26. Отпирание тринисторов.

Включение обычного тринистора можно осуществлять импульсным током управления с крутым фронтом.

Отпирание тринистора происходит с некоторым запаздыванием относительно фронта управляющего импульса (рис. 10.2).

Включение тринистора происходит после заряда ёмкости управляющего р-п-перехода и создания неравновесного заряда подвижных носителей в базах, обеспечивающего возникновение процесса переключения. Амплитуда пускового тока управления I_{у т} должна превышать значение постоянного тока I_{у =} , полученное из статической выходной характеристики тиристора:

где т₀ постоянная времени лавинообразного

нарастания тока анода при включении тринистора. Время включения тринистора определяется скоростью перераспределения объёмных зарядов в базах и переходах.

По мере нарастания анодного тока тиристора напряжение анода уменьшается, а падение напряжения на нагрузке возрастает. Вследствие увеличения анодного тока наблюдается повышение напряжения на управляющем электроде. При импульсном включении отпирание тринистора первоначально происходит в узком канале вблизи управляющего электрода, т.к. из-за падения напряжения пускового импульса в объёмном сопротивлении базы r_б инжекция

носителей заряда из эмиттера происходит вначале только около управляющего электрода. Далее канал постепенно расширяется вследствие диффузии носителей заряда и охватывает всю площадь перехода. Это может приводить к локальному перегреву полупроводникового кристалла и выходу тиристора из строя, поэтому допустимая скорость нарастания тока анода должна быть ограниченна. Скорость переключения тиристоров, как и в транзисторах, определяется рассасыванием носителей заряда в базах и ёмкостях р-п-переходов. Из-за более сложной структуры тиристоры значительно уступают по быстродействию биполярным транзисторам.

Время включения тринистора состоит из двух слагающих - времени задержки и времени нарастания (рис. 10.2):

В цепях постоянного тока тринисторы могут включаться разными способами (рис. 10.3).

В схеме на рис. 10.3,а сопротивления, задающие ток в цепи управляющего электрода, можно выбирать согласно выражения:

Сопротивление резистора R2 выбирается в пределах от 100 до 1000 Ом

В схеме бесконтактного управления (рис. 10.3,6) ёмкость конденсатора С1 должна быть такой, чтобы к концу пускового импульса в цепи управляющего электрода поддерживался ток, достаточный для отпирания тринистора Обычно берется емкость (0,01.. .0,1) мкФ.

Для защиты от отрицательных напряжений, возникающих в результате работы дифференцирующих элементов цепи управления, следует предусмотреть защитные диоды (рис. 10.3, б,в).

25.Разновидности переключающих вентелей.

В электронных ключах помимо биполярных и полевых транзисторов применяют переключа-ющие вентили – динисторы и тиристоры.

Тиристоры выполняются как на малые номинальные токи и напряжения, так и на большие. В отличие от транзисторов, способны переключать установки мощностью до сотен кВт, т.е. выполняют роль силовых бесконтактных переключателей. Основой тиристора является 4-хслойная р-п-р-п структура. Тиристорная структура, не имеющая управляющего электрода (УЭ), называется диод-тиристором или динистором, с 1 одним УЭ — триод-тринистором или тринистором, Независимо от числа УЭ, тиристоры включаются в цепь нагрузки двумя рабочими электродами — анодом и катодом.

а)структура б)ВАХ динистора в)ВАХ тринистора г)зависимость U_вкл тиристора от i_y

