Регульований аналог динистора. напівпровідникові діоди

Діодні тиристори - діністоризнаходять широке застосування в різних пристроях автоматики. Однак таке використання динисторов має ряд недоліків, головний з яких полягає в наступному.

Напруга включення самого низьковольтного вітчизняного динистора КН102А становить 20 В, а падіння напруги на ньому у відкритому стані - менше 2 В. Таким чином, до керуючого переходу тиристора після включення динистора прикладається напруга близько 18 В. У той же час максимально допустима напруга на цьому переході для поширених тиристорів серії К У 201, К У 202 одно всього лише 10 В. А якщо ще врахувати, що напруга включення динисторов навіть одного типу має розкид, що досягає 200%, то стане ясно, що керуючий перехід тиристора відчуває надмірно великі перевантаження. Це і обмежує застосування динисторов для управління тріодний тиристорами.

Замість позитивного напруги, якщо ми застосовуємо негативна напруга, дірковий канал буде утворюватися під оксидним шаром.


Це чотири термінальних пристроїв, таких як ворота, дренаж, джерело, корпус. Потік струму являє собою позитивно заряджені отвори. Коли ми застосовуємо негативна напруга затвора, електрони, що знаходяться під оксидним шаром, штовхаються вниз в підкладку з відразливою силою.

Область виснаження, населена пов'язаними позитивними зарядами, які пов'язані з атомами-донорами.




Струм тече через негативно заряджених електронів. Коли ми застосовуємо позитивне напруга затвора, отвори, що знаходяться під оксидним шаром, штовхаються вниз в підкладку з відразливою силою. Область виснаження заповнена пов'язаними негативними зарядами, які пов'язані з атомами акцептора. Замість позитивного напруги, якщо застосувати негативна напруга, що утворився канал буде утворюватися під оксидним шаром.

У подібних випадках можна використовувати двухполюсники - аналоги динисторов, Що відрізняються тим, що їх напруги включення можуть бути набагато менше напруги включення самого низьковольтного динистора.

Схема одного з аналогів - транзисторного динисторапоказана на рис. 1. Він складається з транзисторів різної структури, включених так, що струм бази одного з них є струмом колектора іншого і навпаки. дру шими словами, цей пристрій, охоплене глибокою позитивним зворотним зв'язком.









Якщо резистивная навантаження лампи повинна бути замінена індуктивним навантаженнямі підключена до реле або діода, який захищає навантаження. Ми скорочуємо його як транзистор з ефектом магнітного поляна основі оксиду металу. Він складається з джерела, воріт і стоку.

У транзисторі струм в затворі знаходиться в позитивному напрямку, і джерело переходить на землю. У цій статті розглядаються типи схем з недостатнім вмістом, щоб виправдати власні статті. Коли вхід включається, виходи включаються по порядку, але коли вхід відключається, виходи вимикаються в зворотному порядку.

Мал. 1

При підключенні харчування через емітерний перехід транзистораТ1 тече струм бази, в результаті чого транзистор відкривається, а це викликає появу струму бази транзистораТ2.

Відкривання цього транзистора призводить до зростання струму бази транзистора Т1, і, отже, подальшого його відкриванню. Процес протікає лавиноподібно, тому дуже скоро обидва транзистора виявляються в насиченому стані.

Час активації і деактивації виходу можна змінити, відрегулювати затримку на повторителях. Всі ці проекти можуть бути розширені на невизначений термін. Мультиплексна схема може складатися з мультиплексора, реле або того й іншого. Мультиплексор або мультиплексор - це пристрій, який вибирає один або два входи і виводить обраний вхід. Цей мультиплексор може бути з'єднаний ланцюгом разом, що дозволяє мультиплексировать з декількома бітами.

Демультиплексор - це зворотна сторона мультиплексора. Два дроти селектора, що містять двійкове число з двох цифр, передаються в декодер, який проходить. Якщо вхідний провід включений, тоді включається вихідний провід демультиплексор, відповідний вихідному сигналу декодера. Дві схеми на цій сторінці - це 2-бітові демультіплексори. Демультиплексор не є реле.

