Лабораторная работа № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Цель: ознакомиться с физическими процессами в p-n-p-n структурах, статическими характеристиками и параметрами динисторов и тиристоров.

Структурные схемы динистора и тиристора изображены на рис.26 (динистор в отличие от тиристора, не имеет внешнего вывода от внутренней P- области).

При подключении к динистору (тиристору) источника Е с указанной на рисунке полярностью переходы П₁ и П₃ смещаются в прямом направлении, переход П₂ – в обратном. Определим анодный ток динистора (тиристора):

,

где и - коэффициенты передачи тока эмиттера транзисторов Т₁ и Т₂;

обратные токи коллекторов транзисторов Т₁ и Т₂;

обратный ток перехода П₂.

Из выражения (I) находим

Точнее говоря, это выражение должно быть записано в виде

,

так как коэффициент передачи тока эмиттера зависит от тока эмиттера I_Э и коллекторного напряжения U_k (рис.27), которое для закрытого прибора практически равно напряжению источника Е.

Рис. 27

Динистор переходит из закрытого состояния в открытое при определенном напряжении источника Е, равном U_пр. При этом значении напряжения за счет лавинного умножения неосновных носителей в области закрытого перехода П₂ коэффициенты и возрастают на столько, что выполняется условие переключения

+ =1,

в результате чего .

Фактически в открытом состоянии величина анодного тока определяется величиной напряжения Е и сопротивлением резистора нагрузки R_н.

Тиристор переходит из закрытого состояния в открытое при таком же напряжении U_пр, если I_y = 0.

При I_y > 0 переключение происходит при меньшем напряжении U_пр, так как за счет протекания тока в цепи управляющего электрода дополнительно возрастает коэф-

фициент .

ВАХ динистора изображена на рис.28а, тиристора – на рис.28б.

Рис. 28

После переключения динистор и тиристор будут оставаться в состоянии высокой проводимости до тех пор пока, протекающий через них ток будет не меньше тока выключения (удержания) I_выкл.

Тиристор может вести себя как обычный диод, если в цепи управляющего электрода создать ток I_у.с (ток спрямления).

Описание схемы измерения

Схема для исследования динисторов и тиристоров изображена на рис.29. Ток, включающий тиристор, измеряется миллиамперметром А₁ (предел измерения 10 мА).

Напряжение на участке “ управляющий электрод-катод ” измеряется вольтметром V₁ в положении U_уэ тумблера П₁₁. Анодная цепь тиристора (динистора) питается от источника Е₂ через резистор нагрузки R₁₈. Миллиамперметр А₃ измеряет анодный ток, вольтметр V₂ – напряжение Е₂. Напряжение на аноде тиристора измеряется вольтметром V₁ в положении U_a тумблера П₁₁. Конденсатор С₄ предотвращает самопроизвольное включение тиристора под действием помех.

Программа исследования

I. Записать паспортные данные исследуемого диода

2. Подготовить стенд к работе:

а) тумблер П₇ на панели П-II поставить в положение “диоды”;

б) тумблеры П₁ ¸ П₃ на панели П-I и тумблеры П₄ ¸ П₆ на панели П-III поставить в положение “выключено”;

в) тумблеры P₁ ¸ P₁₃ на панели П-II поставить в положение “ выключено ”;

г) установить пределы измерений приборов:

A₁ – 10 мА, V₁ – 100 B;

д) тумблер П₁₁ уставить в положение “ U_a ”;

е) включить цоколь с исследуемым прибором в панель ПЛ-III;

ж) все внешние измерительные приборы должны быть выключены.

3. Снять прямую ветвь вольт-амперной характеристики динистора (или тиристора в динисторном режиме при I_y = 0):

а) включить тумблер “сеть” на панели П-II;

б) включить тумблер P₅ на панели П-II;

в) установить потенциометр R₂ на панели П-I в крайнее левое положение;

г) включить тумблер П₂ на панели П-I.

