5. Обробка результатів, оформлення звіту

ТА ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

5.1 Звіт повинен містити:

- назву лабораторної роботи та її мету;

- принципові схеми лабораторних макетів;

- заповнені таблиці вимірювань;

- осцилограми напруг у контрольних точках;

- результати розрахунків;

- висновки по кожному пункту досліджень.

5.2 Користуючись результатами вимірювань, визначити пряме падіння напруги на випрямних діодах для кожної схеми випрямлення. Цей параметр визначається як різниця амплітуд напруг на вході випрямлячів і на активному навантаженні за формулами (для різних випрямлячів):

, , .

Для мостових схем випрямлення отриманий результат відноситься до послідовно з’єднаних двох діодів. Зробити висновки.

5.3 Користуючись осцилограмами напруги на виходах випрямлячів, визначити частоту (період) пульсацій. Враховуючи значення опору та ємності навантаження, розрахувати сталу часу навантаження і з урахуванням отриманого значення проаналізувати результати та зробити висновки.

5.4 За формулою (3.1) визначити коефіцієнти пульсацій випрямленої напруги для різних схем випрямлення і двох режимів навантаження. Експериментально визначена амплітуда змінної складової U_зм у таблицях позначена U_П. Проаналізувати результати та зробити висновки.

6 Контрольні запитання

6.1 Пояснити різницю між однопівперіодною та двопівперіодною схемами випрямлення.

6.2 Основні параметри випрямлячів.

6.3 Дати визначення і пояснити фізичну сутність коефіцієнта пульсацій випрямленої напруги.

6.4 Пояснити призначення та принцип роботи згладжувального фільтра.

6.5 В яких випадках доцільно застосовувати RC-фільтри, а в яких LC-фільтри? Обгрунтувати підходи.

6.6 Дати визначення і пояснити фізичну сутність коефіцієнта згладжування пульсацій згладжувальних фільтрів.

6.7 Як впливає на ефективність згладжування пульсацій випрямленої напруги величина сталої часу активно-ємнісного навантаження?

6.8 Виходячи з принципу роботи згладжувальних фільтрів, пояснити залежність їх згладжувальних властивостей від типу випрямного пристрою.

6.9 Дати основні порівняльні характеристики RC- і LC-фільтрів.

6.10 На основі аналізу принципових схем випрямлячів визначити величини зворотних напруг, які діють на вентилі.

6.11 Пояснити принцип визначення частоти пульсацій випрямленої напруги. Навести значення частот пульсацій для різних схем випрямлення.

Лабораторна робота №4 «Дослідження регуляторів потужності на тиристорі і симисторі»

Мета роботи – вивчення особливостей роботи тиристорів і симисторів в колах постійного і змінного струму.

1 Короткі теоретичні відомості

1.1 Визначення, види тиристорів

Тиристором називають напівпровідниковий прилад, основу якого складає чотиришарова структура, здатна перемикатися із закритого стану у відкритий і навпаки.

Найпростішим тиристором є динистор - некерований перемикаючий діод, що представляє собою чотиришарову структуру типу p-n-p-n (рисунок 4.1). Тут, як і в інших типів тиристорів, крайні p-n-переходи називаються емітерними, а середній p-n-перехід - колекторним. Внутрішні області структури, що лежать між переходами, називаються базами. Електрод, що забезпечує електричний зв'язок із зовнішньою n-областю, називається катодом, а з зовнішньої p-областю - анодом.

На відміну від несиметричних тиристорів (динисторов, тринисторів) в симетричних тиристорах (симисторах) зворотна гілка ВАХ має вигляд прямої гілки. Це досягається зустрічно-паралельним включенням двох однакових чотиришарових структур або застосуванням п'ятишарових структур з чотирма p-n-переходами.

а)

б)

Рисунок 4.1 - Структура динистора (а) та тринистора (б)

Позначення на схемах: симистора, динистора та тринистора показано на рисунку 4.2.

а) б) в)

Рисунок 4.2 - Позначення на схемах:

а) симистор б) динистор в) тринистор

1.2 Принцип дії

При включенні динистора за схемою, наведеною на рисунку 4.3, колекторний p-n-перехід закритий, а емітерні переходи відкриті. Опори відкритих переходів малі, тому майже вся напруга джерела живлення прикладена до колекторному переходу,що має високий опір. У цьому випадку через тиристор протікає малий струм (ділянка 1 на рисунку 4.4).