ВАХ переключающих вентилей позволяют просто реализовать на их базе различные релейные усилители и бесконтактные коммутационные аппараты. Рассмотрим работу динистора. При приложении к вентилю прямого напряжения (к «а» плюс, к «к» минус) переходы П1 и ПЗ оказываются в проводящем состоянии, переход П2 — закрытом. В данном состоянии сопротивление структуры велико (десятки и сотни кОм), ток через диод (ток утечки i_y) мал (доли и единицы мА). Это соответствует участку ВАХ 0-1. С ростом прямого напряжения дифференциальное сопротивление du/di меняется незначительно. Все напряжение оказывается приложенным к переходу П2. При достаточно высоком напряжении начинает сказываться ударная ионизация на П2. Число электронов возрастает, и при критическом напряжении U_ВКЛ происходит лавинообразный пробой перехода П2. Дифференциальное сопротивление падает до нуля (точка 1 ВАХ) Далее происходит полный пробой П2, появляются избыточные электрические заряды (участок 1-2, в точке 2 запирающее напряжение близко к нулю). Далее ВАХ аналогична полностью открытому диоду. Рассмотрим отличие работы тринистора от динистора. Тринистор имеет УЭ. Считаем, что к основным электродам тринистора приложено прямое напряжение. Тогда при пропускании положительного тока через УЭ (УЭ соединен c р2 слоеми ток через него является прямым для перехода ПЗ). За счет увеличения тока через ПЗ увеличивается добавочный ток через закрытый переход П2. За счет этого лавинообразный процесс пробоя П2 наступит при значительно низком напряжении

Ток управления при котором U_BKЛ сводится до остаточного напряжения и ВАХ вырождается в характеристику обычного диода, называется током спрямления I_У.С.

Четырёхслойная р-и-р-и-структура может быть представлена в виде комбинации двух соединенных между собой транзисторов VTI и VT2, работающих в активном режиме

Ток анода динистора /_А равен сумме токов /_к1 и /_к2 через коллекторные переходы, включенные параллельно. В эту сумму добавляются тепловые токи и токи утечки через коллекторные переходы, представляемые в виде некоторого эквивалентного обратного тока коллекторов транзисторов /_к0. Такой же ток протекает и в цепи катода динистора - ток /_к. Ток, протекающий через четырёхслойную структуру при прямом смещении на ней, определяется выражением

В четырёхслойной кремниевой структуре общий коэффициент  при малой плотности эмиттерного тока может быть меньше 1, т.е. ток через структуру также будет мал. Однако с ростом напряжения ток через коллекторный переход увеличивается, что соответствует восходящему участку 0-1 ВАХ

23. РСН12 РСН18

В качестве максимального реле напряжения рассмотрим реле типа РСН12 (контролирует повышение напряжения), а в качестве минимального реле напряжения - реле типа РСН18 (контролирует понижение напряжения). Оба типа реле выполняются по одной и той же схеме (рис.8.1)

Различие состоит в настройке шкалы и в использовании контактов выходного электро-механического реле.Напряжение питания схемы реле +15В формируется параметрическим стаби-лизатором, выполненным на резисторах R18, R19 и стабилитроне VD6.Реагирующий орган реле выполнен по схеме триггера Шмитта, и имеет характеристику срабатывания, смещенную в область положительных значений. Для этого опорный потенциал, формируемый из напряже-ния 15 В делителем R7-R11 (резистор R11 подстроенный), подается на инвертирующий вход DA1, a входной сигнал - в цепь неинверти-рующего входа, связанного положительной ОС.

Выходной орган выполнен на силовом транзисторе VT1, включенного по схеме с ОЭ. В коллекторной цепи VTI включено электроме-ханическое реле К1 и обратно включенный диод VD4.Регулирование уставок по напряжению осуществляется делителем RI...R5, R6,R10.

В режиме ожидания к реле подведено напряжение не превышающее уставку (но более 170В), и падение напряжения на R5 меньше опорного потенциала. На выходе DA1 режим отрицательного насыщения. Это напряжение поступает на делитель R15, VD3, R16. Благодаря диоду VD3 на «б» VT1 поступает смещающее напряжение, не позволяющее открыться транзистору.

Когда входное напряжение равно уровню срабатывания, падение напряжения на R5 становится несколько больше опорного потенциала. Триггер Шмитта переключается, на его выходе устанавливается напряжения положительного насыщения. К «б» VT1 подводится напряжение, достаточное для его насыщения, и реле К1 срабатывает. При переключении триггера потенциал неинвертирующего входа ОУ повышается, и этим достигается требуемый коэффициент возврата реле напряжения.