Напруга включення такого пристрою при використанні, наприклад, транзисторів МП116 і МП113 одно всього лише декільком часткам вольта, тобто практично не відрізняється від напруги насичення цієї пари транзисторів. Це не дозволяє використовувати такий двухполюсник як переключающего приладу. Якщо ж емітерний переходи транзисторівТ1 і Т2 шунтировать резисторами, як показано на рис. 2, то напругаЩоб увімкнути пристрій значно зросте.

Реле - це старий електронний компонент, який був замінений транзисторами в 70-х роках. Незважаючи на те, що однополюсное реле аналогічно 2-битовому Демультиплексори, більш складний демультиплексор буде зроблений з багатьох реле. Генератор випадкових чисел - це схема, яка може генерувати числа без розпізнається шаблону.

Елементом з 64-стеками є будь-який елемент з максимумом стека, рівним 64 елементам. 16-штабельований елемент - це будь-який елемент з максимумом стека, рівним 16 елементам. Елементом, які не є штабелем, є будь-який елемент, який не може бути покладений в стек.







Він може використовуватися в ланцюгах постійного і змінного струмуі працює як комутаційний підсилювач, який перемикає велику вихідну потужність з низькою потужністю управління, як правило, невеликим пульсом управління. Тиристори знаходяться в керуючих і регулюючих ланцюгах, в управлінні приводом і управлінні швидкістю електродвигунів всіх типів і регулювання яскравості і температури або регулюванні.

Мал. 2

Причина цього явища - у зменшенні глибини позитивної зворотнього зв'язку, Так як в базу кожного транзистора тепер відгалужується лише частина колекторного струму іншого. В результаті лавиноподібний процес відкривання транзисторів протікає при більш високій напрузі. Напруга включення можна змінювати за допомогою резисторів R1 і R2.

Як перемикається діода він може контролювати вимоги до харчування ланцюгів випрямлячів і джерел живлення. Анод і катод утворюють основний шлях струму, а затвор служить в якості керуючого електрода. Режим дії аналогічний керованому диоду. Еквівалентна схема з трьома діодами показує, що чотиришарова послідовність без активації завжди блокує струм між анодом і катодом. Не має значення, в якій послідовності полярності підключена основна ланцюг. Середній діод має напрямок вперед.

Існує напруга пробою з лавиноподібним збільшенням зворотного струму. Це несанкціоноване робочий стан. Тиристор не приймає своє нормальне провідний стан перемикання. При раптовому настанні струму витоку втрати потужності швидко зростають з урахуванням ризику руйнування компонентів. У стані зворотної блокування зазвичай не контролюється управління затвором. Перемикається в прямому напрямку, анод позитивний щодо катода і блоків середнього діода. Це робить весь канал низькоомним і проводять.

Так, при їх опорах, рівних 5,1 кОм, напруга включення становить 9 В, при 3 кОм- 12 В. Результати отримані при плавному підвищенні напруги на двухполюсника. Якщо ж напруга має імпульсний характер, то включення може статися і при менших його величинах. Справа в тому, що транзисторний аналог, як і звичайний динистор чутливий не тільки до величини прикладеного до нього напруги, але і до швидкості його наростання. Унеможливлення ввімкнення при напружених, менших напруги включення, можна, якщо шунтировать двухполюсник конденсаторомС1 (див. Рис. 2).

Тиристор запалюється і не може бути вилучений і відключений з цієї точки на керуючому електроді. Для більшості тиристорів середній діод включається з позитивним сигналом управління. Його поведінка більше відповідає не функціональні транзистору, який може бути «запрограмований» за допомогою дільника напруги біля воріт. Чим вище він, тим більше керуючий струм.

