Site Loader

Содержание

описание, принцип работы, свойства и характеристики

Популярные динисторы однополярные и симметричные. Справочные данные.

Динистор! Редкий зверь в наших краях. У него уши вот такие, глаза — такие, и сам он такой… Сразу видно — пришло животное из далёких стран. Надо звать людей, пусть кто-нибудь расскажет, что это за скотина.

Секундочку, я уже здесь, только подгребу немного и переключусь на открытый канал.
Итак, давайте определимся, что такое ДИНИСТОР.
Когда молчит википедия — чёткой формулировки, переходящей от источника в источник, не существует, каждый трактует её по-своему, порой не совсем адекватно. Потренируемся и мы.

Динистор — это двухэлектродный ключевой полупроводниковый элемент, открытие которого происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, а закрытие — снижением до определённого уровня тока через него.
К количеству наращённых в динисторе p-n переходов отнесёмся идентифирентно, а вот ВАХ (вольт-амперные характеристики), как нельзя лучше, помогут нам разобраться в работе данного типа полупроводников.

Однополярный динисторСимметричный динистор
Рис.1

На Рис.1 (слева) приведена ВАХ однополярного (несимметричного) динистора, который работает только при наличии положительного смещения. При обратном смещении, превышающем Uобр max, прибор может выйти из строя.

Симметричный динистор Однополярный динистор Рис.2

Для снятия вольт-амперной характеристики динистора нам понадобится источник регулируемого напряжения от 0В до некоторого значения, превышающего напряжение открывания Uвкл полупроводника и эквивалент нагрузки Rн (Рис.2).

Установим на источнике самый низкий уровень напряжения и начнём его постепенно повышать.
Участок 1 на ВАХ: динистор закрыт, ток через нагрузку равен току утечки динистора (десятки микроампер), напряжение на Rн≈0.
При дальнейшем увеличении напряжения ничего не меняется до тех пор, пока не будет достигнут уровень Uвкл. В этот момент динистор триггерно открывается (участок 2), и дальнейшая величина тока через нагрузку будет зависеть от входного напряжения, сопротивления Rн и сопротивления открытого динистора (участок 3). Напряжение на нагрузке Uн при этом равно напряжению источника питания минус напряжение (около 5В) падения на открытом динисторе. Ясен пень, что Iн=Uн/Rн=(Uпит-Uпад)/Rн.
Как теперь закрыть динистор?
Начинаем уменьшать напряжение источника… Ток нагрузки по прежнему равен Iн=(Uпит-Uпад)/Rн.
В определённый момент времени, когда ток через динистор уменьшится до величины, называемой током удержания (Iуд), динистор мгновенно закроется, ток нагрузки упадёт до «0». Итог — ключ закрылся.

Симметричные (двухполярные) динисторы работают точно таким же образом, как и однополярные, только всё вышесказанное верно не только для положительных напряжений, но и для отрицательных. Проверяется незамысловатым изменением полярности подключённого источника питания.

Для наглядной иллюстрации изложенного материала, давайте рассмотрим работу динисторного генератора пилообразного напряжения.

Генератор на динисторе
Рис.3

Вот как описывает работу приведённого генератора автор издания «Практическая электроника от транзистора до кибернетической системы» Р.В.Майер.

«Нами использовались динистор типа КН102А (открывается при 11 В), резистор на 2 — 5 ком, конденсатор ёмкостью 1 — 10 мкФ; напряжение питания 20 — 100 В. При включении динистор закрыт, конденсатор C1 медленно заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе растёт до напряжения открывания динистора (Рис.3.2). Когда динистор открывается, его сопротивление резко падает, и конденсатор быстро разряжается через него. При уменьшении анодного напряжения до напряжения закрывания динистор закрывается, после чего все повторяется снова.
Время заряда τ=RC, поэтому при увеличении R и C период колебаний растёт, частота импульсов уменьшается. С ростом напряжения питания конденсатор заряжается быстрее, частота генерируемых импульсов увеличивается».

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:

— Напряжение открывания (включения), Uвкл;
— Минимальный ток удержания, Iуд;
— Максимально допустимый прямой ток, Iпр;
— Ток утечки в закрытом состоянии, Iут;
— Максимально допустимое обратное напряжение, Uобр max;
— Падение напряжения на открытом динисторе, Uпр;
— Скорость нарастания напряжения при переключении, dUзакр/dt, либо
     Время нарастания напряжения, tr.

