Лабораторная работа №5. «Исследование вольт - амперных характеристик тиристоров»

Цель работы - изучение основных характеристик, процессов работы и областей применение тиристоров.

Задачи:

• Снять вольтамперные характеристики динистора (типа КН102А), тринистора (типа ВТ149) и симистора (типа МАС97А6).

• Убедиться, что тиристор остаётся во включенном состоянии и после снятия управляющего тока, и выключается только при снижении тока через него ниже тока удержания.

• Определить напряжение включения динистора (U_вкл), токи удержания и открытия управляющего электрода (I_отк и I_отк.у) для тринистора и симистора. Для последнего определить параметры в прямом и обратном направлениях.

• По полученным данным построить графики ВАХ для динистора, тринистора и симистора.

Основные теоретические положения

Тиристоры – переключающие полупроводниковые приборы, имеющие четырёхслойную структуру. Они имеют два устойчивых состояния: открытое (проводящее) и закрытое (непроводящее). Они выпускаются с двумя или тремя выводами. В первом случае они называются динисторами (или диодными тиристорами), во втором – тринисторами (триодными или управляемыми тиристорами). Их условные обозначения показаны на рис. 5.1. Выводы обозначаются: А – анод, К – катод, УЭ – управляющий электрод. Производятся также симметричные динисторы и тиристоры (симисторы), которые могут проводить ток в обоих направлениях и эквивалентны двум динисторам или тиристорам, соединённым встречно - параллельно.

Рисунок 6.1 – Разновидности тиристоров и их УГО

Четырёхслойная структура динистора представлена на рис. 6.2 а. Для уяснения принципа действия четырёхслойный прибор можно представить, как два трёхслойных прибора, как показано на рис. 6.2 б, или как два транзистора, эквивалентная схема соединения которых показана на рис. 6.3 в. Вольт – амперная характеристика тиристора представлена на рис. 6.2 г.

Рисунок 6.2 – Структура, эквивалентная схема и ВАХ тиристора

При прямом приложенном напряжении, показанном на рисунках, левый и правый p – n переходы открыты, а средний закрыт. Через тиристор протекает лишь незначительный ток неосновных носителей (см. рис. 6.2 г). По мере увеличения прямого напряжения энергия носителей заряда, проходящих через запертый n₁ – p₂ увеличивается и при некотором напряжении (U_вкл) возникает ударная ионизация атомов полупроводника в зоне n₁ – p₂ перехода, ток резко возрастает, два транзистора (рис. 6.2. в) открываются, напряжение на тиристоре резко падает, и он переходит в открытое состояние. Вольт - амперная характеристика открытого тиристора аналогична вольт - амперной характеристике диода. При снижении тока тиристор остаётся в открытом состоянии до некоторого небольшого тока (см. рис. 6.2. г), называемого током удержания (I_уд). Он несколько меньше тока включения, показанного на рис. 6.2. г.

Управляемые тиристоры имеют кроме основных выводов «Анод» и «Катод» третий вывод «Управляющий электрод». Он показан на рис. 6.2. в пунктиром. Подавая на него импульс тока положительной полярности, мы принудительно открываем один из транзисторов, второй транзистор также открывается, так как через его базу начинает протекать ток коллектора другого транзистора. Напряжение включения уменьшается, как показано на рис. 5.2. г пунктиром. При токе управления, превышающем открывающий ток управления (I_откр.у) вольт - амперная характеристика тиристора полностью аналогична характеристике диода.

Важно, что управляемый тиристор остаётся во включенном состоянии и после снятия управляющего тока. Он выключается только при снижении тока через него ниже тока удержания. Причём, для того чтобы тиристор не включился самопроизвольно при следующей подаче на него прямого напряжения, он должен находиться в выключенном состоянии определённое время, называемое временем восстановления запирающих свойств. Кроме того, скорость нарастания анодного напряжения не должна превышать для данного типа тиристоров допустимую величину.