7. Схема с управляемой вах

Устройства, вольтамперная характеристика которых имеет падающий участок, могут быть двух типов. Они отличаются по виду характеристик. Характеристики N-вида имеет максимум тока, а характеристика S-вида – максимум напряжения. Для исследования устройств с вольтамперной характеристикой N-вида необходимо иметь источник постоянного напряжения с малым внутренним сопротивлением. Вольтамперные характеристики S-вида получаются с помощью источника тока.

Представителями устройств этого типа являются такие электрические схемы, например как тиристор и туннельный диод.

Т уннельные диоды – диоды, в основе которых использован туннельный эффект. Любой двухполюсник, имеющий на ВАХ участок отрицательного дифференциального сопротивления, может использоваться как усилитель или генератор, но не оправдали надежд, так как подвержены временной деградации.

Тиристор – полупроводниковый прибор с тремя и более р-n переходами, ВАХ которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Тиристоры бывают:

-диодные (динисторы) и триодные (тринисторы);

-с управлением по катоду и по аноду;

-незапираемые и запираемые.

Структура тиристора

Т иристор имеет А(анод), К(катод) и две базы, к одной из которых подключается управляющий электрод. В результате получаем управление по аноду или по катоду. Для понимания работы тиристора можно воспользоваться двухтранзисторной моделью работы тиристора, которой тиристор представлен как соединение 2-ух транзисторов с разными типами проводимостей. Коллектор каждого из этих транзисторов соединен с базой другого транзистора.

, где - статический коэффициент передачи тока эмиттера, - обратный ток перехода коллектор-база.

,

. Так как , где .

При малых напряжениях анод - катод через транзистор протекают токи утечки коллекторных переходов. Пока эти токи малы и коэффициент усиления меньше единицы транзистор остается закрытым. При увеличении этого напряжения токи утечки возрастают, коэффициент усиления по току транзистора начинает превышать единицу и так как коллекторный ток одного из транзистора является базовым током другого и наоборот, происходит лавинообразное открывание обоих.

Наличие управляющего электрода позволяет извне подавать ток, необходимый для открывания тиристоров.

Рис.7.1

На ВАХ тиристора можно выделить несколько областей с соответствующими режимами работы:

Режим 1 – (0-1) - режим прямого запирания - напряжение на аноде положительно относительно катода, ток незначителен.

Режим 2 – (1-2) - участок характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Он начинается в т. ВАХ, где , напряжение в этой точке называется напряжением включения , а ток через прибор – током включения .

Режим 3 – (2-3) – режим прямой проводимости. Он начинается в т.2. Напряжение в этой точке называется напряжением удержания , а ток-током удержания . Это минимальные напряжение и ток, необходимые для поддержания тиристора в открытом состоянии.

Режим 4 – (0-4) – режим обратного запирания, когда напряжение анода относительно катода отрицательно.

Режим 5 – (4-5) – режим обратного пробоя.

По способу управления резисторы бывают однооперационными, выключение которых осуществляется снижением анодного тока ниже тока удержания или за счет включения анодного тока противоположного направления, и двухоперационными, которые включаются подачей на УЭ положительного напряжения, а выключается подачей на этот электрод импульса отрицательной полярности.

Основными параметрами тиристоров являются:

напряжение и ток включения;

ток выключения (удержания);

максимально допустимый ток в открытом состоянии;

время задержки включения и выключения;

класс по напряжению, под которым понимается предельное эксплуатационное напряжение в сотнях вольт, не вызывающее самопроизвольного включения тиристора или разрушения его структуры.

Существует множество схем с характеристиками S и N-вида. Рассмотрим некоторые из них.

Схемы с характеристикой S-вида

Схема последовательного принципа действия.

Устройство (рис.7.2) имеет S-образную вольтамперную характеристику. Положительное входное напряжение открывает переход эмиттер-база транзистора VT1,через который протекает ток, определяемый резистором R4.Коллекторный ток транзистора VT1 создает падение напряжения на резисторе R2, которое открывает транзистор VT2.Ток, протекающий через транзистор VT2,поступает из входной цепи через резистор R1. Кроме того открывание транзистора VT2 вызывает уменьшение напряжения в базовой цепи транзистора VT1:параллельно резистору R4 подключается резистор R3. В результате формируется наклонный участок вольтамперной характеристики. После того как транзистор VT2 полностью откроется, входной ток схемы будет определяться соотношением ∆U/∆I=R1R3/R2.