Якщо збільшувати напругу джерела живлення, струм тиристора збільшується незначно, поки ця напруга не наблизиться до деякого критичного значення, рівного напрузі включення Uвкл. При напрузі Uвкл в динисторі створюються умови для лавинного розмноження носіїв заряду в області колекторного переходу. Відбувається зворотній електричний пробій колекторного переходу (ділянка 2 на рисунку 4.4). В n-області колекторного переходу утворюється надмірна концентрація електронів, а в p-області - надмірна концентрація дірок. Зі збільшенням цих концентрацій знижуються потенційні бар'єри всіх переходів динистора. Зростає інжекція носіїв через емітерні переходи. Процес носить лавиноподібний характер і супроводжується перемиканням колекторного переходу у відкритий стан. Зростання струму відбувається одночасно зі зменшенням опорів усіх областей приладу. Тому збільшення струму через прилад супроводжується зменшенням напруги між анодом і катодом. На ВАХ цю ділянку позначено цифрою 3. Тут прилад має негативний диференціальний опір. Напруга на резисторі зростає і відбувається перемикання динистора.

Після переходу колекторного переходу у відкритий стан ВАХ має вигляд, відповідний прямій гілці діода (ділянка 4). Після перемикання напруга на динисторі знижується до 1 В. Якщо і далі збільшувати напруга джерела живлення або зменшувати опір резистора R, то буде спостерігатися зростання вихідного струму, як у звичайній схемі з діодом при прямому включенні.

При зменшенні напруги джерела живлення відновлюється високий опір колекторного переходу. Час відновлення опору цього переходу може становити десятки мікросекунд.

а) б)

Рисунок 4.3 - Схема включення динистора (а) та тринистора (б)

Напругу Uвкл, при якій починається лавиноподібне наростання струму, може бути знижено введенням не основних носіїв заряду в будь-якому з шарів, прилеглих до колекторного переходу. Додаткові носії заряду вводяться в тиристорі допоміжним електродом, що живиться від незалежного джерела управляючої напруги (Uупр). Тиристор з допоміжним електродом називається тріодним, або тринисторним. На практиці при використанні терміну «тиристор» мається на увазі саме цей елемент. Схема включення такого тиристора показана на рис. 4.2,б. Можливість зниження напруги U при зростанні струму управління, показує сімейство ВАХ (рис. 4.3,б).

а) б)

Рисунок 4.4 - Вольтамперна характеристика динистора (а) та тринистора (б)

Якщо до тиристора прикласти напругу живлення, протилежної полярності (рис. 4.4,б), то емітерні переходи виявляться закритими. У цьому випадку ВАХ тиристора нагадує зворотну гілку характеристики звичайного діода. При дуже великих зворотних напругах спостерігається незворотний пробій тиристора.

Симистор має додатковий p-n перехід поруч з анодом або катодом. Така конструктивна особливість симистора обумовлює симетричність його вольтамперної характеристики.

Рисунок 4.5 - Вольтамперна характеристика динистора

1.3 Параметри тиристорів

1. Напруга включення (Uвкл) - це напруга, при якій тиристор переходить у відкритий стан.

2. Періодична імпульсна зворотна напруга (Uзв.max) - це напруга, при якій наступає електричний пробій. Для більшості тиристорів Uвкл = Uзв.max.

3. Максимально допустимий прямий, середній за період струм.

4. Пряме падіння напруги на відкритому тиристорі (Unp = 0,5 ÷ 1 В).

5. Зворотний максимальний струм - це струм, обумовлений рухом неосновних носіїв при прикладанні напруги зворотної полярності.

6. Струм утримання - це анодний струм, при якому тиристор закривається.

7. Час відключення - це час, протягом якого закривається тиристор.

8. Гранична швидкість наростання анодного струму . Якщо анодний струм буде швидко наростати, то p-n переходи будуть завантажуватися струмом нерівномірно, внаслідок чого буде відбуватися місцевий перегрів і тепловий пробій.

9. Гранична швидкість наростання анодної напруги . Якщо гранична швидкість наростання анодної напруги буде більша паспортної, тиристор може мимовільно відкритися від електромагнітної завади.

10. Керуючий струм включення - це струм, який необхідно подати, щоб тиристор відкрився.

11. Керуюча напруга включення - це напруга, яку слід подати, щоб тиристор відкрився.

1.4 Способи управління тиристорами

Включення звичайного тиристора здійснюється подачею імпульсу струму в ланцюг управління позитивної, щодо катода, полярності. На тривалість перехідного процесу при включенні значний вплив мають:

• характер навантаження (активний, індуктивний та ін),

• амплітуда і швидкість наростання імпульсу струму управління Ig,

• температура напівпровідникової структури тиристора,

• прикладена напруга і струм навантаження.

У колі, що містить тиристор, не повинно виникати неприпустимих значень швидкості наростання прямої напруги , при якій може відбутися мимовільне включення тиристора при відсутності сигналу керування Ig і швидкості наростання струму . У той же час крутизна сигналу керування повинна бути високою.

Серед способів виключення тиристорів прийнято розрізняти природну комутацію і примусову або штучну комутацію. Природна комутація відбувається при роботі тиристорів в колах змінного струму, а примусова – при роботі тиристора на постійному струмові.