LB5_Тиристоры

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Лабораторная работа №5

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТИРИСТОРОВ»

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил:

студент гр. 5А45 ^{Евгений}

Проверил:

доцент ОЭЭ ИШЭ Лазуткина Е.Е.

Томск – 2026

Цель работы: Исследование статических вольтамперных характеристик динистора, управляемого тиристора и триодного симистора. Определение основных параметров тиристоров.

Перечень оборудования: Резисторы 330, 100 Ом, реостат 1 кОм, динистор КН102А, тринистор ВТ149, симистор МАС97А6, источник питания, лампочка.

Принципиальные схемы опытов №1, №2, №3 представлены на (рис. 1-2):

Рисунок 1 – Принципиальная схема исследования динистора

Рисунок 2 – Принципиальная схема исследования тринистора

Для опыта №3 «Регистрация ВАХ симистора МАС97А6» применяется схема представленная на (рис.2), но вместо тринистора ВТ149 устанавливается симистор МАС97А6 условно графическое обозначения прибора представлено на (рис.3).

Рисунок 3 – Условно графическое обозначение симистора МАС97А6

Результаты опытов представлены в таблицах 1, 2, 3 и 4 соответственно.

Таблица 1. Прямые ветви устройств

		Динистор закрыт				Динистор открыт
	Iпр,, мА	0	0	0	25,7	5	10	20	30
Динистор Uвкл= 11 В	Uвкл, В	0	3	5	Uвкл	0,7	0,77	0,72	0,7
		Тринистор закрыт				Тринистор открыт
	Iпр,, мА	0	0	0	0	5	10	20	30
Тринистор Iуд= 1,76 мА Iоткр.у= 0,006 мкА	Uвкл, В	0	3	5	10	0,79	0,8	0,86	0,88
		Симистор закрыт				Симистор открыт
	Iпр,, мА	0	0	0	0	5	10	20	30
Симистор При +U Iуд= 2 мА Iоткр.у= +0,5 мА Iоткр.у= -2,2 мА	Uпр, В	0	3	5	10	0,74	0,77	0,81	0,83

Таблица 2. Обратные ветви устройств

Динистор
Uпр, В	0		2		4		5			7		9		10		12
Iобр мА	0		0,1		0,1		0,64			0,95		1,42		1,61		1,97
Тринистор
Uпр, В	0		2		4		5			7		9		10		12
Iобр мА	0		0,53		0,55		0,56			0,56		0,57		0,56		0,58
Симистор
				Симистор закрыт							Симистор открыт
		Iпр,, мА		0		0		0	0		-5		-10		-20		-30

Рисунок 4 – ВАХ прямых и обратных ветвей динистора, тринистора, симистора

Динистор
Тринистор
Симистор

Вывод:

В ходе работы были исследованы статические характеристики полупроводниковых ключевых приборов: динистора, тринистора и симистора. Экспериментально подтверждены различия в их функциональных возможностях, методах управления и симметрии проводимости. Анализ прямой и обратной ветвей ВАХ позволил оценить запирающую способность каждого устройства и выявить особенности их перехода в проводящее состояние. Полученные данные позволяют обоснованно подходить к выбору конкретных компонентов при проектировании силовых и управляющих цепей.

Ответ на контрольные вопросы:

1. Существуют следующие основные типы тиристоров: динисторы (или диодные тиристоры) с двумя выводами (анод и катод), тринисторы (или триодные, управляемые тиристоры) с тремя выводами (анод, катод и

управляющий электрод), а также симисторы — симметричные динисторы или тиристоры, которые могут проводить ток в обоих направлениях, что эквивалентно двум встречно-параллельно соединённым тиристорам. Кроме того, различают однооперационные тиристоры (обычные SCR), которые можно только включить по цепи управления, а выключить — лишь снизив анодный ток до нуля, и двухоперационные (запираемые, GTO), которые можно как включить, так и выключить сигналом по цепи управления.