Тиристорна еквівалентна схема з транзисторами

Тиристорна функція може бути змодельована на практиці шляхом з'єднання цих двох типів транзисторів, які також були частково комерційно реалізовані в сенсорних ланцюгах, сенсорних кнопках. Робота еквівалентної схеми може бути описана наступним чином. У зворотному напрямку і без діода, використовуваного в анодної схемою, обидва транзистора блокуються. Так як блокуюча напруга діода базового емітера транзистора не підходить для більш високих робочих напруг, це бере на себе верхній діод в анодному ланцюзі.

Мал. 3

Як і у динистора, напруга включення транзисторного аналога зменшується при підвищенні температури. Цей недолік легко усунемо заміною резисторів R1 і R2 терморезисторами.

Схема іншого аналога динистора показана на рис. 3. Напруга включення такого двухполюсника визначається ланцюжком, утвореної стабілітрономД 1 і керуючим переходом тиристораД 2 , Між якими розподіляється напруга, прикладена до висновків двухполюсника. Коли це напруга стає рівним напрузі включення, стабілітрон пробивається, і через керуючий перехід тиристора тече струм. Тиристор відкривається, шунтуючи стабілітрон і напруга на висновках двухполюсника різко зменшується. Напруга включення пристрою, показаного на рис. 3, дорівнює 8 В.

У прямому напрямку з позитивним анодом і негативним катодом обидві лінії випромінювача є провідними. Таким чином, нижній транзистор не отримує достатнього струму бази і залишається заблокованим. Нижній транзистор тепер отримує постійний струмбази, залишається провідним і, в свою чергу, утримує верхній транзистор постійно проводять. Ця умова відповідає обтиску тиристора. Еквівалентна схема з біполярними транзисторами залишається без надійної блокування в прямому напрямку без приводу затвора.

У багатьох випадках низькі залишкові струми в вимкненому стані і коефіцієнти посилення високого струму транзисторів дозволяють проводити схему проводять чином. Це відбувається, коли твір обох поточних коефіцієнтів стає більше одиниці. При активації резистор серії воріт обмежує максимально допустимий струм базового емітера.

Мал. 4

На рис. 4 наведена схема на тріодном тиристори Д5, в ланцюзі управління яких застосовано останній з розглянутих двухполюсников (стабілітронД6 і тиристор Д7). При закритому тиристоріД5 конденсатор С1 заряджається через навантаження і резистор R2 струмом, випрямленою діодамиД1-Д4.

Для біполярних транзисторів допустимий струм колектора набагато вище, ніж базовий струм на базовому емітерний діоді. У запаленої еквівалентної схемою, яка більше не буде застосовуватися до обох транзисторів. Якщо опір серії на затворі занадто мало, то струм колектора може протікати через нього в якості зворотного потоку затвора в схему збудження. Цього можна запобігти за допомогою додаткового блокуючого діода. Тиристор блокується як нормальний діод, коли анодний потенціал негативний до потенціалу катода.

Він може протікати дуже низьким зворотним струмом. У стані блокування на вході не повинен бути позитивної напруги. Над цим максимальною напругоюблокування напівпровідник раптово включається і руйнується шляхом перевищення максимальної втрати потужності.

Коли напруга на конденсаторі стає рівним напрузі включення двухполюсника, стабілітронД6 пробивається і відкриває тиристорД7. конденсатор С1 розряджається через управ ляющий перехід тиристора Д5, в результаті чого він також відкривається і підключає навантаження до випрямляча на час, що залишився до кінця напівперіоду мережевої напруги. В кінці його тиристор закривається, так як струм через нього зменшується до нуля, після чого цикл повторюється.

Напруга нульового нахилу з верхнім запалюванням

Анод позитивний до катода. Затвор не активований. Тиристор залишається в стані блокування, і може протікати невеликий струм блокування. Блокуючий ток раптово піднімається, і тиристор спрацьовує. Цей режим заборонений для тиристорів. Тиристор запалюється і поводиться як діод в прямому напрямку. Після безпечного запалювання ворота можуть залишатися знеструмленими. Вимкнення або блокування через ворота неможливі.

