Реферат: Тиристоры и некоторые другие ключевые приборы

До сих пор мы рассматривали кривые с параметром I_б >0. При этом подразумевалось, что источник базового тока представляет собой э. д. с. E_б < О, включенную последовательно с сопро­тивлением R _б (см. рис. 6). В частном случае, при I_б =0, можно было считать E_б = 0; r _б = ¥ . Теперь рассмотрим работу тринистора в условиях обратно­го смещения (E_б > 0) (рис. 8). Пусть э. д. с. E_б достаточно велика и эмиттерный переход заперт. Тогда тринистор превращается в транзистор п ₁ -р ₂ -п ₂ (с оборванной базой p₂ ), который включен последовательно с сопротивлением R _б и питается напряжением E_б + U_k . Коллекторный ток при таком включении будет током транзистора в схеме ОЭ с оборван­ной базой:

I_k =MI_k0 /(1-Ma₃ )

где a₃ - коэффициент передачи тока от перехода П₃ к переходу П₂ . Реальное запирающее смещение на эмиттерном пере­ходе будет меньше, чем э. д. с. E_б , на величину I_k R_б . С ростом тока I_k смеще­ние будет уменьшаться, и при некотором токе I₀ , когда E_б - I₀ R_б = 0, эмиттерный переход отопрется. После этого базовый ток будет иметь неизменную отрицательную величину:

Рис. 8. Вольт-амперные характеристики тринистора при отрицательном токе базы.

I_б = -I₀ = -E_б /R_б (13)

которую можно считать параметром соответствующей характеристики. Если в формуле (11) положить a₁ =0 и a= a₃ и подставить I_k = I₀ , можно получить напряжение отпирания эмиттерного перехода:

U₀ =U_M [1-(a₃ I₀ + I_k0 )/ I₀ ]^1/n (14)

Из формулы (13) видно, что ток I₀ , равный параметру кривой (току I_б ), возрастает вместе с модулем параметра. Что касается напря­жения U₀ , то оно несколько увеличивается.

Ток обратного переключения можно найти из уравнения (12), если считать I_н @I_о,п В случае малых отрицательных токов базы ток I_о,п заметно больше тока I₀ @ôI_б ô. При больших токах ôI_б ô эта разница уменьшается. Отношение I_о,п /ôI_б ô можно назвать коэф­фициентом усиления при выключении; он определяется .величиной а₁ /(а-1) и в обычных тринисторах не превышает (1). Очевидно, что с точки зрения управляемости при запирании суммарный коэффициент передачи а не следует делать намного большим единицы.

На рис. 9, а показана типичная схема включения тринистора, а на рис. 9, б - ее рабочий цикл. Пусть E_k < U_{п ,по} . Тогда в запер­том состоянии и при токе I_б = 0 рабочей точкой будет точка а. Увели­чивая ток I_б до значения I_б1 , мы вызовем скачкообразный переход рабочей точки из положения a₁ в положение b. В этом открытом состоя­нии тринистора падение напряжения на нем составляет всего лишь около 1 в, как и в динисторе. Поэтому ток нагрузки практически равен E_k /R_k . Для того чтобы запереть тринистор, т. е. вернуться в точку а, нужно либо уменьшить ра­бочий ток до величины I_k < I_{o. п}

Рис 9. Типовая схема включения тринистора (а) и ее рабочий цикл (б)

(путем понижения пи­тающего напряжения), либо задать в базу отрица­тельный импульс тока. Оба случая иллюстрируются пунктирными линиями на рис. 9, б.

В первом случае рабочая точка скачком переходит из положения b₁ в положение a₂ , а затем (после восстановления Э. Д. С. E_k ) - в исходную точку а. Во вто­ром случае из точки b происходит скачок в точку a₃ , а затем (по окон­чании запирающего импульса) возвращение в точку а. Первый путь известен из тиратронной техники, второй специфичен для тринистора, так как тиратрон нельзя погасить со стороны сетки. Правда, базо­вый ток «гашения» в тринисторе оказывается сравнительно большим из-за малого коэффициента усиления при выключении.

Основная тенденция при разработке современных тринисторов состоит в повышении рабочих токов и, напряжений с тем, чтобы заменить соответствующие газоразрядные приборы (газотроны и тиратроны). В настоящее время рабочие токи тринисторов лежат в пределах 1 000— 2 000 а, а рабочие напряжения — в пределах 2—3 кв. При прочих равных условиях динисторы и тринисторы значительно превосходят газоразрядные приборы по коэффициенту полезного действия, а также по габаритам, весам и сроку службы.

Мощные тринисторы используются в качестве контакторов, ком­мутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением.

Времена переключения у тринисторов значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов (с токами в десятки ампер и больше) время прямого переключения составляет около 1 мксек, а время обратного переключения не превышает 10—20-мксек. Следует заметить, что наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место задержки фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса.

Наряду с мощными тринисторами разрабатываются и маломощные высокочастотные варианты. В таких приборах время прямого пере­ключения может составлять десятки, а время обратного переключе­ния — сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечи­вается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в тол­стой базе. Маломощные быстродействующие тринисторы исполь­зуются в различных спусковых и релаксационных схемах.