2. Динистор имеет четырёхслойную структуру p-n-p-n. При прямом напряжении средний p-n переход закрыт, и ток мал. При достижении напряжения включения (Uвкл) происходит ударная ионизация в области закрытого перехода, ток резко возрастает, а напряжение на приборе падает — динистор переходит в открытое (проводящее) состояние. Его ВАХ в открытом состоянии аналогична диодной. Закрывается динистор при снижении тока ниже тока удержания (Iуд). Основные характеристики: напряжение включения, прямой ток и напряжение в открытом состоянии, обратный ток и напряжение.

3. Температура влияет на характеристики тиристоров, изменяя генерацию и подвижность носителей заряда. Обычно с повышением температуры напряжение включения (Uвкл) снижается, так как возрастают обратные токи p-n переходов и облегчается лавинный пробой. Токи удержания и включающие токи также уменьшаются с ростом температуры. Однако при сильном перегреве может наступить тепловой пробой, а при низких температурах — затруднение включения из-за снижения подвижности носителей.

4. При увеличении величины управляющего импульса тока вольтамперная характеристика тринистора смещается влево — напряжение включения уменьшается. При достаточно большом токе управления (превышающем Iоткр.у) характеристика становится такой же, как у диода: тиристор открывается сразу, как только приложено прямое напряжение, без области отрицательного сопротивления. Это объясняется тем, что ток управления дополнительно инжектирует носители в базы, облегчая лавинообразное открывание обоих транзисторов структуры.

5. Тиристор называют частично управляемым вентилем потому, что с помощью управляющего электрода его можно только включить (перевести в проводящее состояние), но невозможно выключить. После включения цепь управления становится ненужной — тиристор поддерживает себя во включённом состоянии за счёт внутренней положительной обратной связи. Чтобы его закрыть, необходимо принудительно снизить анодный ток до нуля

(или изменить полярность напряжения) на время, необходимое для рассасывания носителей.

6. Структура p-n переходов тринистора — это четырёхслойная структура p1-n1-p2-n2 с тремя выводами. Крайняя левая область p1 — анод, крайняя правая n2 — катод, вывод от внутренней области p2 (иногда от n1) — управляющий электрод. Таким образом, p-n переходы: между p1 и n1 — эмиттерный (анодный), между n1 и p2 — коллекторный (базовый, запираемый), между p2 и n2 — катодный эмиттерный переход. Управляющий электрод обычно подключается к p2 (относительно катода, n2).

7. Симистор отличается от тринистора структурно — это встречно-параллельное соединение двух тиристоров в одном кристалле с общим управляющим электродом. Вследствие этого симистор обладает симметричной ВАХ: он может проводить ток как в прямом, так и в обратном направлениях при подаче управляющего сигнала (положительного или отрицательного относительно катода/условного анода). Тринистор же проводит ток только в одном направлении (от анода к катоду) и в обратном направлении закрыт. Управляющие токи для симистора могут быть как положительными, так и отрицательными в зависимости от полярности приложенного анодного напряжения.

8. Условия открытия тринистора: необходимо одновременное наличие двух факторов — положительный потенциал анода относительно катода (прямое смещение) и подача управляющего сигнала (тока) в цепь управляющего электрода достаточной величины (Iу ≥ Iоткр.у). При отсутствии управляющего тока тиристор может открыться только при превышении напряжения на аноде напряжения включения Uвкл, но это нештатный режим.

9. Чтобы тринистор закрылся (перешёл из открытого состояния в закрытое), необходимо каким-либо способом снизить анодный ток ниже тока удержания (Iуд) и удерживать его на этом уровне в течение времени рассасывания неосновных носителей в базах (времени восстановления запирающих свойств). На практике это достигается разрывом анодной цепи, кратковременным изменением полярности приложенного напряжения или его снижением до нуля. По цепи управления обычный (однооперационный) тринистор закрыть нельзя.

10. Двухоперационный тиристор (запираемый, GTO) отличается от однооперационного тем, что является полностью управляемым: его можно как включить, так и выключить по цепи управляющего электрода. Для выключения подаётся отрицательный ток управления достаточной величины и длительности, который вызывает рассасывание носителей в базовых областях и лавинообразное запирание структуры. Однооперационный же

тиристор выключить по цепи управления невозможно — только снижением анодного тока. Конструктивно запираемые тиристоры состоят из множества параллельных ячеек для обеспечения равномерности выключения.