|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Цікаві експерименти: сімейство тиристорів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору Нерідко можна чути, та й читати у популярних радіотехнічних журналах слово "тиристор". Йдеться про прилад, що відноситься до напівпровідникових. Але такого приладу, на жаль, немає, оскільки тиристори це клас приладів. До нього входять диністор (діодний тиристор), триністор (тріодний тиристор) та симистор (симетричний триністор). З ними ми й познайомимося під час цікавих експериментів. Почнемо з диністора. Кожен напівпровідниковий прилад з класу тиристорів являє собою "пиріг" з декількох шарів, що утворюють напівпровідникову структуру з pn переходів, що чергуються. У диністора три такі переходи (рис. 1), але висновки зроблено лише з крайніх областей (p і n). Поверхня кристала-"пирога" з електропровідністю типу n зазвичай припаяна до дна корпусу це катод диністора, а виведення від протилежної поверхні кристала виконаний через скляний ізолятор це анод.
Зовні диністор (поширена серія КН102 з літерними індексами АІ та його аналог із позначенням 2Н102) нічим не відрізняється від випрямних діодів серії Д226. Як і у випадку з діодом, на анод диністора подають плюс напруги живлення, а на катод мінус. І обов'язково в ланцюг диністора включають навантаження: резистор, лампу, обмотку трансформатора і т.д. Якщо плавно збільшувати напругу, струм через диністор спочатку зростатиме незначно (рис. 2). Діністор при цьому практично закритий. Такий стан продовжиться до тих пір, поки напруга на диністорі не стане рівною напрузі включення Uвкл У цей момент у чотирьох шаровій структурі настає лавиноподібний процес наростання струму і диністор переходить у відкритий стан. Падіння напруги на ньому різко зменшується (це видно на характеристиці), а струм через диністор тепер буде визначатися опором навантаження, але він не повинен перевищувати максимально допустимого Iоткр.макс. Для всіх диністорів серії КН102 цей струм дорівнює 200 мА.
Напруга, при якому диністор відкривається, називають напругою вмикання (Uвкл), а відповідний цьому значенню струм - струмом вмикання (Iвкл). включення у всіх диністорів серії становить 102 мА. У відкритому стані диністор може перебувати до тих пір, поки прямий струм через нього перевищуватиме мінімально допустимий струм Iуд, званий струмом утримання. Зворотна гілка характеристики диністора схожа на таку ж гілка звичайного діода. Подача на диністор зворотної напруги вище допустимого Uобр.макс. може вивести його з ладу. Для всіх диністоров та Uобр.макс. становить 10, при цьому струм Iобр.макс. вбирається у 0,5 мА. Ось тепер, коли ви познайомилися з деякими параметрами диністора, можете зібрати два генератори та поекспериментувати з ними. Генератор світлових спалахів (рис. 3). Він дозволяє отримати світлові спалахи лампи розжарювання. Коли вилка Х1 генератора буде вставлена в розетку, почне заряджатися конденсатор С1 (тільки в позитивні напівперіоди). Струм зарядки обмежується резистором R1. Як тільки напруга на ньому досягне напруги увімкнення диністора, конденсатор розрядиться через нього і лампу EL1. Хоча напруга на конденсаторі набагато перевищує (у 8 разів!) робоча напруга лампи (2,5 В), вона не перегорить, оскільки тривалість імпульсу розрядного струму надто мала.
Після розряджання конденсатора диністор закриється і конденсатор почне заряджатися знову. Незабаром з'явиться новий спалах, а за ним наступний і т. д. При вказаних на схемі деталях спалахи будуть прямувати через кожні 0,5 с. Замініть резистор іншим, скажімо, меншим опором. Частота спалахів зросте. А з резистором більшого опору вона зменшиться. Аналогічний результат вийде за умови зменшення ємності конденсатора або збільшення її. Повернувшись до початкової схеми генератора, встановіть додатковий конденсатор С2 (він може бути паперовий або оксидний) ємністю в кілька мікрофарад на напругу не менше 400 В. Спалахи зникнуть. Розгадка проста. Коли цього конденсатора був, на резистор надходили Рис. 3 напівперіоди мережевої напруги, тобто воно змінювалося від нуля до максимального амплітудного значення. Тому після розрядки конденсатора С1 струм через диністор у якийсь момент (при переході синусоїди через нуль) падав до нуля і диністор вимикався. З підключенням конденсатора С2 напруга на лівому за схемою виведення резистора вже стає пульсуючим, оскільки конденсатор починає виконувати роль фільтра однополуперіодного випрямляча і напруга на ньому до нуля не падає. А тому після відкривання диністора та першого спалаху лампи через нього продовжує протікати невеликий струм, що перевищує струм утримання. Діністор не вимикається, генератор не працює. Правда, генератор можна змусити працювати (і ви можете в цьому переконатися), якщо збільшити опір резистора, але спалахи будуть слідувати дуже рідко. Для збільшення частоти спалахів спробуйте зменшити ємність конденсатора С1. Відбудеться таке: запасеної конденсатором енергії буде мало для підтримки достатньої яскравості спалахів. Диністор в цьому пристрої може бути, крім зазначеного на схемі КН102Б. Конденсатор С 1 - оксидний будь-якого типу на номінальну напругу не нижче 50 В, діод - на струм не менше 50 мА і зворотну напругу не нижче 400 В, резистор - потужністю не менше 2 Вт, лампа - на робочу напругу 2,5 В та струм 0,26 А. Генератор звукової частоти (рис. 4). Його схема схожа на попередню, але лампа розжарювання замінена на більш високоомне навантаження - головними телефонами ТОН-2 (BF1), капсулі якого зняті з оголов'я (можна і не знімати) і з'єднані послідовно. Місткість зарядно-розрядного конденсатора (С2) значно зменшена, завдяки чому зросла (до 1000 Гц) частота сигналу, що генерується. Зріс і опір обмежувального резистора (R2) ланцюга динистора.
