоду – УГО

Каждый полупроводниковый прибор из класса тиристоров представляет собой "пирог" из нескольких слоев, образующих полупроводниковую структуру из чередующихся р-n переходов.

1 Динистор

У динистора три р-n перехода, но выводы сделаны лишь от крайних областей (р и п).

Крайняя р-область называется Анодом, крайняя п-область – Катодом.

По­верхность кристалла-"пирога" с электропроводностью п-типа обычно припаяна ко дну корпу­са – это катод динистора, а вы­вод от противоположной поверх­ности кристалла выполнен через стеклянный изолятор – это анод.

Внешне динистор (серия КН102 с буквен­ными индексами А-И и его аналог с обозначением 2Н102) ничем не отличается от выпрямительных диодов серии Д226 (рис. 1). 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 U_BКЛ. 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, в цепи которой включен динистор, но он не дол­жен превышать максимально допусти­мого I_ОТКР.MAX . Для всех динисторов серии КН102 этот ток ра­вен 200 мА.

Напряжение, при котором ди­нистор открывается, называют напряжением включения (U_BKЛ), а соответствующий этому значе­нию ток – током включения (I_ВКЛ).

Для каждого динистора напряже­ние включения свое, например, для КН102А – 20 В, а для КН102И – 150 В. Ток же включения у всех динисторов этой серии составля­ет 5 мА.

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

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

Рекомендуемая литература:

1. Жеребцов И.П. Основы электроники; с.123 – 128

2. Гусев В.Г. Электроника

Контрольные вопросы:

1. Какие полупроводниковые приборы называются тиристорами? Динисторами? Симисторами? Приведите УГО каждого компонента

2. Изобразите структуру динистора

3. Как на схемах обозначается динистор?

4. Какой потенциал подается на выводы динистора при прямом включении?

5. Какое назначение резистора R1 на рис.1?

6. Приведите ВАХ динистора.

7. Какие основные технические параметры динисторов?

8. Согласно индивидуальному варианту задания приведите основные технические параметры тиристоров.

Задание 1 – Генератор световых вспышек

Разобраться с принципом работы устройства. Провести моделирование в среде MultiSim. В качестве элементов схемы выбрать динистор по варианту индивидуального задания. Тип и номинал остальных элементов схемы выбираются в соответствии с техническими параметрами динистора.

Генератор световых вспышек, схема которого приведена на рис. 3, позволяет получить световые вспышки лампы накали­вания. Когда вилка Х1 генератора будет вставлена в сетевую розет­ку, начнет заряжаться конденсатор С1 (только в положительные полу­периоды). (Почему?). 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. (Поясните расчетом).

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. (Поясните расчетом).

Вернувшись к первоначальной схеме генератора, установите до­полнительный конденсатор С2 (он может быть бумажный или оксид­ный) емкостью в несколько микро­фарад на напряжение не менее 400В. Вспышки исчезнут. Разгадка проста. Когда этого конденсатора не было, на резистор поступали полупериоды сетевого напряже­ния, то есть 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. (Почему?) 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.

Генератор можно за­ставить работать (убедитесь в этом!), если увеличить сопротивление резистора, но тог­да 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. (Почему?)

Динистор в этом устройстве мо­жет быть, кроме указанного на схе­ме, КН102Б. Конденсатор С1 – ок­сидный любого типа на номиналь­ное напряжение не ниже 50 В, диод – на ток не менее 50 мА и об­ратное напряжение не ниже 400 В, резистор – мощностью не менее 2Вт, лампа – на рабочее напряже­ние 2,5 В и ток 0,26 А. (Объясните выбор параметров!)

Задание 2 – Генератор звуковой частоты

Разобраться с принципом работы устройства. Провести моделирование. В качестве элементов схемы выбрать динистор по варианту индивидуального задания. Тип и номинал остальных элементов схемы выбираются в соответствии с техническими параметрами динистора.

Схема генератора звуковой частоты (рис. 4) 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. (Объясните!) 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. (Объясните!) 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 400 В.

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.

Существуют микросхемы, име­ющие характеристики, близкие к динисторным, и в ряде случаев они могут их заменить, например микросхемы КР1125КП3А (В) (зарубежный аналог – ИК100/03).

Внимание!Техника 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.