Выпрямляет и регулирует тиристор
Среди полупроводниковых приборов, успешно работающих в регулируемых выпрямителях и переключающих устройствах, все большее распространение получают так называемые тиристоры (от греческого thira - дверь или вход и английского resistor - сопротивление) - кристаллические управляемые вентили с катодом К, анодом А и управляющим электродом УЭ. Основой тиристоров является четырехслойная пластина кремния с присущей р-n-p-n структурам внутренней обратной связью.
Пронумеровав эти слои для лучшего уяснения как р1-n1-р2-n2, отметим, что n1, как правило, выделяется значительной шириной и относительно высоким (до 5 Ом*мм) удельным сопротивлением. Внешние слои, эмиттирующие соответственно дырки и электроны, низкоомные. К тому же наружный слой р1 через токопроводящую термокомпенсирующую прокладку (свинец, молибден) припаян к кристаллодержателю корпуса. Это и есть анод с резьбовым крепежом. А от внешнего n2 и внутреннего р2 (база) слоев сделаны хорошо различимые (по длине, форме микроплощадки для впайки в ту или иную схему) выводы катода и управляющего электрода.
Рассмотрим подробнее работу тиристора, представив его структуру включенной согласно рис. 2 а. С подачей анодного напряжения Uа без управляющего сигнала Uу потечет, как это показано стрелкой, электрический ток I. При этом переходы р1-n1 и р2-n2 будут работать в прямом направлении (их называют эмиттерными), а центральный n1-р2 (по принятой терминологии - коллекторный переход, прилегающие к нему области - n-база и р-база) - в обратном. Получится как бы сочетание двух триодов (р-n-р и n-р-n типов) в одном полупроводниковом приборе (рис. 2 б). Анодный ток при относительно невысоком Uа будет равен обратному току коллекторного перехода Iобр (участок 1 на рис. 2 в), что позволяет считать сам тиристор пребывающим в выключенном состоянии.
При повышении анодного напряжения до Un в приборе начинает действовать положительная обратная связь. Дырки, инжектированные левым (см. рис. 2 б) эмиттером в n-базу, при движении к коллекторному переходу захватываются полем области пространственного заряда и переносятся в р-базу.
Зародившись, указанный процесс продолжает набирать силу. "Перенесенцы" своим зарядом вызывают дополнительную инжекцию электронов из правого эмиттера в р-базу (то есть приоткрывают правый эмиттерный переход). А эти электроны, в свою очередь, инициируют, продвигаясь через р-базу и коллекторный переход в n-базу, увеличение "впрыскивания" дырок со стороны р-эмиттера (приоткрывают левый эмиттерный переход).
Возникает быстрое возрастание тока через тиристор, сопровождающееся сильной инжекцией носителя заряда обоими эмиттерами. Коллекторный переход входит в режим насыщения (открывается), течет Iос. Значит, падение напряжения на всем полупроводниковом приборе становится небольшим, близким к напряжению на открытом р-n-переходе (Uoc). Тиристор включается.
А вот при обратной полярности Uа прибор будет находиться в закрытом состоянии. Тогда его характеристика становится аналогичной запертому диоду (левый "хвост" на рис. 2 в).
С подачей на управляющий электрод (УЭ) положительного напряжения увеличивается инжекция электронов из правого эмиттера в прилегающую к нему р-базу и создаются условия для включения тиристора при напряжении, меньшем Uп. Причем в качестве регулирующего параметра обычно используют ток управляющего электрода Iу (рис. 2 в).
УЭ тиристора может быть подключен и к n-базе. В этом случае полярность Uy должна быть отрицательной.
Для описания и сравнения тиристоров принято использовать следующие основные параметры:
Uoбp - допускаемое обратное рабочее напряжение (обычно в пределах 25-400 В);
Iзс - ток в закрытом состоянии (от нескольких единиц мкА для маломощных и до десятков мА для силовых приборов) при заданном (обычно максимальном) напряжении на аноде;
Iуд - ток удержания (минимальный, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии);
Iуз - запирающий постоянный ток управления;
Iу.от. и Uу.от. (Iу.от.и. и Uу.от.и.) - постоянные (или импульсные) отпирающие токи и напряжения управления при заданном напряжении на аноде (и длительности отпирающего сигнала);
tвкл и tвыкл - временная оценка запаздывания при открывании и закрывании тиристора, необходимость учета которой обусловлена инерционностью процессов накопления и рассасывания избыточных носителей зарядов в базах;
Pос - рассеиваемая мощность в открытом состоянии.
Зная эти данные (а их можно найти в специальной справочной литературе и подшивках "Моделиста-конструктора" за прошлые годы), легко подобрать тиристор, подходящий для вновь создаваемых или ремонтируемых устройств. Ну а если такого под руками не окажется, его с успехом заменит элементарная сборка из двух полупроводниковых триодов n-p-n и p-n-р типа (рис. 3).
Используя такой аналог тиристора, необходимо помнить, что в цепи баз здесь течет ток, равный половине рабочего, в то время как большинство транзисторов характеризуются допустимым значением Iб " Iк. С помощью R1 и R2 устанавливают небольшие обратные токи коллекторов, необходимые для нормальной работы прибора. Если же сборка-тиристор не выключается, то номинал у указанных резисторов необходимо скорректировать в меньшую сторону. А для повышения чувствительности рассматриваемого устройства можно рекомендовать подсоединение дополнительных диодов (на рис. 3 это выделено контрастным цветом), способных обеспечить оптимальное напряжение смещения на участке база-эмиттер, равное 0,7 В.
В качестве Т1 вполне приемлемы распространенные германиевые (Iкбо = 5...10 мкА, Uкэ = 25...30 В, Рк = 100...150 мВт, fгр = 4,5...60 МГц, коэффициент прямой передачи тока h21э = 65...150) или кремниевые (Iкбо около 1 мкА, Uкэ = 25...60 В, Рк= 2...5 Вт с радиатором, fгр = 60...150 МГц, h21э - свыше 30) транзисторы. В роли антиподового Т2 тоже могут быть использованы германиевые (Iкбо = 5...15 мкА, Uкэ = 25...30 В, Рк = 150...200 мВт, fгp =3...60 МГц, h21э = 50...150) или кремниевые полупроводниковые триоды (Iкбо = 1 мкА, Uкэ = 30 В, Рк= 2 Вт с радиатором, fгр = 50...150 МГц, h21э = 15...100). А вот диоды лучше брать только кремниевые с параметрами Uобр = 250...600 В, Iпр = 150...260 мА.
Рис. 1. Типовой тиристор:
а - четырехслойная структура прибора; б - габариты; в - общепринятое условное обозначение
Рис. 2. Упрощенная схема работы полупроводникового управляемого вентиля:
а - подключение; б - особенности взаимодействия структурных слоев; в - вольтамперные характеристики
Рис. 3. Транзисторная сборка в роли тиристора (контрастным цветом показан путь улучшения аналога)
Расчет антенны - на "Бейсике"-Моделист Конструктор выпуск январь №1 1999 <Предыдущая | Следующая> Советы со всего света-Моделист Конструктор выпуск январь №1 1999 |
---|