Электрические характеристики распространённых однополярных динисторов КН102 и симметричных (двуполярных) DB3-D34 динисторов сведём в итоговую таблицу.

  Тип    Uвкл, В     Iуд, мА    Iпр max, А
 (пост/имп) 
  Iут, мкА     Uобр max,
  В
  Uпр, В     dUзакр/dt (В/мкс)  
  либо tr (мкс)
  КН102А      20     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     0,3 В/мкс 
  КН102Б      28     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     0,5 В/мкс 
  КН102В      40     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     0,7 В/мкс 
  КН102Г      56     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     0,9 В/мкс 
  КН102Д      80     0,1-15     0,2 / 2  
  80-150  
  10     1,5     1,3 В/мкс 
  КН102Ж     120     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     2,0 В/мкс 
  КН102И     150     0,1-15     0,2 / 2     80-150     10     1,5     3,3 В/мкс 
  DB3     28-36  
  0,1  
  0,3 / 2     10      —      —     1,5 мкс 
  DB4     35-45     0,1     0,3 / 2     10      —      —     1,5 мкс 
  DB6     56-70     0,1     0,3 / 2     10      —      —     1,5 мкс 
  DС34  
  30-38  
  0,05     0,3 / 2     10      —      —     1,5 мкс 

 

Динистор-применение, принцип работы, структура

Динистор – это двунаправленный триггерный неуправляемый диод, аналогичный по устройству тиристору небольшой мощности. В его конструкции отсутствует управляющий электрод. Он  обладает низкой величиной напряжения лавинного пробоя, до 30 В. Динистор может считаться важнейшим элементом, предназначенным для переключающих автоматических устройств, для схем генераторов релаксационных колебаний и для преобразования сигналов.

Динисторы производятся для цепей максимального тока до 2 А непрерывного действия и до 10 А для работы в импульсном режиме для напряжений с величинами от 10 до 200 В.

 

Динистор

 

Рис. №1. Диффузионный кремниевый динистор pnpn (диодный тиристор) марки КН102 (2Н102). Устройство применяется в импульсных схемах и выполняет коммутирующие действия. Конструкция выполнена в из металлостекла и имеет гибкие выводы.

Принцип работы динистора

Прямое включение динистора от источника питания приводит к прямому смещению p-n-p-перехода П1 и П3. П2 работает в обратном направлении, соответственно состояние динистора считается закрытым, а падение напряжения приходится на переход П2.

Величина тока определяется током утечки и находится в границах от сотых долей мкрА (участок ОА). При плавном увеличении напряжения, ток будет расти медленно, при достижении напряжением величины переключения близкого к величине пробивного напряжения p-n-перехода П2, то ток его возрастает резким скачком, соответственно напряжение падает.

Положение прибора открытое, его рабочая составляющая переходит в область БВ. Дифференциальное сопротивление устройства в этой области имеет положительное значение и лежит в незначительных границах от 0,001 Ом до нескольких единиц сопротивления (Ом).

Чтобы выключить динистор необходимо уменьшить величину тока до значения тока удержания. В случае приложения к прибору обратного напряжения, переход П2 открывается, переход П1 и П3 закрыты.

 

Динистор

 

Рис. №2. (а) Структура динистора; (б) ВАХ

Область применения динистора

  1. Динистор может использоваться для формирования импульса предназначенного для отпирания тиристора, благодаря своей несложной конструкции и невысокой стоимости динистор считается идеальным элементом для применения в схеме тиристорного регулятора мощности или импульсного генератора
  2. Еще одно распространенное применение динистора – это использование в конструкции высокочастотных преобразователей для работы с электрической сетью 220В для питания ламп накаливания, и люминесцентных ламп в компактном исполнении (КЛЛ) в виде компонента, входящего в устройство «электронного трансформатора» Это так называемый DB3 или симметричный динистор. Для этого динистора характерен разброс пробивного напряжения. Устройство используется для обычного и поверхностного монтажа.

Реверсивно-включаемые мощные динисторы

Широкое распространение получила разновидность динисторов, обладающих реверсивно-импульсными свойствами. Эти приборы позволяют выполнить микросекундную коммутацию в сотни и даже в миллионы ампер.

