Краткие теоретические сведения. Тема: Исследование тиристоров

Лабораторная работа №4

Тема: Исследование тиристоров

Цель: Научить измерять и строить ВАХ тиристоров и делать выводы из полученных результатов.

Оборудование: ПЭВМ, программа Electronics Workbench.

Краткие теоретические сведения

Тиристоры являются переключаю­щими приборами. Структура диодного тиристора (динистора) n – р – n– р показана на рисунке 1. Как видно, он имеет три n–р-перехода, причем два из них (П1 и П3) работают в прямом направлении, а средний переход П2 – в обратном направлении.Крайнюю область р называют анодом, а крайнюю область n – катодом.Как правило, тиристоры делают из кремния, причем эмиттерные переходы могут быть сплавными, а коллекторный переход изготовляют методом диффузии. Применяется также планарная технология. Концентрация примеси в базовых (средних) областях значительно меньше, нежели в эмиттерных (крайних) областях. Через переходы П1 и П3, рабо­тающие в прямом направлении, в области, примыкающие к переходу П2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода П2.

Рисунок 1 – Структура диодного тиристора

Вольт-амперная характеристика тиристора, представленная на рисунке 2, показывает, что происходит в тиристоре при повышении приложенного к нему напряжения. Сначала ток невелик и растет медленно, что соответствует участку ОА характеристики. В этом режиме тиристор можно считать закрытым («запертым»). На сопротивление коллекторного перехода П2 влияют два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, повышение обратного напряжения на этом переходе увеличивает его сопротивление, так как под влиянием обратного напряжения основные носители уходят в разные стороны от границы, т. е. переход П2 все больше обедняется основными носителями. Но, с другой стороны, повышение прямых напряжений на эмиттерных переходах П1 и П3 усиливает инжекцию носителей, которые подходят к переходу П2, обогащают его и уменьшают его сопротивление. До точки А перевес имеет первый процесс и сопротивление растет, но все медленнее и медленнее, так как постепенно усиливается второй процесс.

Около точки А при некотором напряжении (десятки или сотни вольт), называемом напряжением включения U_вкл, влияние обоих процессов уравновешивается, а затем даже ничтожно малое повышение подводимого напряжения создает перевес второго процесса и сопротивление перехода П2 начинает уменьшаться. Тогда возникает лавино­образный процесс быстрого отпирания тиристора.

Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика диодного тиристора

Если от одной из базовых областей сделан вывод, то получается управляемый переключающий прибор, называемый триодным тиристором или тринистором. Подавая через этот вывод прямое напряжение на переход, работающий в прямом направлении, можно регулировать значение U_вкл. Чем больше ток через такой управляющий переход I_у, тем ниже U_вкл.

Обычные триодные тиристоры не запираются с помощью управляющей цепи, и для запирания необходимо уменьшить ток в тиристоре до значения ниже Iуд. Однако разработаны и применяются так называемые запираемые триодные тиристоры, которые запираются при подаче через управляющий электрод короткого импульса обратного напряжения на эмиттерный переход. Разработаны также симметричные тиристоры, или симисторы, имеющие структуру n-р-n-p-n или р-n-p-n-p, которые отпираются при любой полярности напряжения и проводят ток в оба направления

Контрольные вопросы:

1 В чём отличие динистора от тринистора?

2 Опишите принцип действия тринистора?

3 Проанализировать ВАХ тринистора для двух различных напряжений на управляющем электроде.

4 Что такое симмистор? Где он используется?

5 Представьте тиристор в виде составного транзистора.

Ход работы

1. Собрал электрическую цепь.

2. Установил напряжение источника Е1=0В, контролируя ток управления по прибору РА1(Iупр=0).

3. Изменял напряжение второго источника Е2 от 0 до 400 В с шагом 50В и определить момент включения тринистора. При включении тринистора записал точные значения тока Ia(Iвкл) – единицы, десятки мА(РА2) и напряжения Uа(Uвкл) – десятые доли вольта(PV1).

4. При E2 = 400В определить Ia=Imax (PA2) и Ua = Uоткр(PV1).

5. Данные измерений занес в аблицу 1.

