Тиристоры (стр. 2 из 2)

Важной особенностью почти всех типов полупроводниковых приборов с че- тырехслойной 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 0.2А 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.

Включение триодных тиристоров постоянным и импульсным токами.

На рис. показаны отпирающий сигнал (ток iу), длительность фронта которого для простоты . принята равной нулю, и кривая нарастания прямого тока, на которой отмечены две точки, соответствующие уровням 0,1 и 0,9 установившегося значения тока Iпр.

Время, необходимое для того, чтобы ток тринистора достиг уровня 0,1 установившегося значения, называется в р е м е н е м з а д е р ж к и п о управля- ющему электроду tу.зд. Временной интервал между уровнями 0,1 и 0,9 установившегося значения тока называется в р е м е н е м н а р а с т а н и я п р я м о г о т о к а tпр. За точкой 0,9 Iпр ток растет значительно медленнее, это-время распространения тока на всю проводящую площадь перехода. Уровни, по которым отсчитываются указанные интервалы, показаны на рис.

Время включения по управляющему электроду тринистора t у.вкл, которое приводится в справочных данных:

t у.вкл=t у.зд+t нр

Обычно t у.зд в несколько раз больше t нр

и практически определяет время t у.вкл .

В течение времени задержки t у.зд во внутренней р-области накапливаете минимальный заряд, достаточный для развития лавинооблазного процесса нарастания тока через структуру. В этом интервале времени через тринистор про- ходит небольшой ток, в основном определяемый током управляющего электрода (16). Процесс включения среднего перехода I2 (рис. 1.а) только развивается, и, если в течение промежутка времени t у.зд снять управляющий сигнал, три- нистор возвратится в закрытое состояние. Время задержки в некоторых пределах зависит от тока управления Iy: возрастает при уменьшении тока Iу и несколько сокращается при увеличении тока до значения импульсного отпирающего тока Iу.от.и. При токах Iу > Iу.от.и задержка t у.зд практически не меняется.

В конце интервала времени t у.зд прямой ток достигает значения тока удер- экания, и в полупроводниковой структуре начинает развиваться лавинообразный процесс нарастания тока.. При больших токах управления, имеющих фронт с крутизной несколько ампер в микросекунду, зона начальной проводимости среднего перехода увеличивается. Скорость распространения процесса включения в среднем (коллекторном) переходе зависит от конструкции управляющего электрода структуры и составляет примерно 1 ... 10 мм/мкс.

Время включения по управляющему электроду t у.вкл у маломощных три- нисторов составляет 1 ...2 мкс, у приборов средней мощности доходит до 10мкс. Приборы, специально предназначенные для импульсного режима работы, имеют меньшее значение t у.вкл . Например, у тринисторов КУ104 оно не превышает 0,3 мкс, а у тринисторов КУ216 0,15 мкс.

Для уверенного отпирания тринистора от источника постоянного тока значения управляющего тока Iу и управляющего напряжения Uу выбираются из условий

Iу>=Iу.от

Uу>=Uу.от

Iу Uу <= Ру

где Iу.от - постоянный отпирающий ток управления: Uу.от - постоянное отпирающее напряжение управления; Ру - допустимая средняя мощность, рассеиваемая на управляющем электроде.

В цепях постоянного тока тринисторы могут отпираться различными спосо- бами. Конкретный способ управления во многом зависит от функций устройства. Один из наиболее простых способов, при котором источник анодного питания Uпит одновременно используется и для получения необходимого отпирающего тока в цепи управляющего электрода, иллюстрируется схемами на рис.

В схеме рис. 9а тринистор включается сразу при подаче анодного питания, если суммарное сопротивление анодной нагрузки и резистора R1 обесточивает ток управляющего электрода

Iу=Uпит/(Rн+R1)>=Iу.от.

После открывания прибора напряжение на аноде снижается до значения Uос, все напряжение источника питания практически оказывается приложенным к нагтрузке и в цепи управляющего электрода начинает протекать незначительный ток, равный Iу=Uпит/R1.

Для отпирания тринистора в устройстве, показанном на рис. 9,6, необходимо кратковременно нажать кнопку S1. Если при этом значение тока Iу, прете-

кающего в цепи управления, удовлетворяет приведущему условию , то тринистор переключится в открытое состояние. Обычно для надежного включения достаточно через цепь управляющего электрода пропустить ток

Iу=(1…1,1)Iу.от, для чего сопротивление резистора R1 (рис. 9,6), ограничивающего ток управляющего электрода, рассчитывается по формуле

R1 = (0,9 ... 1) Uпит/Iу.от (1)

Для схемы рис. 9.в рассчитамное по формуле (1) сопротивление резистора Я, должно быть уменьшено на значение сопротивления анодной нагрузки Rн.