Реверсивно-импульсные динисторы (РВД) используются в конструкции твердотельного ключа для питания силовых установок,  РВД и работают в микросекундном и субмиллисекундном диапазонах. Они коммутируют импульсный ток до 500 кА в схемах генераторов униполярных импульсов в частотном режиме многократного действия.

 

Динистор

 

Рис. №3. Маркировка РВД используемого в моноимпульсном режиме.

Внешний вид ключей собранных на основе РВД

 

Динистор

 

 

Рис. №4. Конструкция бескорпусного РВД.

 

Динистор

 

Рси.№5. Конструкция РВД в метало-керамическом таблеточном герметичном корпусе.

Число РВД зависит от величины напряжения для рабочего режима коммутатора, если коммутатор рассчитан на напряжение 25 kVdc, то их число – 15 штук. Конструкция коммутатора на основе РВД схожа с конструкцией высоковольтной сборки с последовательно соединенными тиристорами с таблеточным устройством и с охладителем. И прибор, и охладитель выбираются с учетом рабочего режима, который задается пользователем.

Структура кристалла силового РВД

Полупроводниковая структура реверсивного-включаемого динистора включает в свой состав несколько тысяч тиристорных и транзисторных секций, обладающих общим коллектором.

Включение прибора происходит после изменения на короткое время полярности внешнего напряжения и прохождения через транзисторные секции короткого импульсного тока. Происходит инжектирование электронно-дырочной плазмы в n-базу, по плоскости всего коллектора создается тонкий плазменный слой. Насыщающийся реактор L служит для разделения силовой и управляющей части цепи, через доли микросекунды происходит насыщение реактора и к прибору приходит напряжение первичной полярности. Внешнее поле вытягивает дырки из слоя плазмы в p-базу, что приводит к инжекции электронов, происходит независимое от величины площади переключение прибора по всей его поверхности. Именно благодаря этому имеется возможность производить коммутацию больших токов с высокой скоростью нарастания.

 

Динистор

 

Рис. №6. Полупроводниковая структура РВД.

 

Динистор

 

Рис. №7. Типичная осциллограмма коммутации.

Перспектива использования РВД

Современные варианты динисторов изготовленных в доступном в настоящее время диаметре кремния позволяют коммутировать ток величиной до 1 млА. Для элементов в основу, которых положен карбид кремния характерна: высокая насыщенность скорости электронов, напряженность поля лавинного пробоя с высоким значением, утроенное значение теплопроводности.

Их рабочая температура намного выше из-за широкой зоны, вдвое превышающая радиационная стойкость – вот все основные преимущества кремниевых динистров. Эти параметры дают возможность повысить качество характеристик всех силовых электронных устройств, изготовленных на их основе.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Поделиться ссылкой:

Принцип работы динистора. Что такое динистор.

Данная статья раскрывает ответ на вопрос: «Что такое динистор?», а также описывает принцип его работы и демонстрирует график зависимости тока от напряжения.

Что такое динистор? История его создания

Динистор это – одна из разновидностей тиристоров, представленная неуправляемым триггерным диодом с двумя направляющими. Характеризуется низкой величиной напряжения электрического пробоя (не выше 30 в) и наличием трех p-h переходов в его четырехслойной структуре.

Хотя задокументированных сведений на сегодняшний день не обнаружено, считается, что идея создания первого динистора принадлежит Уильяму Шокли. На основе этой идеи в 1955 году Фрэнком Гутцвиллером в лаборатории Дженерал Электрик был впервые создан этот прибор, который в дальнейшем получил широкое распространение и смог заменить тиратроны и другие актуальные на тот момент аналоги.

Виды динисторов:

  • Однополярный. Способен работать исключительно при положительном смещении. Превышение обратного напряжения максимального уровня приведёт к тому, что данный полупроводник перегорит;
  • Симметричный. Представляет собой устройство с равнозначными выводами, что позволяет ему работать как при положительном, так и при обратном смещении.

Рис.№1. Динистор Dh4.Рис.№1. Динистор Dh4.

Схематическое изображение динисторов может быть представлено по-разному, ниже приведен один из вариантов

Рис№2. Схематическое изображение структуры динистора. Анод – положительная область (p). Катод – отрицательная область (n).Рис№2. Схематическое изображение структуры динистора. Анод – положительная область (p). Катод – отрицательная область (n).

