Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРОВ

Цель работы

Изучить устройство и принцип работы тиристоров. Снять статические вольт-амперные характеристики изучаемого тиристора. Изучить схемы включения тиристора и области применения.

Общие сведения

Тиристор - полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состоя­ниями и тремя или более последовательно включенными р-п перехо­дами. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чере­дующимися слоями полупроводников р- и п -типов (рис.1).

Различают управляемые, или триодные, и неуправляемые, или диод­ные, тиристоры.

Диодный тиристор имеет два вывода — анодный А и катодный К. Его переключение из одного устойчивого состояния в другое в цепи переменного тока определяется методом нагрузочной характеристики. Здесь и в дальнейшем примем, что ВАХ тиристоров безынерционные, т. е. I (U) = i (u). При плавном уве­личении от нулевого значения ЭДС е _{э к} диодный тиристор сначала будет закрыт и ток в цепи мал (точка 1 на ВАХ по рис.1). В точке 2 ВАХ диодного тиристора напряжение на нем достигнет напряжения включения U = U_вкл . Дальнейшее даже незначительное увеличение ЭДС е _к приведет к резкому изменению режима работы цепи (точка 3 на ВАХ), т. е. открыванию диодного тиристора. При уменьшении ЭДС е_эк процессы в цепи протекают в обратном порядке. В точке 4 ВАХ напряжение достигнет напряжения выключения. Дальнейшее уменьше­ние ЭДС е_г приводит к закрыванию диодного тиристора.

Находят применение также симметричные диодные тиристоры, услов­ное обозначение которых и их ВАХ приведены на рис.1.

Триодный тиристор кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода УЭ. Последний подключается либо к ближайшей к катоду р -области, либо к ближайшей к аноду п -области. В соответствии с этим различают катодное и анодное управ­ление тиристором. Первое подключение более распространено. Струк­тура тиристора с катодным управлением, его условное изображение и ВАХ приведены на рис. 2. При изменении напряжения управления (U_уп изменяется и напряжение включения тиристора U_вкл. Следователь­но, его можно использовать как управляемый ключ.

Для запирания триодного тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.

Рис.1. Схемы диодного и симметричного тиристоров; графики ВАХ. Типовая конструкция триодного тиристора большой мощности при­ведена на рис. 2, где 1 - основание из меди; 2 - трубка из стали со стеклоизолятором; 3, 4 - четырехслойная структура р-п-р-п с при­паянными к ней вольфрамовыми дисками 5 и 6; 7, 8 — стержневые вы­воды катода и управляющего электрода соответственно,

Рис.2. Схема, ВАХ триодного тиристора и его устройство.

которые через переходные втулки 9 соединяются с гибкими наружными выводами.

Разновидностью управляемых тиристоров являются запираемые триодные тиристоры, в которых запирание возможно при помощи ко­ротких по длительности импульсов напряжения U_уп обратной поляр­ности.

Основная область применения тиристоров — управляемое выпрямление переменного напряжения для схем питания регулируемого электропривода и безконтактной коммутации электрических цепей, преобразования постоянного напряжения в переменное для его трансформирования. Номинальные значения токов у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения на­пряжений в закрытом состоянии - до 5000 В.