Контроль повинен виконуватися з відповідними імпульсами запалювання, а не з постійним постійною напругою. У займання стані струм вимикання повинен опускатися нижче значення струму утримання для виключення і блокування проводить тиристора. Це значення стає нижче при підвищенні температури кристала.

За допомогою змінного резистора R2 можна змінювати струм заряду конденсатораС2, а отже, і момент відкривання тиристора Д5, тобто регулювати середню величину напруги на навантаженні.

В сучасних радіоелектронних пристроях використовується досить широкий асортимент найрізноманітніших електронних приладів. Часом відсутність одного або декількох таких елементів може загальмувати або навіть перервати виконання роботи по монтажу або макетування схеми.

Без приводу затвора тиристор може спрацьовувати, коли потенціал анодного катода змінюється в напрямку потоку дуже швидко. Відповідно до відповідної схемою, такий як метод короткозамкнутого випромінювача з вбудованим резистором затвора і резистором затвор-катод, ця чутливість може бути зменшена.

При подачі теплової або світлової енергії в зоні блокування можуть генеруватися носії заряду, які призводять до перемикання через анодно-катодний шлях. Цей ефект небажаний і використовується тільки з Фототиристори. Замість воріт у вас є скляна або пластикова лінза для направляючого світла.

Дуже часто зустрічаються ситуації, коли необхідно один елемент замінити іншим. Якщо мова йде про просту заміну одного номіналу резистора або конденсатора на інший, то рішення задачі заміни або підбору замінює номіналу очевидно. Менш очевидні заміни радіоелементів, що мають специфічні, тільки їм притаманні властивості.

Силові напівпровідники в діммерний технології



Але як працює напівпровідник? Почнемо з найпростішого напівпровідникового пристрою, простого діода. Під напівпровідниками розуміються такі речовини, як кремній, селен, германій або вуглець, які мають чотири валентних електрони і випромінюють електрони в порожню зону провідності при тепловому збудженні, що дозволяє протікати потік електронів. Основою кожного напівпровідникового пристрою є діод, тому ми спочатку його розглянемо. Діод - це електронний клапан, який не контролюється. Він дозволяє пропускати струм тільки в одному напрямку, в зворотному напрямку діод «блокує» струм.

Нижче будуть розглянуті питання заміни деяких спеціальних напівпровідникових приладів їх еквівалентами, виконаними з більш доступних елементів.

В імпульсній техніці широко використовують керовані і некеровані комутуючі елементи, мають вольт-амперну характеристику з N- або S-образним ділянкою. Це лавинні транзистори, газові розрядники, діністори, тиристори, сімістори, одноперехідні транзистори, лямбда-діоди, тунельні діоди, инжекционно-польові транзистори і інші елементи.

В релаксаційних генераторах імпульсів, різних перетворювачах електричних і неелектричних величин в частоту широко використовують біполярні лавинні транзистори. Слід зазначити, що спеціально такі транзистори майже не випускають. На практиці в цих цілях використовують звичайні транзистори в незвичайному включення або режимі експлуатації.

Еквівалент лавинного транзистора і динистора

лавинний транзистор- напівпровідниковий прилад, що працює в режимі лавинного пробою. Такий пробій зазвичай виникає при напрузі, що перевищує гранично допустиме значення.

Не допустити теплового пробою (незворотного пошкодження) транзистора можна при обмеженні струму через транзистор (підключенням високоомній навантаженням).

Лавинний пробій транзистора може наступати в «прямому» і «інверсному» включенні транзистора. Напруга лавинного пробою при інверсному включенні (полярність підключення напівпровідникового приладу протилежна загальноприйнятій, рекомендованої) зазвичай нижче, ніж для «прямого» включення.

Висновок бази транзистора часто не використовується (не вдається з'єднатися з іншим елементам схеми). У ряді випадків базовий висновок з'єднують з емітером через високоі-ний резистор (сотні кОм - од. МОм). Це дозволяє в деяких межах регулювати величину напруги лавинного пробою.

