Курсанта Вечернезаочного отделения


с. 1

Контрольная работа №1 за IV курс по предмету:


«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

Курсанта Вечернезаочного отделения




Борискина Олега Ивановича



Код ШМ8559



Заочное отделение




Специальность: «Морское судовождение»

Вариант 9


2001 год

КОЛЛЕДЖ ИННОВАНЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СПЕЦИАЛИСТОВ ФЛОТА СПбГУВК


1.Объяснить устройство принцип действия и схему включения тиристора. Пояснить основные параметры тиристоров.
Первые промышленные образцы тиристоров по­явились в конце пятидесятых годов. В настоящее время эти приборы получили широкое распростране­ние. Преимущества тиристоров следующие: малые масса и габариты, большой срок службы, высокий КПД, малая чувствительность к вибрации и механи­ческим перегрузкам, способность работать при низ­ких (прямых) и высоких (обратных) напряжениях, а также при очень больших токах, достигающих сотен ампер.

Основное свойство тиристора, обеспечивающее ему самые разнообразные применения в автоматике, элек­тронике, энергетике,— это способность находиться в двух устойчивых состояниях: закрытом и открытом. В закрытом состоянии сопротивление тиристора состав­ляет десятки миллионов ом и он практически не про­пускает ток при напряжениях до тысячи вольт; в открытом — сопротивление тиристора незначитель­но. Падение напряжения на нем около 1 В при токах в десятки и сотни ампер. Переход тиристора из од­ного состояния в другое происходит за очень корот­кое время, практически скачком. Среди тиристоров выделяют динисторы и тринисторы.

Динистор — это тиристор с двумя электродами (выводами). Переход динистора из одного состояния в другое осуществляется изменением значения или полярности напряжения на выводах.

Тиристор, снабженный третьим (управляющим) электродом, называется тринистором. Управляющий электрод позволяет с помощью небольшого сигнала управления (импульса напряжения) перевести ти­ристор из закрытого состояния в открытое при неиз­менном (заданном) напряжении на основных электро­дах. Обратный переход из открытого состояния в за­крытое с помощью управляющего напряжения невоз­можен.

Структура тиристора содержит четыре (р-п-р-п} или пять (р-п-р-п-р) слоев. В последнем слу­чае тиристор называют симметричным.

Четырехслойная структура тиристора изображена на рис. 16.28. Тиристор содержит три p-п-перехода:

/71, Пг, Пз. Чтобы повысить эффективность управляющего сигнала Uc, слои, к которому подключен управ­ляющий электрод, делают тоньше остальных.

Физические процессы в четырехслойной структуре и тем более их математическое описание достаточно сложны, поэтому ограничимся лишь общими сильно упрощенными представлениями.










Рис. 16.28. Схематическое

изображение тиристора-



а - динистор, б -.тринистор


Рис 16.29. Пред­ставление тиристо­ра в виде двух транзисторов


Четырехслойную структуру тиристора можно пред­ставить в виде двух соответствующим образом соеди­ненных транзисторов р-п-р- и п-р-п- типов (рис. 16.29). Как видно из схемы, к переходам П1 и П3 подве­дено прямое напряжение, а к переходу П2 — обратное. Если бы не было переходов П1 и П3, тиристор превра­тился бы в диод и через переход Пг проходил бы об­ратный ток Iо. При наличии переходов П1 и Пз через переход П2 проходят два дополнительных тока: кол­лекторный ток Iк1 транзистора р-п-р и коллекторный ток Iк2 транзистора п-р-п. Ток Iк1 соз­дает дырки, а ток Iк2 — электроны. Поэтому ток I через переход П2, равный току через сопротивление нагрузки, можно рассматривать как сумму трех токов:

I=Io+Iк1+Iк2

Выразив коллекторные токи транзисторов через эмиттерные токи, получим

I=I+a1Iэ1+a2Iэ2

У

точним понятие о коэффициентах K1 и кг, с по­мощью которых коллекторные токи выражаются через эмиттерные. Мы установили, что a зави­сит от того, какая часть эмиттированных носителей заряда достигает коллектора, и считали для каждого конкретного транзистора коэффициент к постоянным. Однако это справедливо только для нормальных ре­жимов работы, близких к номинальному. При боль­ших отклонениях тока эмиттера от номинальных зна­чений коэффициент ос существенно изменяется (рис. 16.30). В частности, при малых токах эмиттера коэффициент а близок к нулю, так как почти все но­сители, эмиттированные в базу, рекомбинируют в ней, не доходя до коллектора.


