Государственный комитет Российской Федерации

по высшему образованию

Удмуртский государственный университет

Реферат на тему:

«Тиристоры. Характеристики и область применения»

Выполнил: студент группы 34-31

Овечкин И.В.

Проверил: преподаватель

Боровская И.Г.

Ижевск 2011

Содержание

1.Основные понятия

2.Вольтамперная характеристика тиристора

3.Тиристор в цепи постоянного тока

4.Тиристор в цепи переменного тока

5.Запираемые тиристоры

6.Основные параметры

7.Применение

8.Вывод

9.Список литературы

Основные понятия

Тиристор – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор. С точки зрения применения тиристор – это полупроводниковый ключ, т.е. прибор, основное назначение которого состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью внешних сигналов.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц.

Конструктивное исполнение тиристоров приведено на рисунке представленном ниже:

Конструкция корпусов тиристоров: а) – таблеточная; б) – штыревая

Основными типами являются диодные и триодные тиристоры (рисунок 1). В диодных тиристорах (динисторах (рисунок 1а)) переход прибора из закрытого состояния в открытое связан с тем, что напряжение между анодом и катодом достигает некоторой граничной величины, являющейся параметром прибора. В триодных тиристорах управление состоянием прибора производится по цепи третьего – управляющего электрода. По цепи управляющего электрода при этом могут выполняться либо одна, либо две операции изменения состояния тиристора. В зависимости от этого различают одно- и двухоперационные тиристоры. В однооперационных тиристорах (рисунок 1б) по цепи управляющего электрода осуществимо только отпирание тиристора. С этой целью на управляющий электрод подается положительный относительно катода импульс напряжения. Запирание однооперационного тиристора, а также динистора производится по цепи анода изменением полярности напряжения анод - катод. Двухоперационные тиристоры (рисунок 1в) допускают по цепи управляющего электрода, как отпирание, так и запирание прибора. Для запирания на управляющий электрод подается отрицательный импульс напряжения. В фототиристорах (рисунок 1г) отпирание прибора производиться с помощью светового импульса.

Все перечисленные приборы выполняют функцию бесконтактного ключа, обладающего односторонней проводимостью тока. Прибор, позволяющий проводить ток в обоих направлениях, называют симметричным тиристором (симистором (рисунок 1д)). По своему назначению симистор призван выполнять функции двух обычных тиристоров, включенных встречно-параллельно.

Тиристор представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру типа p-n-p-n с тремя p-n-переходами (рисунок 2), в которой p1-слой выполняет функцию анода, а n2-слой – катода. Управляющий электрод связан с p2-слоем структуры.

Основной характеристикой тиристора является его вольтамперная характеристика, показывающего зависимость тока в нагрузке от напряжения цепи (рисунок 3).

Вольтамперная характеристика тиристора

Рассмотрим обратную ветвь ВАХ тиристора, которая снимается при токе управления Iу=0. обратному напряжению тиристора соответствует подключение внешнего напряжения отрицательным полюсам к аноду и положительным – к катоду. Приложение обратного напряжения к тиристору вызывает смещение среднего перехода П2 в прямом направлении, а двух крайних переходов П1 и П3 – в обратном. Переход П2 открыт, и падение напряжения на нем мало. Поэтому можно предположить, что обратное напряжение распределяется главным образом по переходам П1 и П3. Однако в процессе изготовления тиристора концентрация примеси в р2 и n2-слоях обеспечивается достаточно высокой по сравнению с концентрацией в р1 и n1-слоях и переход П3 получается узким. С приложением обратного напряжения переход П3 вступает в режим электрического пробоя при напряжении, существенно меньшем рабочих напряжений. Обратное напряжение, по существу, прикладывается к переходу П1, т.е. обратная ветвь ВАХ тиристора представляет собой обратную ветвь ВАХ перехода П1. Таким образом, способность тиристора выдерживать обратное напряжение возлагается на p-n-переход П1.

Проанализируем поведение тиристора при подведении к нему напряжения в прямом направлении. Крайние переходы П1, П3 смещаются в прямом направлении, а средний переход П2 – в обратном. В связи с этим напряжение на приборе оказывается приложенным практически к переходу П2. Вначале рассмотрим случай отсутствия тока управления Iу=0.