На рис. 1 приведена схема рівноцінної заміни «лавинного» транзистора інтегрального переривника К101КТ1 її дискретними аналогами. Цікаво відзначити, що при найближчому розгляді ця схема тотожна еквівалентної схемою динистора (рис. 1), тиристора (рис. 2) і одноперехідного транзистора (рис. 4).

Відзначимо попутно, що і вид вольт-амперних характеристик всіх цих напівпровідникових приладів має загальні характерні особливості. На їх вольт-амперних характеристиках є S-подібний ділянку, ділянку з так званим «негативним» динамічним опором. Завдяки такій особливості вольт-амперної характеристики перераховані прилади можуть використовуватися для генерації електричних коливань.

Мал. 1. Аналог лавинного транзистора і динистора.

еквівалент тиристора

Тиристори, діністори і їм подібні елементи здатні при дуже незначних внутрішніх втрати управляти великими потужностями, що підводяться до навантаження.

тиристори- прилади, що володіють двома стійкими станами: станом низькою провідності (провідність відсутня, прилад замкнений) і станом високої провідності (провідність близька до нуля, прилад відкритий). Представники класу тиристорів [Вишневський А.І.]:

  • діодні тиристори ( діністори, Діакіте), що мають два висновки (анод і катод), керовані шляхом подачі на електроди напруги з високою швидкістю його наростання або підвищення прикладеної напруги до величини, близької до критичної;
  • тріодних тиристори ( тріністори, Тріаки), трьохелектродні елементи, керуючий електрод яких служить для перекладу тиристора із закритого стану у відкрите;
  • тетродние тиристори, Що мають два керуючих електрода;
  • симетричні тиристори - сімістори, Що мають пятіслой-ву структуру. Іноді цей напівпровідниковий прилад називають семистора.

Діодні тиристори (діністори), Асортимент яких не настільки великий, розрізняються, головним чином, максимально допустимим постійним прямим напругою в закритому стані.

Так, для динисторов типів КН102А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, І (2Н102А - І) значення цих напруг складають, відповідно, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 50 В при зворотному струміне більше 0,5 мА. Максимально допустимий постійний струм у відкритому стані для цих напівпровідникових приладів дорівнює 0,2 А при залишковому напрузі у відкритому стані 1,5 В.

На рис. 1 приведена еквівалентна схема низьковольтного динистора. Якщо прийняти R1 = R3 = 100 Ом, можна отримати динистор з керованим (за допомогою резистора R2) напругою перемикання від 1 до 25 В [Войцеховський Я., Р 11 / 73-40, Р 12 / 76-29]. При відсутності цього резистора і за умови R1 = R3 = 5,1 кОм напруга перемикання складе 9 Б, а при R1 = R3 = 3 кОм -12 В.

Аналог тиристора р-п-р-п-структури, описаний в книзі Я. Войцеховського, показаний на рис. 2. Буквою А позначений анод; К - катод; УЕ - керуючий електрод. У схемах (рис. 1, 2) можуть бути використані транзистори типів КТ315 і КТ361.

Необхідно лише, щоб підводиться до напівпровідникового приладу або його аналогу напруга з урахуванням дотримання меж паспортних значень. У таблиці (рис. 2) показано, якими величинами R1 і R2 слід керуватися при створенні аналога тиристора на основі германієвих або кремнієвих транзисторів.


Мал. 2. Аналог тиристора.

В розриви електричного кола, показані на схемі (рис. 2) хрестиками, можна включити діоди, що дозволяють впливати на вигляд вольт-амперної характеристики аналога. На відміну від звичайного тиристора, його аналогом (рис. 2) можна управляти за допомогою спеціального висновок - керуючий електрод УЕдоп, підключений до бази транзистора VT2 (верхній малюнок) або VT1 (нижній малюнок).

Зазвичай тиристор включають короткочасної подачею напруги на керуючий електрод УЕ. При подачі напруги на електрод УЕдоп тиристор, навпаки, можна перевести з включеного стану у вимкнений.