Рис. 16.30. Зависи­мость коэффициента а от тока эмиттера Рис. 16.31. Вольтамперная характеристика ди­нистора

Обратимся еще раз к рис. 16.29: непосредственно из схемы находим, что Iэ1=Iэ2=I, поэтому выражение для тока нагрузки принимает вид

Iэ1=Iэ2=I

откуда


Последнее выражение характерно для схем с по­ложительной обратной связью. Если знаменатель стремится к нулю, ток неограниченно возрастает (на самом деле ток ограничен сопротивлением нагруз­ки, которое мы не учитывали в наших рассуждениях).

Основной для тиристора является вольтамперная характеристика, показывающая зависимость тока в нагрузке от напряжения цепи. Эта характеристика (рис. 16.31) имеет сложный вид, так как при изме­нении напряжения изменяется не только ток Iо, но и коэффициенты a1,a2.

На характеристике можно выделить несколько ха­рактерных участков. При малых значениях напряже­ния U ток в цепи, а следовательно, и коэффициенты tti и (a2 малы, при этом I~Iо и тиристор ведет себя как диод, включенный в обратном направлении (учас­ток 1). При достижении напряжением критического

значения Iвкл (точка 2) коэффициенты a1 и a2 быстро возрастают, а ток скачком увеличивается до значений, превышающих /уд (участок 4). Наклон характеристики на этом участке определяется значением нагрузочного сопротивления. Взаимодействие транзисторов, условно выделенных на рис. 16.29, приводит к такому быст­рому возрастанию а1 и a2, что в течение короткого времени ток увеличивается даже при снижении на­пряжения (участок 3). Снижение напряжения при увеличении тока свидетельствует о том, что на этом участке тиристор имеет отрицательное сопротив­ление. Участок 5 соответствует обратному включению переходов П1 и Пз. При некотором значении обратного напряжения наступает необратимый пробой перехо­дов П1 и Пз и тиристор разрушается (участок 6).



Рис. 16.32. Вольт-ам­перная характеристика тринистора




Рис. 16.33. Вольт-амперная характе­ристика симметрич­ного тиристора


Ток, при котором сопротивление тиристора ста­новится отрицательным, называют током включе­ния Iвкл. Для того чтобы перевести тиристор из от­крытого (включенного) состояния в закрытое, необхо­димо снизить ток через него до значений, меньших значения удерживающего тока Iуд.

Семейство вольт-амперных характеристик тринис­тора представлено на рис. 16.32. Подавая на управ­ляющий электрод соответствующий сигнал, можно менять напряжение включения тиристора. Чем боль­ше ток управления Iу, тем меньше напряжение вклю­чения тиристора.

Вольт-амперная характеристика симметричного тиристора с пятислойной структурой (р-п-р-п-р) изображена на рис. 16.33. В соответствии с симмет­рией структуры симметрична и характеристика прибора




Рис. 16.34. Выключе­ние тиристора с по­мощью шунтирующего транзистора:

/ — тиристор; 2 — тран­зистор


Р
анее отмечалось, что управ­ляющий электрод может изменять только момент включения (напря­жение включения) тиристора. Для перевода тиристора из открытого состояния в закрытое необходимо уменьшить ток тиристора до зна­чений, меньших /уд. В цепях пере­менного тока это происходит при смене полярности питающего нап­ряжения. В цепях постоянного то­ка обратное переключение тирис­тора требует специальных ус­тройств. Один из возможных вариантов схемы приведен на рис. 16.34. При подаче на базу транзистора импульса напряжения ток через транзистор резко возрастает и соответственно уменьшается ток тиристора. Включение тиристора осуществляется подачей импульса напряже­ния на управляющий электрод У, который на схеме не обозначен.
2. Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, используя входную и выходные характеристики, определить коэффициент усиления h21э, значение напряжения на коллекторе Uкэ1 и Uкэ2, мощность на коллекторе Рк1 и Рк2, если дано напряжение на базе Uбэ, значение сопротивления нагрузки Rк1и Rк2 и напряжение источника питания Ек. Uбэ=0,25 В; Rк1=1 кОм ; Rк2 = 2 кОм; Ек=40 В.
Найдем ток базы по графику.

Iб= 200 мкА

По полученному значению найдем по графику ток коллектора

Iк = 18 мА

Находим коэффициент усиления:

Кус = Ik/Iб = 18/0,2 = 90

P=U*I

R=U/I


U=R*I

U1=R1*Ik = 1000*18*10-3

U2=R2*Ik = 2000*18*10-3

P1=U1*Ik = 18*18*10-3=0.324 Вт



P2=U2*Ik = 36*18*10-3=0.648 Вт



с. 1

скачать файл