Інші елементи - це однополуперіодний випрямляч, в якому конденсатор С1 фільтрує випрямлену напругу, а резистор R1 сприяє зниженню зворотної напруги на діоді VD1. Якщо для живлення генератора використовувати змінну напругу 45...60, резистор R1 не знадобиться. Конденсатор С1 може бути паперовий, наприклад МБМ, С2 - будь-якого типу на напругу не нижче 50 В, діод - будь-який з допустимою зворотною напругою не менше 400В. Як тільки вилка Х1 буде вставлена в розетку, в головних телефонах з'явиться звук певної тональності. Замініть конденсатор С2 на іншу, меншу ємність - і тональність звуку підвищиться. Якщо встановити конденсатор більшої ємності, у телефонах прослуховуватиметься звук нижчого тону. Такі ж результати вийдуть і за зміни опору резистора R2 - перевірте це. Зазначимо, що у час випускаються мікросхеми, мають характеристики, близькі до динисторным, й у ряді випадків можуть їх замінити (див. " Радіо " , 1998, № 5, с.59- 61). І насамкінець - кілька слів про техніку безпеки. Проводячи експерименти з генераторами, не торкайтеся руками висновків деталей при включеній в мережу вилці Х1, не чіпайте головні телефони, тим більше не одягайте їх на голову, а при всіх перепаювання або підключення деталей знеструмлюйте конструкцію і розряджайте (пінцетом або відрізком монтажного дроту) конденсатори. Наступний напівпровідниковий прилад із класу тиристорів – триністор. Його основна відмінність від диністора - наявність додаткового виведення, що називається керуючим електродом (УЕ), від одного з переходів (рис. 5) чотиришарової структури. Що дає цей висновок?
Припустимо, що електрод, що управляє, нікуди не підключений. У цьому варіанті триністор зберігає функції диністора і включається при досягненні напруги на аноді Uвкл (рис. 6).
Але варто подати на керуючий електрод щодо катода хоча б невелику плюсову напругу і пропустити таким чином постійний струм через ланцюг керуючий електрод - катод, як напруга включення зменшиться. Чим більший струм, тим менша напруга включення. Найменша напруга включення буде відповідати певному максимальному струму Iу.е, який називають струмом випрямлення - пряма гілка спрямовується настільки, що стає схожою на таку ж гілка діода. Після включення (тобто відкривання) триністора керуючий електрод втрачає свої властивості і вимкнути триністор вдасться або зменшенням прямого струму нижче струму утримання Iуд, або короткочасним відключенням напруги живлення (допустимо короткочасне замикання анода з катодом). Триністор може бути відкритий як постійним струмом, що пропускається через керуючий електрод, так і імпульсним, причому допустима тривалість імпульсу становить мільйонні частки секунди! Кожен триністор (найчастіше вам доведеться зустрічатися з триністорами серій КУ101, КУ201, КУ202) має певні параметри, які наводяться в довідниках і за якими зазвичай триністор підбирають для конструкції, що збирається. По-перше, ця допустима постійна пряма напруга (Uпр ) в закритому стані, а також постійна зворотна напруга (Uобр ) - вона обумовлюється не для всіх триністорів, і у разі відсутності такої цифри подавати на цей триністор зворотну напругу небажано. Наступний параметр - постійний струм у відкритому стані (Iпр) за певної допустимої температури корпусу. Якщо триністор нагріватиметься до більшої температури, його доведеться встановити на радіатор - про це зазвичай повідомляється в описі конструкції. Не менш важливим є такий параметр, як струм утримання (Iуд ), що характеризує мінімальний струм анода, при якому триністор залишається у включеному стані після зняття керуючого сигналу. Обумовлюються також граничні параметри ланцюга керуючого електрода - максимальний відкриваючий струм (Iу.от) і постійне відкриває напруга (Uу.