Аналог керованого динистора

Аналог керованого динистора може бути створений з використанням тиристора (рис. 3) [Р 3 / 86-41]. При зазначених на схемі типах елементів і зміну опору резистора R1 від 1 до 6 кОм напруга перемикання динистора в провідний стан змінюється від 15 до 27 В.


Мал. 3. Аналог керованого динистора.

Еквівалент одноперехідного транзистора

Мал. 4. Аналог одноперехідного транзистора.

Еквівалентна схема використовується в генераторних пристроях напівпровідникового приладу - одноперехідного транзистора - показана на рис. 4. Б1 і Б2 - перша і друга бази транзистора.

Еквівалент инжекционно-польового транзистора

Інжекційно-польовий транзисторявляє собою напівпровідниковий прилад з S-образною ВАХ. Подібні прилади широко використовують в імпульсній техніці - в релаксаційних генераторах імпульсів, перетворювачах напруга-частота, що чекають і керованих генераторах і т.д.

Такий транзистор може бути складений об'єднанням польового і звичайного біполярного транзисторів(Рис. 5, 6). На основі дискретних елементів може бути змодельована як напівпровідникова структура.

Мал. 5. Аналог инжекционно-польового транзистора п-структури.

Мал. 6. Аналог инжекционно-польового транзистора р-структури.

Еквівалент низьковольтного газового розрядника

На рис. 7 показана схема пристрою, еквівалентного низьковольтному газовому розрядники[ПТЕ 4 / 83-127]. Цей прилад являє собою газонаповнений балон з двома електродами, в якому виникає електричний міжелектродний пробою при перевищенні деякого критичного значення напруги.

Напруга «пробою» для аналога газового розрядника (рис. 7) становить 20 В. Таким же чином, може бути створений аналог, наприклад, неонової лампи.


Мал. 7. Аналог газового розрядника - схема еквівалентної заміни.

Еквівалентна заміна лямбда-діодів

Абсолютно особливим видом ВАХ мають напівпровідникові прилади типу лямбда-діодів, тунельних діодів. На вольт-амперних характеристиках цих приладів є N-про-різний ділянку.

Лямбда-діоди і тунельні діоди можуть бути використані для генерації і посилення електричних сигналів. На рис. 8 і рис. 9 показані схеми, що імітують лямбда-ді-од [РТЕ 9 / 87-35].

Практично в генераторах частіше використовують схему, представлену на рис. 9 [ПТЕ 5 / 77-96]. Якщо між стоками польових транзисторів включити керований резистор (потенціометр) або транзистор (польовий або біполярний), то видом вольт-амперної характеристики такого «лямбда-діода» можна управляти в широких межах: регулювати частоту генерації, модулювати коливання високої частоти і т.д.


Мал. 8. Аналог лямбда-діода.

Мал. 9. Аналог лямбда-діода.

Еквівалентна заміна тунельних діодів


Мал. 10. Аналог тунельного діода.

тунельні діодитакож використовують для генерації і посилення високочастотних сигналів. Окремі представники цього класу напівпровідникових приладів здатні працювати до мало досяжних в звичайних умовах частот - порядку одиниць ГГц. Пристрій, що дозволяє імітувати вольт-амперну характеристику тунельного діода, показано на рис. 10 [Р 4 / 77-30].

Схема еквівалента варикапа

варикапи- це напівпровідникові прилади із змінною ємністю. Принцип їх роботи заснований на зміні бар'єрної ємності напівпровідникового переходу при зміні прикладеної напруги.

Найчастіше на варікап подають зворотне зміщення, рідше - пряме. Такі елементи зазвичай застосовують в вузлах настройки радіо- і телеприймачів. Як варикапов можуть бути використані звичайні діоди і стабілітрони (рис. 11), а також їх напівпровідникові аналоги (рис. 12, рис. 13 [ПТЕ 2 / 81-151]).


Мал. 11. Варикап.


Мал. 12. Схема аналога варикапа.


Мал. 13. Схема аналога варикапа на основі польового транзистора.

Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1).