Рис.7.2 Схема последовательного принципа действия

Схема с управляемой вольтамперной характеристикой (рис.7.3)

Для получения такой характеристики используется эквивалент однопереходного транзистора, построенный на двух транзисторах с различным типом проводимости. Ток, протекающий через делитель R3 и R4, создает падение напряжения, которое закрывает эмиттерный переход транзистора VT1.При повышении напряжения на эмиттере начинает протекать ток, который проходит через базу транзистора VT2. Транзистор VT2 начинает открываться. Это приводит к снижению напряжения на базе транзистора VT1,что в свою очередь вызывает еще большее его открывание. В результате вольтамперная характеристика имеет S-образный вид.

Рис.7.3 Схема с управляемой ВАХ

Схемы с характеристикой N-вида

Схема с вольтамперной характеристикой, управляемой током

Приведенная на рис. схема позволяет получить управляемое отрицательное сопротивление. Управление осуществляется по базе транзистора VT1. Коллекторный ток транзистора VT1 зависит от базового тока смещения. Резистор R совместно с транзистором VT2 и VT3 управляют базовым током. При увеличении напряжения на коллекторе транзистора VT1 увеличивается ток, протекающий через резистор R1.Этот ток поступает в базу транзистора VT2. Коллекторный ток транзистора VT2 уменьшает базовый ток транзистора VT1.C уменьшением сопротивления резистора R1 скорость уменьшения коллекторного тока транзистора VT1 возрастает, что видно при сравнении графиков на рис. 3 б) и в).

Рис.7.4 Схема с вольтамперной характеристикой, управляемой током

Управляемая напряжением схема последовательного включения транзисторов

Двухполюсник (рис.7.5) обладает N-образной характеристикой. При нулевом входном напряжении транзистор VT1 закрыт, а второй транзистор открыт источником напряжения. В цепи базы транзистора VT2 течет ток, определяемый резисторами R2 и R3.При увеличении входного напряжения начинает протекать ток, который проходит через резистор R4 и транзистор VT2. Дальнейшее увеличение входного напряжения открывает транзистор VT1.C открыванием транзистора VT1 закрывается транзистор VT2. В результате входной ток уменьшается.

Рис.7.5 Управляемая напряжением схема последовательного включения транзисторов

Схема с параллельным включением транзисторов

При входном напряжении меньше 2В (рис.7.6) отрыт транзистор VT1.Через него протекает ток, который определяется резистором R1. При входном напряжении больше 2В открывается транзистор VT2, который уменьшает напряжение на базе транзистора VT1 и тем самым уменьшает ток, протекающий через него. При напряжении на входе более 9В транзистор VT2 находится в насыщении. Ток в схеме определяется резисторами R3 и R4.

Рис.7.6 Схема с параллельным включением транзисторов

S-образная N-образная

Pис.7.7 Pис.7.8

Задание к лабораторной работе :

1)Собрать поочередно схемы (рис. 8.1, рис. 8.2)

2)Варьируя напряжение на входе исследуемых схем снять показания амперметра на выходе (опыт проделать не менее 5 раз).

3)Полученные данные ввести в таблицу.

S-образная (рис. 1)		N-образная (рис. 2)
U	A	U	A

4)Построить ВАХ схем.

Контрольные вопросы

1. Что необходимо для исследования устройств с вольтамперной характеристикой N-типа, S-типа?

2. Приведите примеры устройств с управляемой ВАХ.

3. Структура тиристора. Режимы работы тиристоров.

4. Как классифицируются тиристоры по способу управления? В чем различие этих способов управления?

5. Какой вид имеет вольтамперная характеристика в схеме с управляемой ВАХ и почему именно такой?

6. По какому элементу в схеме с ВАХ, управляемой током, происходит управление отрицательным сопротивлением?

7. На что влияет уменьшение сопротивления R в схеме с ВАХ, управляемой током?