от) при струмі, що не перевищує Iу.від. При експлуатації триністорів серій КУ201, КУ202 рекомендується між керуючим електродом і катодом включати резистор шунтуючим опором 51 Ом, хоча на практиці в більшості випадків спостерігається надійна робота і без резистора. І ще одна важлива умова для цих триністорів – при мінусовому напрузі на аноді подача струму управління не допускається. А тепер проведемо деякі експерименти, що дозволяють краще зрозуміти роботу тріністора та особливості керування ним. Запасіться триністором, скажімо, КУ201Л, мініатюрною лампою розжарювання на 24 В, джерелом постійної напруги 18...24 В при струмі навантаження 0,15...0,17 А та джерелом змінної напруги 12...14 В (наприклад, мережевим трансформатором від старого приймача або магнітофона з двома вторинними обмотками на 6,3 при струмі до 0,2 А, з'єднаними послідовно). Як відкрити триністор (рис. 7). Двигун змінного резистора R2 встановіть у нижнє за схемою положення, а потім підключіть каскад на триністорі до джерела постійного струму. Натиснувши на кнопку SB1, плавно переміщайте двигун змінного резистора вгору за схемою, доки не запалиться лампа HL1. Це вкаже на те, що триністор відкрився. Кнопку можна відпустити, лампа продовжуватиме світитися.
Щоб закрити триністор і привести його у вихідний стан, достатньо на короткий час вимкнути джерело живлення. Лампа згасне. Натиснувши кнопку знову, ви відкриєте триністор і запалите лампу. Тепер спробуйте погасити її іншим способом – при відпущеній кнопці замкніть на мить, скажімо, пінцетом, висновки анода та катода, як це показано на рис. 7 штриховою лінією. Щоб виміряти струм, що відкриває триністора, увімкніть в розрив ланцюга керуючого електрода (у точці А) міліамперметр і, плавно переміщаючи двигун змінного резистора з нижнього положення у верхнє (при натиснутій кнопці), дочекайтеся моменту запалювання лампи. Стрілка міліамперметра зафіксує значення струму. А може, ви захочете дізнатися, який струм утримання тріністора? Тоді увімкніть міліамперметр у розрив ланцюга у точці Б, а послідовно з ним змінний резистор (номіналом 2,2 або 3,3 кОм), опір якого спочатку має бути виведений. При відкритому триністорі збільшуйте опір додаткового резистора доти, доки стрілка міліамперметра не повернеться стрибком до нульової позначки. Показання міліамперметра перед цим моментом є струм утримання. Триністор управляється імпульсом (рис. 8). Змініть триністорний каскад, виключивши з нього змінний резистор і ввівши конденсатор С1 ємністю 0,25 або 0,5 мкФ. Тепер на електрод, що управляє, постійна напруга не подається, хоча триністор від цього не став некерованим.
Подавши на каскад напругу живлення, натисніть на кнопку. Майже миттєво зарядиться конденсатор С1, яке струм зарядки у вигляді імпульсу пройде через паралельно включені резистор R2 і керуючий електрод. Але навіть такого короткочасного імпульсу достатньо, щоб триністор встиг відкритися. Лампа запалиться і, як і в попередньому випадку, залишиться в такому стані навіть після кнопки. Конденсатор розрядиться через резистори R1, R2 і буде готовим до наступного пропускання імпульсу струму. Тепер візьміть оксидний конденсатор С2 ємністю не менше 100 мкФ і на мить підключіть його у відповідній полярності до висновків анода та катода тріністора. Через конденсатор також пройде імпульс зарядного струму. В результаті триністор виявиться зашунтований (зазначені висновки замкнуті) і, звичайно, він закриється. Триністор у регуляторі потужності (рис. 9). Здібності триністора відкриватися при різному анодному напрузі в залежності від струму електрода, що управляє, широко використовуються в регуляторах потужності, що змінюють середній струм, що протікає через навантаження.