Динистор характеризуется возможностью перехода из закрытого состояния в открытое. Закрытое состояние определяет низкую проводимость тока, т.е. в таком состоянии динистор ток практически не проводит, за исключением утечки тока. Открытое состояние обеспечивает высокую проводимость тока. Данный переход удается осуществить путем воздействия на динистор напряжением нужного уровня (напряжение включения).

Основные плюсы динистора:

  • Он обеспечивает небольшую потерю мощности;
  • Выдает высокий уровень напряжения на выходе.

Из минусов отмечается только тот факт, что динистор является неуправляемым полупроводником, то есть, нет возможности управления его работой.

Динистор способен работать в следующих диапазоне температур от -40 до +1250 С.

Устройство динистора

У каждого динистора имеется анод, катод и определенный уровень неизменяемого Uвкл (напряжение включения). В его четырехслойной структуре выделяются три pn перехода. При этом, 2 pn перехода из них прямого направления, а именно pn1 и pn3, это элиттерные переходы. А переход pn2 имеет обратную направленность с большим сопротивлением, он называется коллекторный переход. Именно он снижает почти всё напряжение, которое действует на динистор. Схема устройства динистора представлена на рисунке №2.

Принцип работы

Во время включения динистора от источника питания происходит накопление напряжения на его выводах. Определенный уровень напряжения приводит к открытию динистора. Он начинает пропускать ток.

«А вы знали, что уровень напряжения для открытия динистора неизменный и зависит от его типа?»

Так как динистор представляет собой неуправляемый триггерный диод (т.е. отсутствует управляющий вывод), напряжение необходимое для его открытия всегда неизменное.

Для выключения динистора следует:

  • Снизить величину тока ниже значения тока удержания;
  • Разорвать цепь питания;
  • Изменить полярность напряжения на аноде.

Как работает динистор

Когда напряжение, приложенное к динистору, достигает уровня необходимого, т.е. напряжения включения (Uвкл), происходит электрический пробой в pn2 переходе. Данный пробой носит лавинообразный характер.

В результате этого пробоя происходит нарастание тока в динисторе. Что приводит к его переключению.

Рис.№3. Схематическое изображение принципа работы динистора. На рисунке отображено переключение эмиттерных переходов и коллекторного в результате накопления необходимого уровня напряжения.Рис.№3. Схематическое изображение принципа работы динистора. На рисунке отображено переключение эмиттерных переходов и коллекторного в результате накопления необходимого уровня напряжения.

В результате переключения динистор переходит в открытое состояние и начинает проводить ток. Величина проводимого тока определяется сопротивлением цепи и сопротивлением данного полупроводника.

Схема работы динистора

Работу динистора проще понять, если разбирать ее принцип на схеме графической зависимости тока от напряжения.

Рис.№4 Схема работы динистора Рис.№4 Схема работы динистора, где: I пр – прямой ток; Iн – ток нагрузки; Iвыкл – ток выключения – минимальный уровень тока, когда динистор находится еще в открытом состоянии; Iвкл – ток включения – уровень тока во время достижения напряжения включения; Iобр – обратный ток; Uобр – обратное напряжение Uост – остаточное напряжение – напряжение, которое отмечается на динисторе в его открытом состоянии; Uвкл – напряжение включения – напряжение необходимое для включения динистора; Uпр – падение напряжения на открытом динисторе.

Красная линия на графике характеризует состояние динистора в то время, когда он не проводит ток. Напряжение здесь недостаточно для открытия полупроводника.

Синий линией обозначен этап открытия динистора в то время, когда уровень U достигает уровня включения (Uвкл). Он начинает проводить ток.

Зеленая линия обозначает состояние наиболее высокой проводимости динистора. «Важно! Установка несимметричного (однополярного) динистора без учета полярности может привести к его сгоранию в конечном итоге увеличения напряжения!».

Симметричный динистор работает по такому же принципу, единственной отличительной его особенностью является тот факт, что для его работы условие соблюдения полярности не является обязательным, для этого варианта динисторов допускается обратное включение.

Не смотря на схожесть с работой полупроводникового диода, динистор имеет ряд существенных отличий от него:

  • В отличии от диода, который имеет один pn переход, динистор характеризуется наличием трех переходов, что и обуславливает его характеристики;
  • Для диода напряжение для его открытия необходимо меньше вольта (до 500 мВ), для открытия динистора же необходим более высокий вольтаж (так, для зарубежного симметричного динистора нужно напряжение включения 32В).

