Генераторы и формирователи на триодных тиристорах

Принципы построения импульсных схем на триодных тиристорах во многом сходны со схемами на диодных тиристорах. Отличие заключается в схемах цепей управления, куда для управления тиристорами необходимо подавать короткие импульсы тока, характеризуемые сравнительно малыми амплитудами по сравнению с амплитудами прямого тока тиристора.

Как и на диодных, на триодных тиристорах можно строить схемы мультивибраторов, одновибраторов, триггеров, однако наиболее широкое применение находят триодные тиристоры в схемах формирования мощных импульсов [11]. От транзисторных формирователей импульсов схемы на тиристорах отличаются простотой и высоким уровнем выходной мощности, достигающей до 10 кВт в импульсе при использовании одного тиристора средней мощности. В тиристорных устройствах фронт импульса тока в нагрузке формируется независимо от скорости нарастания входного сигнала.

Практическое распространение получили схемы формирователей на тиристорах с использованием колебательного разряда (заряда) накопительного конденсатора (ФТК), т. е. схемы с контуром ударного возбуждения. Такие схемы по сравнению с формирователями, в которых конденсатор разряжается или заряжается по экспоненциальному закону, надежнее в работе и обеспечивают большее быстродействие. Кроме того, колебательный разряд (заряд) конденсатора часто предопределен индуктивным характером нагрузки.

Типовая схема ФТК (рис. 5.7.1) основывается на тиристорном ключе по схеме рис. 5.31-а. При подаче запускающего импульса u_bxi отпирается тиристор VS1 и происходит колебательный заряд накопительного конденсатора С. После изменения направления протекания тока в контуре L₀ - Z_н - С тиристор VS выключается и конденсатор С разряжается через резистор R.

Для уменьшения времени разряда конденсатора С к нему можно подключить тиристор VS2, на вход которого подается отпирающий импульс u_вх2 задержанный относительно импульса на время

где Т_к - период собственных колебаний напряжения на зарядном конденсаторе; t_выкл1 - время выключения тиристора VS1.

Выходные импульсы ФТК используются для запуска модуляторов радиолокационных станций и схем импульсного питания искровых камер, поджига импульсных ламп и игнитронов, управления силовыми тиристорами, возбуждения полупроводниковых оптических квантовых генераторов, импульсного питания магнитных элементов и т. д.

Расчет параметров схемы выполняется методами анализа электрических цепей по эквивалентным схемам, составляемым для двух состояний тиристора VS1. Этот расчет сводится к выбору параметров, обеспечивающих, во-первых, надежную работу формирователя, для чего должны быть выполнены условия гарантированного отпирания и выключения тиристора, и, во-вторых, требуемые выходные параметры формирователя (амплитуду, длительность выходного импульса и его фронтов).

Генераторы и формирователи на запираемых тиристорах. На запираемых тиристорах могут быть построены высокоэффективные схемы, которые не потребляют энергию в ждущем режиме, имеют большое входное и малое выходное сопротивления, позволяют получить достаточно мощные импульсы с крутыми фронтами.

Ждущие мультивибраторы показаны на рис. 5.7.2-а,-б. При включении тиристора VS1 (рис. 5.7.2-а) к нагрузке прикладывается напряжение источника питания E, конденсатор С заряжается через сопротивление R и диод VD2. Когда напряжение на конденсаторе достигает значения U_ст + U_спр2, где U_cт - напряжение стабилизации опорного диода VD1, Uспр2 –
напряжение спрямления тиристора VS2, открывается. Это приводит к запиранию тиристора VS1 и отключению нагрузки от источника питания.

Длительность выходного импульса на нагрузке

Сопротивление R может изменяться согласно неравенствам

где I_{max vd2} - предельная амплитуда прямого тока, протекающего через диод VD2; I_спр2 - ток спрямления тиристора VS2.

В схеме рис. 5.7.2-б для уменьшения времени восстановления схемы параллельно конденсатору подключен тиристор VSO, управляющий электрод которого через диод VDO соединен с землей. Отрицательный скачок напряжения на нагрузке, возникающий вследствие запирания тиристора VS1, через конденсатор прикладывается к катоду тиристора VSO, вызывая его отпирание по цепи управляющего электрода. Происходит форсированный разряд конденсатора С, и время восстановления устройства снижается до времени выключения тиристора VSO.