Конденсаторы О, С2, С4, С5, С6 для повышения помехоустойчивости. Диоды VDl, VD2 защищают входы ОУ от (-) и (+) перенапряжений. Диод VD4 защищает переход «к-б» VT1 от перенапряжений, возникающих при коммутации реле К1 а варистор RU1 - цепь «к-э» VT1. Диод VD5 защищает цепь «к-э» VT1 от отрицательного напряжения, ошибочно поданного на реле напряжения.Напряжение срабатывания реле напряжений РСН12 и РСН18 задается ступенчато: U_cp= U_cpmin(1+) где U_cpmin - минимальная уставка;  -сумма чисел на шкале у головок переключателей SBl...SB4.

21.РСТ 11…13

Они применяются в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи.

Схема реле серии РСТ отличается тем, что роль линейного преобразователя здесь играет входной преобразователь тока – промежуточный трансформатор тока (ПТТ) TA1, нагрузкой которого является выпрямительный мост V1 и балластный резистор R1

Основой двухвходового компаратора К1 является ОУ DAI. Порог срабатывания U_on1 задается делителем R3...R6, R9...R13. Ток делителя при коммутации переключателей SB1...SB5 меняется мало, т.к. резисторы R3...R5 имеют большое сопротивление. Это также обес-печивает линейность шкалы уставки. Перемен-ным резистором R3 служит для точной подстрой-ки тока уставки. Диод VD1 служит для защиты ОУ DA1 при больших токах на входе реле.

ИЭ выполнен на элементах R7, R8, VD2, С2. С помощью диода VD2 обеспечиваются разные постоянные времени заряда и разряда конденсатора С2. При поступлении с выхода DAI отрицательных импульсов (т.е. сработанное состояние К1), постоянная времени С2 определяется результирующим сопротивлением параллельно включенных R1 и R8. При поступлении положительных импульсов, заряд С2 идет только через R7.

На DA2 реализован триггер Шмитта. Положительная ОС обеспечивается резистором R16. Порог срабатывания триггера задано напряжением на резисторе R15. Стабилитрон VD3 ограничивает напряжение на С2, что необходимо для условий ускорения срабатывания и возврата реле.

ВО — это электромагнитное реле, включенного в цепь коллектора силового транзистора VT1.

Резистор R17 ограничивает ток базы VTI, а резистор R18 обеспечивает закрытое состояние VT1 при отрицательном насыщенном состоянии DA2. для более надежного и быстрого запирания VT1 в цепи эмиттера включен диод VD7.

Диод VD6 защищает переход «б-к» VT1 от перенапряжений при коммутации электромагнитного реле. Конденсаторы О, С4, С5, С6 служат для защиты от импульсных помех. А конденсатор С3 — для предотвращения ложно-го кратковременного срабатывания при подаче напряжения питания на обесточенное реле.

Питание схемы реле тока осуществляется от источника постоянного напряжения через резистор R20, являющегося балластом для стабилитронов VD4, VD5. Варистор RU1 защищает реле по цепям питания от импульсных перенапряжений. Диод VD8 служит для защиты схемы от ошибки в полярности подключения питающего напряжения.

Входной преобразователь тока (ВПТ) осуществляет масштабное преобразование тока в контролируемой цепи в пропорциональное напряжение. Это напряжение через выпрямительный мост (ВМ) подводится к компаратору (К1) с порогом переключения U_on. Если входной ток меньше уставки на

срабатывание, то на выходе К1 напряжение остается неизменным, и поэтому остальные узлы реле на него не реагируют.

Когда входной ток реле меньше тока сраба-тывания (Iвх< Iср)*, на выходе усилителя DA1 имеется напряжение положительного насыщения uDA1 = US+ (рис. 2.17), благодаря чему обеспечивается закрытое состояние диода VD2

При входном токе большем уставки тока срабатывания реле, скважность импульсов на выходе К1 значительно больше. Напряжение на конденсаторе в цепи ИЭ начинает возрастать при каждом последующем импульсе, достигает порога срабатывания К2, триггер переключается, и вызывает срабатывание выходного органа (ВО).