Резистор R2 (рис. 9,6) обеспечивает гальваническую связь управляющего электрода с катодом, что увеличивает устойчивость работы тринистора в ждущем режиме (особенно при повышенной температуре окружающей среды). Рекомендуемое сопротивление этого резистора указывается в справочных данных некоторых типов тринисторов. Обычно у маломощных приборов оно составляет несколько сотен ом, а у приборов средней мощности-примерно 50...100 Ом.

В схеме рис. 9.в тринистор открывается и через нагрузку начинает проходить ток при размыкании выключателя .S1. Такой способ отпирания тринистора менее экономичен, чем два предыдущих, поскольку от источника питания постоянно потребляется ток, равный Uпит/R1; при закрытом приборе он протекает через замкнутые контакты S1, а при размыкании выключателя-через цепь управляющий электрод-катод тринистора. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле (1).

Широкое распространение получили импульсные способы управления три- нисторами. которые являются наиболее экономичными и позволяют фиксировать момент включения прибора с высокой точностью. Фактически схема рис. 9.б также иллюстрирует импульсный способ отпирания-длительность управляющего импульса равна времени, пока замкнуты контакты кнопки S1 .

На рис. приведена схема устройства, выполняющего функции дверного кодового замка, которая иллюстрирует многочисленные возможности практического использования выключателей на тринисторах с кнопочным управлением.

Основу замка составляет переключатель на трех тринисторах VS1-VS3, соединенных последовательно. В анодную цепь тринистора VS3 включена обмотка электромагнита YA1, сердечник которого служит запором для двери. Цепочка последовательно соединенных тринисторов может быть переключена в проводящее состояние только при отпирании каждого из них в определенной последовательности: первым должен быть открыт тринистор VS1, вторым – VS2 и, наконец, - VS3 .

Открываются тринисторы с помощью кнопок, оправляющие электроды три- нисторов могут быть подсоединены к контактам любых трех кнопок S0-S9 пульта, установленного на стене с наружной стороны двери. При показанном

на схеме соединении управляющих электродов тринисторов с кнопками кодом замка является число 430, и поэтому первой должна быть нажата кнопка .S4, затем-кнопка S3 и последней-кнопка S0. Сопротивления резисторов R1 и R2 обеспечивают выполнение условия Iпр>Iуд, поэтому после включения тринисторов VS1 и VS2 при кратковременном нажатии кнопок S4 и S3 соответственно эта приборы остаются в проводящем состоянии. После нажатия кнопки S0 включается тринистор VS3, напряжение источника питания Uпит через замкнутые контакты выключателя SA1 и кнопки S10 подается на обмотку электромагнита YA1, при этом одновременно загорается сигнальная лампа HL1. Электромагнит втягивает сердечник и таким образом открывает замок двери. При открывании двери контакты выключателя SA1 размыкаются и разрывают цепь питания, тринисторы вновь выключаются, и после закрывания двери устройство возращается в исходное состояние .

Тринистор VS4 служит для того, чтобы исключить возможность открыть замок подбором кода. Контакты кнопок, не использованных в коде, соединены между собой и подключены к управляющему электроду тринистора VS4. Если при попытке подобрать код будет нажата любая из этих кнопок, то тринистор VS4 откроется и замкнет цепь управления тринисторов VS1-VS3, и тогда ни один из них уже невозможно будет включить. Сопротивление резистора R6 рассчитывается по формуле Uпит/R6>Iуд поэтому тринистор VS4 после отключения остается в проводящем состоянии. Такой же результат будет и при одновременном нажатии всех кнопок, так как тринистор VS4 откроется раньше, чем три последовательно соединенных тринистора VS1-VS3. Полезно обратить внимание на то, что этому обстоятельству способствует также и большее значение управляющего тока прибора VS4 по сравнению с тринисторами VS1-VS3. Чтобы устройство возвратить в исходное состояние после включения тринистора VS4, следует нажать кнопку S10 «Вызов», контакты которой разрывают цепь питания тринистора VS4, и последний закрывается. Одновременно замыкающие контакты этой кнопки включают звонок HA1 звуковой сигнализации. Кстати, этой кнопкой можно пользоваться просто как кнопкой звонка, если ход замка не известен.

С помощью кнопки S11 замок можно открыть дистанционно из помещения. При нажатии этой кнопки тринисторы VS1-VS3 замыкаются накоротко и напряжение питания подается на обмотку электромагнита YA1. Кнопку S11 следует держать нажатой до тех пор, пока дверь не будет открыта.

Для изменения кода замка провода, идущие от управляющих электродов тринисторов VS1-VS3, подсоединяют к зажимам 0...9 в соответствии с кодовым числом; остальные зажимы соединяют между собой и подключают к управляющему электроду тринистора VS4.