Две схемы усилителей-формирователей приведены на рис. 5.7.2- в,-г.

Схема рис. 5.7.2-в управляется импульсами отрицательной полярности. В исходном состоянии тиристоры VS2 и VS1 закрыты и устройство не потребляет энергии от источника Е. При подаче входного импульса по цепи земля - диод VD1 - управляющий переход тиристора VS1 - резисторы R_н, R3 протекает ток, переключающий тиристор VS1 в проводящее состояние. На нагрузке R_н формируется фронт выходного положительного импульса, а на триодный тиристор VS2 подается питающее напряжение Е, так как потенциал управляющего электрода тиристора VS1 повторяет потенциал его катода. В результате к аноду диода VD прикладывается положительное напряжение источника питания через резистор R1 и отрицательное напряжение u_вх от входного импульса через резистор R2, которые подбираются так, что диод имеет запирающее смещение.

Схема усилителя на рис. 5.7.2-г запускается импульсами положительной полярности. В исходном состоянии тиристоры VS1 и VS2 и транзистор VT закрыты. Входной импульс открывает тиристор VS1. К нагрузке R_н прикладывается напряжение питания Е и формируется фронт выходного положительного импульса. Одновременно часть выходного напряжения прикладывается к эмиттеру транзистора VT, но последний остается закрытым, так как при наличии входного сигнала база транзистора имеет потенциал более положительный, чем эмиттер. По окончании действия входного импульса потенциал базы транзистора VT падает до нуля и транзистор переключается в состояние насыщения. Тиристор VS2 включается, обеспечивая запирание тиристора VS1.

Генераторы и формирователи на однопереходных транзисторах (двухбазовых диодах). Из-за простоты конструкции, стабильности параметров и универсальности характеристик однопереходные транзисторы (ОПТ) можно применять для реализации всех типовых схем импульсных устройств. Они наиболее широко используются в схемах генераторов. Генераторы на ОПТ характеризуются большим усилением по мощности, малым расходом энергии, простотой. Типовая схема релаксационного генератора показана на рис. 5.7.3-а.Принцип действия генератора основан на периодических процессах заряда и разряда конденсатора С1. Пока VS закрыт, конденсатор С1 заряжается через сопротивление R3. Включение происходит при достижении на эмиттере напряжения включения VS. Сопротивление между эмиттером и базой Б₁ уменьшается до сопротивления насыщения r_нас и конденсатор разряжается через сопротивление r_нас+R₁. С этого момента ток в эмиттерной цепи поддерживается за счет разряда конденсатора до тех пор, пока он не станет равным I_в. В этой точке сопротивления базы Б₁ резко увеличивается и конденсатор вновь начинает заряжаться. Диаграмма, характеризующая работу схемы, приведена на рис. 5.7.3-б. Чтобы ОПТ VS работал в релаксационном режиме, нагрузочная прямая должна пересекать эмиттерную характеристику на участке отрицательного сопротивления.

В схеме ждущего мультивибратора на рис. 5.7.4-а в устойчивом состоянии однопереходный транзистор включен, так как на его эмиттер через сопротивление R2 подключено напряжение Е > U_п и конденсатор С быстро заряжается через сопротивления R_н, R4 и эмиттерный переход VS1 до напряжения Е. Это состояние схемы устойчиво. С приходом короткого входного импульса и_вх в момент t₁ (рис. 5.7.4-б) тиристор VS2 открывается, конденсатор С подключается к эмиттеру VS1 отрицательным напряжением и он запирается. Начинается перезаряд С через сопротивления R2, R4 и открытый тиристор VS2. Такое состояние схемы сохраняется до тех пор, пока напряжение на конденсаторе в момент t₂ не достигнет величины напряжения переключения ОПТ VS1, равного ηЕ, после чего он открывается и конденсатор С обратным напряжением, равным ηЕ, подключается к тиристору VS2, запирая его. Состояние схемы полностью восстановится после заряда конденсатора по цепи R_n - R4 - эмиттерный переход открытого ОПТ VS1.