Таблица 1

Uа		49,95	99,90	149,8	199,8	899,5	939,5	979,6	1,020
Ia		0О,250	0,500	00,750	0,999	2249,1	2299,1	3349,0	399,0
	Iупр = 0 Iвкл =199,6 мА Uвкл =200.5В Imax =399.0 Ма Uоткр = 1.020 В

6. Установил напряжение первого источника Е1 = 2В и определил ток в управляющем электроде Iупр1. Силу тока контролировал по прибору РА1. Регулируя напряжение источника Е2 от 0 до 12В с шагом 1В снять ВАХ тринистора, как зависимость тока анода Iа (РА2) от напряжения Uа (РV1). При включении тринистора записал точные значения тока Ia(Iвкл) – единицы, десятки мА(РА2) и напряжения Uа(Uвкл) – десятые доли вольта(PV1).

7. Данные измерений занес в таблицу 2.

Таблица 2

Uа		0,999	1,998	2,997	3,996	4,995	704,2	705,0	705,8	706,6
Ia		0,005	0,010	0,015	0,020	0,025	5,295	6,294	7,293	8,293

707,4	708,2	709,0
9,292	110,29	111,29
Iупр1 =1,023мА Iвкл =4,995мА Uвкл =0,704В Imax =11,29мА Uоткр =0,709В

8. Установил напряжение первого источника Е1 = 1,9В и определил ток в управляющем электроде Iупр2. Силу тока контролировал по прибору РА1. Регулируя напряжение источника Е2 от 0 до 50В с шагом 5В снять ВАХ прибора, как зависимость тока анода Iа (РА2) от напряжения Uа (РV1). При включении тринистора записать точные значения тока Ia(Iвкл) – единицы, десятки мА(РА2) и напряжения Uа(Uвкл) – десятые доли вольта(PV1).

9. Данные измерений занес в таблицу 3.

Таблица 3

Uа	0 0	4,995	9,99	14,98	19,98	719,4	723,5	727,5	731,5	735,5	739,5
Ia		0,025	0,05	0,075	0,100	24,28	29,28	34,27	39,27	44,26	49,26
Iупр2 = 1,9 Iвкл =20.78 Uвкл =716,6мВ Imax = 49,26мА Uоткр =21,5В

10. Изменял напряжение первого источника «Е1» от 0 до 12В с шагом 1В и получил зависимость тока анода Iа от тока управленияIупр(Iа=f(Iупр)). Ток управления контролировал по прибору РА1, ток анода – по прибору РА2.

11. Записать значения Iвыкл и Uвыкл

I выкл=0,000106 мкА U выкл=21,3

Таблица 4

Вариант
E2, B	7.5

12. Данные измерений занес в таблицу 5.

Таблица 5

Iа	00,037	00,037	66,794	66,794	66,794	66,794	66,794	66,794	66,794	66,794
Iупр	,0	3392,6	11,023	11,661	22,302	22,944	33,588	44,231	44,875	55,519

66,794	66,794	66,794
66,164	66,809	77,454

13. По результатам измерений построил графики зависимости Ia=f(Uа) при Iупр =0, Ia1=f(U1) при Iупр = Iупр1, Ia2=f(U2) при Iупр = Iупр2, Iа=f(Iупр) при Ua = const и сделал выводы о нелинейных свойствах ВАХ, отметив характерные точки ВАХ, о зависимости напряжения включения тринистора от величины тока управления, о способах выключения тринистора, о зависимости анодного тока от величины тока управления.

Вывод: В ходе данной лабораторной работы были сняты характеристики тиристора с управлением по катоду. Управляющий вывод сделан от р-области, т.к. положительное напряжение можно регулировать процессом инжекции носителей заряда через переход П1, тем самым менять напряжение включения. Базовая область р, к которой подключен управляющий электрод, находится ближе к катоду, поэтому его называют с управлением по катоду. ВАХ тиристора отличается от ВАХ динистора, т.к. напряжение включения у него меньше, и у него есть управляющий электрод, а обобщенная форма ВАХ такая же, как у динистора.

Ответы на контрольные вопросы:

4.1 Отличие динистора от тринистора заключается в том, что у тринистора из одной базовой области сделан вывод, подавая на который прямое напряжение, можно управлять значением U_ВКЛ тиристора.

4.2 Работа тиристора основана на том, что на сопротивлении второго р-n-перехода действуют два противоположных событий: во-первых, на этом переходе увеличивается обратное напряжение, а, во-вторых, переход включается всё в более прямом направлении. До точки U_ВКЛ перевешивает первый процесс, а потом начинает преобладать второй, и тиристор отпирается.

4.3 По ВАХ тринистора видно, что чем больше напряжение на управляющим электроде, тем больше управляющий ток, тем больше U_ВКЛ.