На начальном участке 0-б, соответствующем малым значениям прямого напряжения Ua, ток Ia мал. Этот участок ВАХ тиристора представляет собой обратную ветвь ВАХ p-n-перехода П2, смещенного в обратном направлении.

На участке б-в проявляется более сильная зависимость тока Ia от напряжения Ua.

Точка в является граничной, в ней создаются условия для отпирания тиристора. Напряжение на приборе в точке в называется напряжением переключения Uпер.

Участок г-д соответствует открытому состоянию тиристора. В точке г напряжение на переходе П2 равно нулю, ток IK = 0. На участке г-д все три p-n-перехода находятся под прямым напряжением смещения. Напряжения на переходах П1, П3 противоположны по знаку напряжению на переходе П2. В связи с этим падение напряжения на приборе примерно равно падению напряжения на одном переходе (как в диоде). Увеличение падения напряжения на тиристоре при движении по кривой от точки г к точке д объясняется повышением напряжения на переходах и ростом падения напряжения в слоях полупроводниковой структуры с увеличением тока.

При некотором значении тока управления участок закрытого состояния тиристора на прямой ветви ВАХ исчезает и характеристика приближается к прямой ветви ВАХ простого p-n-перехода (ветвь 0-г-д). Наблюдается так называемое спрямление характеристики. Значение тока Iу, при котором происходит спрямление характеристики, определяет ток управления спрямления Iу.спр.

Тиристор в цепи постоянного тока

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности. На длительность переходного процесса при включении значительное влияние оказывают характер нагрузки (активный, индуктивный и пр.), амплитуда и скорость нарастания импульса тока управления iG , температура полупроводниковой структуры тиристора, приложенное напряжение и ток нагрузки. В цепи, содержащей тиристор, не должно возникать недопустимых значений скорости нарастания прямого напряжения duAC/dt, при которых может произойти самопроизвольное включение тиристора при отсутствии сигнала управления iG и скорости нарастания тока diA/dt. В то же время крутизна сигнала управления должна быть высокой.

Среди способов выключения тиристоров принято различать естественное выключение (или естественную коммутацию) и принудительное (или искусственную коммутацию). Естественная коммутация происходит при работе тиристоров в цепях переменного тока в момент спадания тока до нуля.

Способы принудительной коммутации весьма разнообразны. Наиболее характерны из них следующие: подключение предварительно заряженного конденсатора С ключом S (рис 4, а); подключение LC-цепи с предварительно заряженным конденсатором CK (рис 4 б); использование колебательного характера переходного процесса в цепи нагрузки (рис 4, в).

Рис. 4. Способы искусственной коммутации тиристоров: а) – посредством заряженного конденсатора С; б) – посредством колебательного разряда LC-контура; в) – за счёт колебательного характера нагрузки

При коммутации по схеме на рис. 4,а подключение коммутирующего конденсатора с обратной полярностью, например другим вспомогательным тиристором, вызовет его разряд на проводящий основной тиристор. Так как разрядный ток конденсатора направлен встречно прямому току тиристора, последний снижается до нуля и тиристор выключится.

В схеме на рис. 4,б подключение LC-контура вызывает колебательный разряд коммутирующего конденсатора Ск. При этом в начале разрядный ток протекает через тиристор встречно его прямому току, когда они становятся равными, тиристор выключается. Далее ток LC-контура переходит из тиристора VS в диод VD. Пока через диод VD протекает ток контура, к тиристору VS будет приложено обратное напряжение, равное падению напряжения на открытом диоде.

В схеме на рис. 4,в включение тиристора VS на комплексную RLC-нагрузку вызовет переходный процесс. При определенных параметрах нагрузки этот процесс может иметь колебательный характер с изменением полярности тока нагрузки iн. В этом случае после выключения тиристора VS происходит включение диода VD, который начинает проводить ток противоположной полярности. Иногда этот способ коммутации называется квазиестественным, так как он связан с изменением полярности тока нагрузки.