Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc

,

где I_а– ток через тиристор (анодный ток).

Тогда анодный ток через тиристор можно будет найти по выражению:

,

где α_∑ =α₁ +α₂.

Последнее выражение представляет собой уравнение ВАХ динистора в закрытом состоянии. Статические коэффициенты передачи тока транзисторов увеличиваются с увеличением эмиттерного тока (рис. 5.5).

При достижении суммарным статическим коэффициентом значения, равного единице ( α_∑ = 1), анодный ток через тиристор устремляется в бесконечность, т.е. происходит включение динистора. Поэтому в процессе переключения ток через динистор должен быть ограничен сопротивлением нагрузки. При обратном напряжении на тиристоре, т.е. при отрицательном потенциале на аноде, эмиттерные переходы смещены в обратном направлении, коллекторные в прямом, в этом случая условий для переключения тиристора нет.

5.3. Триодные тиристоры

Для переключения триодного тиристора (рис. 5.6) также необходимо накопление зарядов в базах. В тринисторе, к одной из баз, имеющей более высокую концентрацию примеси и меньшую толщину (обычно р-база), присоединяют управляющий электрод УЭ. Через прилегающий к этой базе эмиттерный переход можно увеличить инжекцию носителей путём подачи положительного, относительно катода, напряжения на управляемый электрод. Поэтому тринистор можно переключить в необходимый момент времени, даже при небольшом анодном напряжении.

Управляющий электрод тринистора выполняет роль своеобразного «под­жигающего» электрода. Тогда баланс токов:

.

И

Рис. 5.7. ВАХ тринистора

Уп­равляющее действие электрода УЭ проявляется лишь в момент включения тринистора: закрыть прибор или изменить значение анодного тока, протекающего через открытый прибор, изменяя ток управления, невозможно. Исключение составля­ет специальный тип приборов – запираемые тиристоры, которые открываются положительным, а закрываются отрицательным сигналами на управляющем элек­троде.

Чтобы выключить тиристор необходимо создать условия, при которых исчезает заряд, накопленный в базах транзистора. Выключить открытый тринистор (рис. 5.7) можно, как и динистор, только сделав значение пря­мого тока меньше значения удерживающего тока (I_уд).

Способ открывания тринисторов током управляющего электрода имеет существенные достоинства, так как позволяет коммутировать большие мощности в нагрузке маломощным управляющим сигналом (коэффициент усиления по мощности составляет примерно 5·10²..2·10³).

Важной особенностью почти всех типов полупроводниковых приборов с четырехслойной структурой является их способность работать в импульсных ре­жимах с токами, значительно превышающими допустимые постоянные токи в открытом состоянии. Так, например, динисторы КН102 при постоянном токе не более 0,2 А допускают импульсный ток до 10 А, тринисторы типов КУ203 и КУ216 способны пропускать импульсные токи до 100 А при допустимом посто­янном токе 5 А и т.д.

5.4. Симметричные тиристоры (симисторы)

Широкое распространение в цепях переменного тока находят тиристоры с симметричными характеристиками – симисторы. Симметричные тиристоры (рис. 5.8, а) можно представить в виде двухр-n-р-n-секций, включенных встречно-параллельно (рис. 5.8, б). Эти секции включаются поочередно в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Принцип работы каждой секции ана­логичен принципу работы обычной четырехслойнойр-n-р-n-структуры. Выклю­чается секция при изменении полярности напряжения. Из ВАХ сим­метричного тиристора (рис. 5.8, в.) видно, что симметричные тиристоры могут пропускать электрический ток в двух направлениях.

С

Рис. 5.9. Различные конструкции

симисторов

Используются симметричные тиристоры для регулирования мощ­ности переменного тока, в преобразователях для реверсивных приводов и т.д.

5.5. Зависимость работы тиристора от температуры

Тиристоры применяются для переключения больших токов от сотен миллиампер до сотен ампер. При прохождении таких токов в тиристоре происходит рассеивание большой мощности, сопровождаемое значительным нагревом, несмотря на специально принятые меры для улучшения теплоотвода. Поэтому важно рассмотреть вопрос о температурной зависимости параметров тиристора.

С повышением температуры:

1. сильно возрастает значение тока в закрытом состоянии;

2. возрастают коэффициенты передачи тока транзисторов;

3. возрастает время выключения, так как увеличивается время жизни неосновных носителей;

4. уменьшается значение включающего тока управляющего электрода;

5. уменьшается ток выключения.

Возрастание коэффициента передачи тока транзистора приводит к тому, что тиристор может самопроизвольно переключаться. Для предотвращения самопроизвольного переключения применяют различные методы. Одним из распространенных схемных решений является подача на управляющий электрод специального запирающего смещения. Недостаток этого способа – снижение чувствительности тиристора и необходимость соответствующего увеличения управляющего сигнала. В качестве конструктивного решения применяют метод соединения одного из эмиттерных переходов с соседней базой. Это создает условия искусственного снижения коэффициента передачи тока и, тем самым, переключения при больших напряжениях.

Основной областью применения тиристоров является преобразовательная техника. Номинальные значения токов (I_а) у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии дости­гают 5 000 А, а номинальные значения напряжений (U_а) в закрытом состоянии – до 5 кВ.

6. Усилители

6.1. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей

Наиболее важное назначение электронных приборов – усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями (рис. 6.1).Усилительные устройства находят очень широкое применение. Они являются основными узлами различной электронной аппаратуры, широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах и т.д.

Усилителемназывается устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала. Увеличение мощности, выделяемой в сопротивлении нагрузки, по сравнению с мощностью источника входного сигнала, достигается за счет энергии источника постоянного напряжения, называемого источником питания (при этом соблюдается закон сохранения энергии). Маломощный входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку. Под воздействием входного сигнала на выходе усилительного элемента возникают более мощные колебания, которые и передаются в нагрузку.

Усилители, используемые в современных устройствах, отличаются параметрами, назначением, характером усиливаемых сигналов и т.д.

По характеру усиливаемого сигналаусилители можно разделить на две группы: усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов:

Усилители гармонических сигналов (гармонические усилители) предназначены для усиления непрерывных во времени сигналов. При изменении любого параметра сигнала в усилителе возникает переходный процесс: колебание на выходе усилителя достигает установившегося значения через определенное время. Параметры усиливаемого сигнала в гармонических усилителях изменяются значительно медленнее переходных процессов;

Усилители импульсных сигналов (импульсные усилители) предназначены для сигналов, уровень которых меняется настолько быстро, что переходный процесс является определяющим для усиленного сигнала.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частотможно выделить следующие группы усилителей:

• усилители постоянного тока(УПТ), усиливающие как переменную, так и постоянную составляющие сигнала, т.е. низшая пропускаемая частотаf_н= 0;

• усилители переменного тока, усиливающие только переменную составляющую сигнала.

В свою очередь, усилители переменного токав зависимости от значений частотf_ниf_вделятся на следующие группы:

• усилители звуковых частот (УЗЧ) или усилители низких частот (УНЧ), частотный спектр которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц;

• усилители высокой частоты (УВЧ), имеющих полосу пропускания от десятков килогерц до сотен мегагерц;

• избирательные (или селективные) усилители, усиливающие сигналы в очень узкой полосе частот. Для них характерна небольшая величина отношения верхней частоты к нижней (обычно f_в/f_н≈ 1). Эти усилители могут использоваться как на низких, так и на высоких частотах. Часто их называют резонансными или полосовыми;

• усилители видеочастот, работающие в полосе частот от 50 Гц до 6 МГц. Усилители с f_в> 100 кГц называют широкополосными.