Область применения

Предназначение динисторов – запуск. Используются в тиристорах регуляторов мощности, в электронных преобразователях напряжения, в тепловых контролях.

Благодаря тому, что динистор обладает рядом особых свойств, и в тоже время является бюджетным вариантом, данный вид полупроводников получил широкое распространение во многих сферах.

Применяется в устройстве:

  • Преобразователей напряжения люминесцентных ламп, неоновых ламп, энергосберегающих ламп;
  • В электронных устройствах, которые осуществляют запуск и поддержку работы разрядных ламп;
  • Нашел своё применение в схемах радиоконструкций, некоторых старых моделях раций, радиомикрофонов;
  • Используется в схемах управления плавным спуском двигателей;
  • Обогревателей;

Это Интересно! Во времена активного пользования и широкого распространения стационарных телефонных аппаратов некоторые умельцы устанавливали динисторы с целью пресечения попыток прослушки, если имелось 2 и более телефона на одной линии.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 2.8 из 5.

Свойства динистора и принцип его работы — Меандр — занимательная электроника

В радиоэлектронной аппаратуре динистор встречается довольно редко, ходя его можно встретить на печатных платах широко распространённых энергосберегающих ламп, предназначенных для установки в цоколь обычной лампы. В них он используется в цепи запуска. В маломощных лампах его может и не быть.

Также динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах, предназначенных для ламп дневного света.

Динистор относится к довольно большому классу тиристоров.

Динисторы

Условное графическое обозначение динистора на схемах.

Для начала узнаем, как обозначается динистор на принципиальных схемах. Условное графическое обозначение динистора похоже на изображение диода за одним исключением. У динистора есть ещё одна перпендикулярная черта, которая, судя по всему, символизирует базовую область, которая и придаёт динистору его свойства.

Условное графическое обозначение динистора на схемах

Также стоит отметить тот факт, что изображение динистора на схеме может быть и другим. Так, например, изображение симметричного динистора на схеме может быть таким, как показано на рисунке.

Возможное обозначение симметричного динистора на схеме

Как видим, пока ещё нет какого-либо чёткого стандарта в обозначении динистора на схеме. Скорее всего, связано это с тем, что существует огромный класс приборов под названием тиристоры. К тиристорам относится динистор, тринистор (triac), симистор, симметричный динистор. На схемах все они изображаются похожим образом в виде комбинации двух диодов и дополнительных линий, обозначающих либо третий вывод (тринистор) либо базовую область (динистор).


В зарубежных технических описаниях и на схемах, динистор может иметь названия trigger diode, diac (симметричный динистор). Обозначается на принципиальных схемах буквами VD, VS, V и D.

Чем отличается динистор от полупроводникового диода?

Во-первых, стоит отметить, что у динистора три (!) p-n перехода. Напомним, что у полупроводникового диода p-n переход всего один. Наличие у динистора трёх p-n переходов придаёт динистору ряд особенных свойств.

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике (ВАХ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

  • Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения VBO – Breakover voltage.
  • Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (VBO или Uвкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.
  • Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током Imax, который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (VBO) составляет  32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении (“+” к катоду, а “-” к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

как работает динистор | Электрознайка. Домашний Электромастер.

♦Динистор и тиристор в цепях постоянного тока.


♦     Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод), это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод), это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦      С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр, то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр), если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦     В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

  • — если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0;
  • — если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд.
  • — подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов.

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦     Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн, через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦     При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2.
♦     При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом, не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н.
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦     У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102  (разное  напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт, что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.


Устройство работает следующим образом.
♦     В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды. Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем  кнопку Кн.
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется».
Загорается лампочка по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго.
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦     Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн. При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается». Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208.

♦     Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог.

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3.
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод.

♦     Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд), будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦     Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2.  А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4.

 Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1), вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5).

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт. Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦     Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6).

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер, сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

  • — управляющего элемента– стабилитрона КС510, который определяет напряжение выхода;
  • — исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А, исполняющих роль регулятора напряжения;
  • — в качестве датчика перегрузки используется резистор R4;
  • — исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503.

♦     На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1. Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510, величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт.
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт.  Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4. При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта.
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта.
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн, сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт, а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3, можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более. Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.


/span

Динистор — это… Что такое Динистор?