Щоб познайомитися з цією "професією" тріністора, зберіть макет із деталей, показаних на схемі. У двонапівперіодному випрямлячі можуть працювати як окремі діоди, так і готовий діодний міст, наприклад серій КЦ402, КЦ405. Як бачите, конденсатора, що фільтрує, на виході випрямляча немає - він тут не потрібен. Для візуального контролю процесів, що протікають в каскаді, підключіть паралельно навантаженню (лампа HL1) осцилограф, що працює в автоматичному (або очікуваному) режимі з внутрішньою синхронізацією. Встановіть двигун змінного резистора R2 у верхнє за схемою положення (опір виведено) і подайте на діодний міст змінну напругу. Натисніть кнопку SB1. Відразу ж запалиться лампа, а на екрані осцилографа з'явиться зображення напівперіодів синусоїди (діаграма а), характерне для двопівперіодного випрямлення без конденсатора, що згладжує. Відпустіть кнопку - лампа згасне. Все правильно, адже триністор закривається, як тільки синусоїдальна напруга переходить через нуль. Якщо ж на виході випрямляча буде встановлений оксидний конденсатор, що фільтрує, він не дозволить випрямленому напрузі зменшуватися до нуля (форма напруги для цього варіанту показана на діаграмі штриховою лінією) і лампа не згасне після відпускання кнопки. Знову натисніть кнопку і плавно переміщайте двигун змінного резистора вниз за схемою (вводьте опір). Яскравість лампи почне зменшуватися, а форма "напівсинусоїд" спотворюється (діаграма б). Тепер струм через керуючий електрод зменшується в порівнянні з первісним значенням, а отже, триністор відкривається при більшій напругі живлення, тобто частина напівсинусоїди, триністор залишається закритим. Оскільки при цьому зменшується середній струм через лампу, її яскравість зменшується. При подальшому переміщенні двигуна резистора, а значить, зменшенні керуючого струму, триністор може відкриватися лише тоді, коли напруга живлення практично досягає максимуму (діаграма). Наступне зменшення струму через електрод, що управляє, призведе до невідкриття триністора. Як бачите, зміною управляючого струму, а значить, амплітуди напруги на електроді, що управляє, вдається регулювати потужність на навантаженні в досить широких межах. У цьому вся суть амплітудного методу управління триністором. Якщо необхідно отримати великі межі регулювання, використовують фазовий метод, при якому змінюють фазу напруги на керуючому електроді в порівнянні з фазою анодної напруги. Перейти на такий спосіб керування нескладно - достатньо включити між керуючим електродом і катодом тріністора оксидний конденсатор С1 ємністю 100...200 мкФ. Тепер триністор буде здатний відкриватися при малих амплітудах анодної напруги, але вже в другій половині кожного напівперіоду (діаграма г). У результаті межі зміни середнього струму через навантаження, а отже, потужності, що виділяється на ній, значно розширяться.
Аналог триністора. Буває, що придбати потрібний триністор не вдається. Його з успіхом може замінити аналог, зібраний із двох транзисторів різної структури. Якщо на базу транзистора VT2 подати позитивну (стосовно емітера) напругу, транзистор відкриється і через нього потече струм бази транзистора VT1. Цей транзистор також відкриється, що призведе до збільшення струму бази транзистора VT2. Позитивний зворотний зв'язок між транзисторами призведе до їхнього лавиноподібного відкривання. Транзистори аналога вибирають в залежності від максимального струму навантаження і напруги живлення. На керуючий перехід як аналога, і тринистора подають напруга (або імпульсний сигнал) лише позитивної полярності. Якщо за умовами роботи пристрою, що конструюється, можлива поява негативного сигналу, слід захищати керуючий електрод, наприклад, включенням діода (катодом - до керуючого електрода, анодом - до катода триністора). Останній прилад із сімейства тиристорів - симістор (рис. 11), симетричний тиристор. Як і триністор, він виконаний в аналогічному корпусі з такими ж висновками анода, керуючого електрода та катода. Симистор має складну багатошарову структуру з електронно-дірковими переходами. Від одного з переходів зроблено керуючий висновок (УЕ).
Оскільки обидві крайні області структури мають провідність одного типу, то за наявності відповідної напруги на електродах симістора імпульси струму можуть проходити через нього в обох напрямках. Поширені сімістори, з якими вам доведеться зустрічатися у радіоаматорській практиці, - серії КУ208. Автор: Б.Іванов
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Платіжна карта для людей з вадами зору ▪ Зелена енергетика викличе кризу рідкісних металів ▪ Бельгія збудує штучний енергетичний острів ▪ Пило- та вологозахищений смартфон LG Optimus GJ
▪ розділ сайту Аудіо та відеоспостереження. Добірка статей ▪ стаття Пасивні регулятори тембру. Мистецтво аудіо ▪ статья Яка рослина довжиною з людський палець складається лише з однієї клітини? Детальна відповідь ▪ стаття Художник-оформлювач ігрових ляльок театрально-видовищного підприємства. Посадова інструкція ▪ стаття Целулоїдний пляшковий лак. Прості рецепти та поради ▪ стаття Мікросхеми КР1008ВЖ18 та КР1008ВЖ19. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page