д) плавно увеличивая напряжение Е₂ (показания вольтметров V₁ и V₂ до включения исследуемого прибора должны быть почти одинаковы), зафиксировать по вольтметру V₂ напряжение переключения U_пр. Момент включения определять по скачкообразному уменьшению напряжения на аноде (вольтметр V₁) или скачкообразному увеличению анодного тока. После определения напряжения U_пр следует плавно снижать напряжение Е₂ до выключения прибора. Показания миллиамперметра А₃ в момент скачкообразного увеличения напряжения на аноде дадут значение тока выключения I_выкл .

Для повышения точности фиксации моментов включения и выключения измерения произвести 2-3 раза.

Результаты измерений занести в табл.1:

Таблица 1

Uпр (В)
Iвкл (мА)
Uвыкл (мА)

е) включить тумблер П₁ на панели П-I;

ж) вывести потенциометр R₁ на панели П-I в крайнее левое положение;

з) установить напряжение источника Е₂ 1,5 ÷ 2 В, и плавно вводя потенциометр R₁ ,

определить по миллиамперметру А₁ значение тока управления I_у.с при котором происходит спрямление ВАХ. Результаты измерений занести в табл.1;

и) определить напряжение переключения U_пр при промежуточных значениях тока управления I_у.с > I_y > 0.

Результаты измерений занести в табл.1:

Примечание. У отдельных тиристоров интервал токов I_y, в пределах которого осуществляется переход от динисторного режима к режиму спрямления, может быть очень узким;

к) включить динистор (или тиристор) и, переключив предел измерений вольтметра V₁ на 1В (для приборов с U_ост > 1В – предел 10В), снять зависимость остаточного напряжения от анодного тока. Минимальное значение анодного тока во избежание сильной перегрузки вольтметра V₁ должно быть на 10 ÷ 15 % больше тока выключения I_выкл. Результаты измерений занести в табл.2:

T = …(°С) Таблица 2

Е2 (В)	Ia (мА)	Uост (В)	Pa = Uост Ia (мВт)	Pн = (Е2 - Uост)Ia (мВт)

1. Снять характеристику управления тиристора:

а) Установить тиристор во включенное состояние;

б) тумблер П₁₁ поставить в положение “ U_yэ“;

в) установить предел измерений 10В вольтметра V₁ (с отдельными образцами тиристоров можно работать на пределе 1В);

г) регулируя напряжение Е₁, снять требуемую зависимость и занести результаты измерений в табл.3:

Iy (мА)
Uy (В)
Рвх = Uy Iy (мВт)

T₂ = …(°С) Таблица 3

д) выключить тумблеры П₁, П₂ на панели П-I, тумблеры Р₅ и “ сеть “ на панели П-II.

Построения и расчеты

1. По данным табл.1 построить прямую ветвь ВАХ динистора (тиристора).

2. По данным табл.2 построить в укрепленном масштабе прямую ветвь ВАХ включенного динистора (тиристора).

3. Рассчитать по данным Зк значения P_a, P_н и и занести в табл.2:

P_a = U_ост I_a - мощность, выделяемая на аноде

включенного прибора;

P_н = (Е₂ - U_ост)I_a - мощность, выделяемая

на нагрузке;

- коэффициент полезного действия

4. Построить зависимости

P_a = f₁ (I_a), P_н = f₂ (I_a), η_a = f₃ (I_a).

5. Рассчитать по данным п.4г значения входной мощности Р_вх и занести в табл.3:

Р_вх = U_y · I_y.

6. Построить характеристику управления

U_y = f₄ (I_y ).

7. Рассчитать значение коэффициента усиления по мощности при заданном значении анодного тока:

.

Контрольные вопросы

1. Расскажите об устройстве и принципе действия тиристора.

2. Объясните форму ВАХ динистора и тиристора.

3. Какими параметрами характеризуются свойства тиристора?

4. как зависят параметры тиристора от температуры?

5. каким образом влияет на работу тиристора барьерная емкость перехода П₂ (эффект

“ ”)?

6. Объясните транзисторную модель тиристора.

7. Каковы преимущества тиристора по сравнению с тиратроном?

Литература

[2], стр.433-446; [6], стр. 158-175.