Обозначение на схемах

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

Устройство тиристора

Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырёхслойная p-n-p-n структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.

Основная схема тиристорной структуры представлена на рис. 1. Она представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n прибор может иметь два управляющих электрода (базы), присоединённых к внутренним слоям. Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором (или динистором). Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (или просто тиристором).

Вольт-амперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

ВАХ тиристора (с управляющими электродами или без них) приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

  • Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.
  • В точке 1 происходит включение тиристора.
  • Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
  • Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).
  • В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток Ih.
  • Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
  • Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Режимы работы тиристора

Режим обратного запирания

Рис. 3. Режим обратного запирания тиристора

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

  1. Лавинный пробой.
  2. Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используем двухтранзисторную модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера IE, коллектора IC и базы IB и статическим коэффициентом усиления по току α1 p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где IСо— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.

Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток Ig втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.

Ток базы p-n-p транзистора равен IB1 = (1 — α1)IA — ICo1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α2 равен IC2 = α2IK + ICo2.

Приравняв IB1 и IC2, получим (1 — α1)IA — ICo1 = α2IK + ICo2. Так как IK = IA + Ig, то I_A=\frac{\alpha_2I_g+I_{Co1}+I_{Co2}}{1-(\alpha_1+\alpha_2)}

I_A=\frac{\alpha_2I_g+I_{Co1}+I_{Co2}}{1-(\alpha_1+\alpha_2)}

Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние рановесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.

Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α1 + α2 < 1, ток IA мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от IA и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.

Ширина обеднённых слоёв и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обеднённая область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: VAK = V1 + V2 + V3. По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдёт в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещён в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения VAK = (V1 — |V2| + V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.

Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i-n+)-диоду…

Отличие динистора от тринистора

Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если включение динистора происходит при повышении напряжения между анодом и катодом, то в тринисторе для этого используют подачу импульса тока определённой длительности и величины на управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.

Выключение тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения Ih, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом. В настоящее время разработан целый класс запираемых тиристоров, которые переходят в закрытое состояние после подачи на управляющий электрод напряжения отрицательной полярности.

Характеристики тиристоров

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 109 А/сек, напряжения — 109 В/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; кпд достигает 99 %.

Применение

Ссылки

См. также

Симметричный динистор (DIAC)

  1. Радиоэлектроника
  2. Схемотехника
  3. Основы электроники и схемотехники
  4. Том 3 – Полупроводниковые приборы

Добавлено 25 сентября 2018 в 17:39

Сохранить или поделиться

Как и все диоды, динисторы (диоды Шокли) являются однонаправленными устройствами; то есть они проводят ток только в одном направлении. Если требуется двунаправленная работа (по переменному току), два динистора могут быть соединены параллельно друг другу в разных направлениях, чтобы сформировать новый тип тиристора, симистор, DIAC (ДИАК, симметричный динистор) (рисунок ниже).

Симметричный динистор (DIAC). Эквивалентная схемаСимметричный динистор (DIAC). Эквивалентная схемаСимметричный динистор (DIAC). Условное графическое обозначениеСимметричный динистор (DIAC). Условное графическое обозначениеСимметричный динистор (DIAC)Симметричный динистор (DIAC)

Симистор, симметричный динистор (DIAC), работающий с постоянным напряжением, ведет себя точно так же, как и обычный динистор (диод Шокли). Однако с переменным напряжением его поведение отличается от того, что можно было бы ожидать. Поскольку переменный ток неоднократно меняет свое направление, симметричные динисторы не будут оставаться отпертыми (открытыми) более чем половину полупериода. Если DIAC отопрется, он продолжит проводить ток только до тех пор, пока будет доступно напряжение для пропускания тока в этом направлении. Когда полярность переменного напряжения меняет направление, а это происходит дважды за период, симметричный динистор будет запираться из-за недостаточной величины тока, что потребует другого переключения, прежде чем он снова начнет пропускать ток. Результатом является форма тока, показанная на рисунке ниже.

Форма сигналов на симметричном динисторе (DIAC)Форма сигналов на симметричном динисторе (DIAC)

Симисторы, симметричные динисторы практически никогда не используются отдельно, а только в сочетании с другими тиристорными устройствами.

Оригинал статьи:

Теги

DIAC / диак (симметричный динистор)Динистор / PNPN диод / диод ШоклиДиодОбучениеТиристорЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *