Е. Тиристоры и семисторы.

Тиристор представляет из себя прибор с двумя устойчивыми состояниями с чередова- нием слоев p-n-p-n. На рис. 2.12,а) представлено его схемотехническое обозначение. При по- даче на управляющий электрод положительного потенциала, тиристор открывается и сохра- няет свое состояние, если управляющий потенциал снят. Для выключения тиристора необхо- димо снять анодное напряжение. Проводит ток тиристор, как и диод в одну сторону.

На рис. 2.12,б) представлено схемотехническое обозначение семистора, по своей сути, являющегося встречно-параллельным включением двух тиристоров. В нем уже семь слоев,

этот прибор проводит в обоих направлениях и прекрасно коммутирует переменный ток.

Некоторые тиристоры и семисторы устойчивого

^а) б) в)

Рис. 2.12.

состояния не имеют и выключаются не снятием анод- ного напряжения, а управляющим сигналом, поэтому

способны коммутировать постоянный ток. Такие приборы со встроенной оптронной раз- вязкойполучилиназваниетвердотельныхреле.

Серийно выпускаются тиристоры и семисторы с током в несколько сотен ампер и напряжением в 1000В. В иностранной литературе тиристоры и семисторы часто обобщен- но называют триаками и этот термин используется в переводах и перекочевал и в рус- скоязычную литературу.

Тиристоры исемисторы часто используют для регулирования мощности внагрузке.

Различаютфазо-импульсное и широтно-импульсноеуправление.

При фазоимпульсном управлении (рис.1.22) некоторое устройство, называемое се- тевым таймером, фиксирует моменты прохождения сетевого напряжения Uc через ноль и

формирует последова-

Uc

St

Ду

t_зд ^t

Рис. 1.22.

тельность импульсов St. Для формирования требуемой мощности в нагрузке система управления через неко- торую задержку t_зд формирует импульсы открытия тиристорных или семисторных клю- чей Ду. Об устройстве этих элементов можно посмотреть в гл.2. Чем

больше задержка, тем меньше будет уровень мощности, выдаваемой в нагрузку. Недоста- ток фазоимпульсного управления – нелинейность зависимости мощности от времени за-

держки, хотя микропроцессору вполне по плечузадача линеари- зации.

Нагрузка включена Нагрузка отключена

Рис. 1.23.

При широтно-импульсном управлении (рис.1.23) выбирается некоторый интервал регулирова- ния Т, в течении которого: на

время То нагрузка подключена к сети, либо источнику постоянного напряжения, на время, оставшееся до конца интервала регулирования – отключена. Выделяемая в нагрузке мощ- ность составит:

T_O

N N_m ,

T

здесь N_m – мощность, выделяемая в нагрузке при подключении к сети либо источнику по- стоянного напряжения. Таким образом, аналоговое управление реализуется через выдачу дискретного управленияв заданные периоды времени.

Ж. Свето и фотодиоды, фототранзисторы, оптопары.

При определенных условиях энергия рекомбинации электронов и дырок в p-n пере- ходе выделяется в виде света, а не тепла, как в обычных диодах. Для этих целей исполь- зуются не монокристаллы кремния, а сложные композитные полупроводники на основе соединений галлия (Ga), мышьяка (As), фосфора (Р), индия (In), алюминия (Al) и других элементов. Излучение p-n перехода может быть когерентно, такие приборы называют по- лупроводниковымилазерами.

Вольтамперная характеристика светодиода напоминает приведенную на рис. 1 ха- рактеристику кремниевого диода. Напряжение прямого падения составляет от 1.6В до 2.2В (меньшие значения у красных светодиодов). Номинальный ток от нескольких милли- ампер. Безинерциальность и хорошая светоотдача обеспечили современным светодиодам широкое применение в качестве различных индикаторов (начиная от простейших точеч- ных и семисегментных символьных индикаторов и заканчивая цветными дисплеями и да- жесветофорами).

Но главное применение таких приборов в САУ - в качестве оптронных развязок в линиях связи с объектом вычислительного ядра и плат УСО. При облучении p-n перехода светом в нем образуются пары носителей зарядов и вырабатывается ЭДС (вспомните сол- нечную батарею). Так устроен фотодиод. Если облучать базовую область транзистора, он может быть переведен в открытое состояние – это фототранзистор. Сочетание светодиода и какоголибо фотоприбораназываютоптопарой.

На рис. 2.13. приведены различные типы оптопар. Диодная оптопара (рис. 2.13, а) отличается наибольшим быстродействием, но выходной сигнал ее слаб и требует усиле-

ния для дальнейшего использования в качестве дискретного сигнала. Наибольшее распростра- нение в качестве оптронных развязок получили транзисторные оптопары. На рис. 2.13, б) при-

а) _б)

Рис. 2.13.

в) г)

ведена транзисторная оптопара без базового от- вода. Типовыми параметрами транзисторной оптопары является ток зажигания светодиода

(около 10мА), предельное значение коллекторного напряжения и тока фототранзистора (около 30В и 30мА) и значение темнового тока фототранзистора, т.е. коллекторного тока, когда светодиод выключен. Для компенсации темнового тока, когда его наличие критич- но, применяют оптопары с выводом от базы фототранзистора (рис. 2.13, в). Подключение базового вывода к земле дополнительно запирает фототранзистор и ограничивает темно- вой ток. Тиристорные оптопары (рис. 2.13, г) навыходеимеют фототиристор.

Ранее, при рассмотрении ключевых схем мы уже сталкивались с оптопарами. В них источник и приемник сигнала гальванически развязаны и могут питаться разными уров- нями напряжения. Типовое напряжение, которое способна выдержать изоляция между входными и выходными линиями оптопары составляет от 1.5 и более кВ. Кроме того, оп- топара является хорошей защитой от помех, возникающих от внешних электромагнитных полей. Для зажигания светодиода требуется достаточно высокая мощность (несколько милливатт) и не всякая помеха в состоянии обеспечить такую мощность. Кроме того, ис- пользование в качестве линий связи витых пар приводит к взаимному уничтожению ин- дуцированных электромагнитнойволной ЭДС.

Следует помнить, что светодиод, стоящий на входе оптопары является токовым прибором, т.е. питается током, а не напряжением и требует при своем подключении к ис- точнику напряжения балластного резистора (R1, R4 на рис. 2.8, R1 на рис. 2.10). Сопро-

69

тивление этого резистора рассчитывается исходя из напряжения питания цепи U_П, паде- ния напряжения на светодиоде U_СД и номинальноготокасветодиода I_СД:

U U

_{R } П СД _.

Б

^IСД