Тринистор

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 управля-ющий электрод никуда не подключен. В этом варианте тринистор сохра­няет функции динистора и включа­ется при достижении напряжения на аноде U_ВКЛ (рис. 6).

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

Наименьшее напряжение вклю­чения будет соответстввать опре­деленному максимальному току I_У.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 I_УД, 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 (часто используются тринисторы 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 (U_ПР) в закрытом состоянии, а также постоянное об­ратное напряжение (U_ОБР) – оно оговаривается не для всех тринис-торов, и в случае отсутствия такой цифры подавать на данный трини­стор обратное напряжение неже­лательно.

Следующий параметр – посто­янный ток в открытом состоянии (I_ПР) при определенной допустимой температуре корпуса. Если тринис-тор будет нагреваться до большей температуры, его придется устано­вить на радиатор.

Не менее важен такой параметр, как ток удержания (I_УД), 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 (I_У.ОТ) и постоянное откры­вающее напряжение (U_У.OT) при то­ке, не превышающем I_У.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.

Контрольные вопросы:

1. УГО тринистора.

2. Приведите ВАХ тринистора. В чем состоит принцип работы тринистора?

3. Какие основные параметры тринистора? В чем их суть?

Задание 3 – Генератор световых вспышек

Запаситесь тринистором, например, 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).

Уяснить работу тринистора и особенности управления им поможет схема, приведенная нарис. 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.

Чтобы уз­нать, каков ток удержания тринистора, следует включить 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.

Задание 4 – Тринистор управляется им­пульсом

Немного изме­ните тринисторный каскад, ис­ключив из него переменный рези­стор и введя конденсатор С1 ем­костью 0,25 или 0,5 мкФ, как показано на рис. 8. 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.

Задание 4 – Тринистор в регуляторе мощно­сти

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, приведенной на рис. 9.

В двухполупериодном выпрямителе могут работать как отдельные диоды, так и готовый диодный мост, напри­мер, серий КЦ402, КЦ405. 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.

Таким образом, 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.

Задание 5 – Аналог тринистора

Бы­вает, что приобрести нужный тринистор не удается. Его с успехом может заменить аналог, собранный из двух транзисторов разной структуры (рис. 10).

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).