Тиристоры: динисторы, тринисторы, семисторы, их устройство, принцип работы и ВАХ.
Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три и более р – n перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.
Диодный тиристор – это тиристор, который имеет два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления. Принцип действия: Структура динистора состоит из 4-х областей с чередующимся типом проводимости.
При подаче тиристор прямого напряжения т.е положительного потенциала на аноде, крайние р – n переходы смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, средний переход шлензен в обратном направлении, поэтому его называют коллекторным соответственно. В таком приборе существует две эмиттерные области и две базовые области.
Для двухэлектродной структуры (динистор) из-за необходимости выполнения баланса токов токи через все переходы должны быть равны между собой:
ток через тиристор (анодный ток). Тогда анодный ток через тиристор можно будет найти по:
Триодные тиристоры:
Триодный тиристор - это полупроводниковый прибор, представляющий собой четырехслойную структуру, имеющую дополнительный третий вывод, называемый управляющим электродом, соединенный с внутренней областью р-типа. Управляющий электрод дает возможность включать тиристор при анодном напряжении, меньшем напряжения включения. Триодный тиристор называется также кремниевым управляемым выпрямителем или просто тиристором.
Для переключения триодного тиристора необходимо накопление зарядов в базах. В тринисторе, имеющем управляющий вывод от одной из базовых областей, уровень инжекции, через прилегающий к этой базе эмиттерный переход можно увеличить путём подачи положительного, относительно катода, напряжения на управляемый электрод. Поэтому тринистор можно переключить в необходимый момент времени, даже при небольшом анодном напряжении. ВАХ тринистора:
Баланс токов:
, следовательно из этого выражения: напряжение включенного тиристора зависит от тока управления. С увеличением тока управления, напряжение включения уменьшается.
Симиcтop (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока. В электронике часто рассматривается как управляемый выключатель (ключ). В отличие от тиристора, имеющего катод и анод, основные (силовые) выводы симистора называть катодом или анодом некорректно, так как в силу структуры симистора они являются тем и другим одновременно.
Однофазные выпрямители: однополупериодный, двухполупериодный, двухполупериодный с выводом средней точки трансформатора, мостовой.Выпрямители служат для преобразования переменного (синусоидального) напряжения в напряжение постоянного тока с помощью полупроводниковых выпрямительных диодов. В схеме однополупериодного выпрямителя(рис. 2.34,а) ток Iн через диод проходит в нагрузку Rн, только в положительные полупериоды напряжения U2, так как в отрицательные полупериоды оно запирает диод. Ток в нагрузке (заштрихован) имеет прерывистый характер, а его постоянная составляющая I0 представляет собой среднее значение тока, протекающего за период, и создает на нагрузке постоянную составляющую напряжения, равную (согласно разложению функции в ряд Фурье):
где U2max и U2 – амплитудное и действующее значения синусоидального напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Схема двухполупериодного выпрямителясостоит из четырех диодов, включенных по так называемой мостовой схеме (рис. 2.34,б). Напряжение U2 в положительный полупериод открывает диоды VD1 и VD3 и от точки А к точке В по цепи VD–R–VD3 протекает ток нагрузки In= I 1,3. При этом диоды VD1 и VD4 заперты. В отрицательный полупериод напряжение U2 открывает диоды VD1 и VD4 и ток In= I 2,4 течет от точки В к точке A по цепи VD2–R–V–D4, проходя по нагрузке в одном и том же направлении. В этой схеме постоянные составляющие тока I0 и напряжения Uo в два раза выше, чем в однополупериодной схеме:
и
Работа схемы выпрямителя со средней точкой.
Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки. Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт. В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке.
Трехфазные выпрямители: нулевой, мостовой.
Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 27.4, а. На рис. 27.4, б приведены графики напряжений на входе и выходе выпрямителя. В состав схемы входят трехфазный трансформатор, три диода и сопротивление нагрузки Rн. Фазы первичной обмотки трансформатора могут включаться по схеме звезда или треугольник, а фазы вторичной обмотки – по схеме звезда. Каждая фаза вторичной обмотки трансформатора через соответствующий диод включена на общую нагрузку.
На рис. 27.4, б точками θ1, θ2, θ3 обозначены моменты равенства напряжений двух соответствующих фаз вторичной обмотки трансформатора. Диод D1 открывается в момент θ1, так как в этот момент потенциал его анода становится больше потенциала других диодов. Соответственно диод D2 откроется в момент θ2, а диод D3 – в момент θ3. Видим, что каждый диод открывается во время положительной полуволны своей фазы. Огибающая выпрямленного напряжения представляет три пульсации на интервале одного периода входного напряжения,т.е m = 3.
Недостатки схемы – низкая эффективность использования трансформатора и повышенное обратное напряжение на диодах Um.обр ≈ -2,1·Um.вх.
Более эффективна мостовая схема трехфазного выпрямителя (рис.27.5, а). В этой схеме каждая пара диодов входит в состав двух мостов, поэтому шесть диодов образуют три мостовые схемы для трех фаз.
Огибающая выпрямленного напряжения содержит шесть пульсаций на интервале одного периода, т.е. m = 6, а
.
В приведенной схеме вентильные комплекты двух мостовых трехфазных выпрямителей подключены к нагрузке последовательно, поэтому напряжение на нагрузке равно сумме напряжений двух мостов – U0.вып = U0.вып.1 + U0.вып.2.