Преобразователи тока и схемы выпрямления

Принцип действия полупроводникового диода

Полупроводниковым диодом называется прибор с одним р –n - переходом и двумя выводами.

· Эти выводы называют анод и катод.

· По конструктивному принципу диоды разделяют на точечные и плоскостные.

· Точечные рассчитаны на токи до нескольких сотен миллиампер, а плоскостные – до нескольких ампер, в том числе силовые – до нескольких тысяч ампер.

· Полупроводниковые диоды, рассчитанные на токи от 10 А до 2000 А и более часто называют силовыми неуправляемыми вентилями и маркируют буквой В (вентиль), после которой проставляется число, указывающее значение прямого номинального тока.

· В качестве силовых в основном используют кремниевые диоды.

Электронно-дырочным переходом (р – n -переходом) называется узкая область, отделяющая полупроводник р-типа от полупроводника n-типа.

· Если к р-области приложить положительный потенциал, а к n-области - отрицательный (напряжение такой полярности называется прямым), то сопротивление р – n - перехода для основных носителей при этом практически будет равно нулю и через р – n-переход протекает прямой ток (рис. 8.2, а).

· Если изменить полярность подключения, то сопротивление р – n-перехода для основных носителей будет очень большим и через переход будет протекать весьма малый (практически равный нулю) обратный ток (рис. 8.2, б).

Таким образом, р – n - переход обладает односторонней проводимостью.

Устройство диодов.

· В плоскостных диодах (рис.8.5) основным элементом является пластинка из кремния или германия, в которой методом сплавления или диффузии создан плоский по форме р – n-переход.

· Для защиты диода от внешней среды пластинку полупроводника вместе с припаянными к ней выводами устанавливают в металлический корпус, который затем герметизируют.

· В верхней части корпуса монтируют стеклянный изолятор, через который проходит выводная трубка.

· Для лучшего отвода тепла в некоторых плоскостных диодах применяют специальные охладители.

· Эта характеристика представляет собой графическую зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного к нему напряжения.

· При включении диода в прямом, т.е. проводящем, направлении ВАХ имеет круто восходящий участок. При изменении прямого тока, проходящего через диод, падение напряжения в нем при таком включении изменяется мало.

· Чем больше этот ток, тем больше нагревается диод (увеличиваются потери мощности, называемые мощностью рассеяния).

· Поэтому для каждого диода существует предельный ток, который может быть длительно пропущен через диод, не вызывая его перегрева выше допустимой температуры.

· Это значение прямого тока является номинальным током диода.

· При включении диода в обратном, т.е. в непроводящем, направлении через него протекает малый обратный ток (единицы или десятки микроампер).

· Этот ток мало изменяется при возрастании обратного напряжения.

· Однако при достижении обратным напряжением некоторого значения U_проб (напряжения пробоя) обратный ток резко возрастает.

· В этом случае происходит электрический пробой диода.

Тиристоры

Принцип действия тиристора.

· При наличии между анодом и катодом обратного напряжения тиристор находится в закрытом состоянии.

· При наличии на тиристоре прямого напряжения тиристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний: закрытом и открытом.

· Характерной особенностью тринистора (управляемого тиристора) является то, что он может открываться при любом значении прямого напряжения.

· Для открывания тиристора необходимо подать электрический сигнал на управляющий электрод.

· При этом тиристор открывается и находится в открытом состоянии, пока к нему приложено прямое напряжение.

· После открывания тиристора наличие отпирающего сигнала на управляющем электроде необязательно, т.е. управляющий сигнал является кратковременным импульсом.

· Перевести тиристор из открытого состояния в закрытое с помощью управляющего импульса невозможно.

· Для закрывания тиристора необходимо, так же как и в случае с динистором, уменьшить прямой ток до величины тока удержания или подать на него обратное напряжение.

· В цепях переменного тока это происходит при смене полярности питающего напряжения.

· Промышленностью выпускаются мощные силовые тиристоры различных типов на токи от 10 до 2000 А и более, маломощные неуправляемые тиристоры КН (динисторы) и управляемые тиристоры КУ (тринисторы) на токи до 10 А.

Конструкция силовых тиристоров.

Тиристоры штыревой конструкции (рис. 8.13) имеют герметичный корпус и три вывода. Основу конструкции составляет монокристаллическая кремниевая пластина со структурой p-n-p-n, являющаяся выпрямительным элементом.

· К выпрямительному элементу с обеих сторон припаивают термокомпенсирующие вольфрамовые пластины.

· Выпрямительный элемент укреплен на медном основании.

· Это основание является анодом тиристора, выполнено в виде шестигранника и имеет шпильку с резьбой для вворачивания тиристора в охладитель.

· Катодом является гибкий медный вывод, соединенный через втулку с силовым выводом.

· Медный вывод припаян к вольфрамовой пластине.

· Выводом управляющего электрода служит медный провод небольшого сечения, который припаивают к отдельной термокомпенсирующей пластине, соединенной с соответствующей областью выпрямительного элемента.

· Вывод управляющего электрода изолирован от корпуса и силового вывода стеклянным изолятором.

Стабилитроны

Преобразователи тока и схемы выпрямления