Контрольные вопросы

1 Назначение предохранителей.

2 Требования к материалу для плавких вставок.

3 Назначение металлургического эффекта в предохранителях.

4 Особенности работы предохранителя при «пограничном» токе.

5 Основные параметры предохранителей.

6 Схема включения предохранителей в защищаемую цепь.

4. Тиристорные переключатели и пускатели

4.1. Общие сведения о тиристорах

Тиристор, или кремниевый управляемый прибор, представляет собой специальный тип полупроводникового диода, выполненного на основе четырёхслойной полупроводниковой структуры типа p-n-p-n и имеющего на вольт-амперной характеристике участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением (du/di < 0).

Тиристор, не имеющий управляющего электрода, называется диод-тиристором или динистором.

Вентиль с одним управляющим электродом называется триод-тиристором или тринистором; с двумя управляющими электродами - бинистором.

Триод-тиристор может быть выполнен с неполной управляемостью, т. е. когда закрыть его с помощью управляющего электрода нельзя, тогда его называют обычным триодным тиристором, в противном случае его называют запираемым тиристором.

У бинисторов один управляющий электрод используется для включения вентиля, а другой для его запирания.

Существенный недостаток диодных, триодных и запираемых тиристоров - невозможность проводить ток в обоих направлениях. Этого недостатка лишены симметричные тиристоры.

4.2. Динисторы

Основным элементом диод-тиристора является кремниевая пластина, имеющая четырёхслойную структуру, в которой чередуются слои с электронной n- и дырочной p-проводимостями (рис. 4.1, а). Эти четыре слоя образуют три p-n перехода П₁, П₂ и П₃. Управляющий электрод у динистора отсутствует. Условное обозначение диод-тиристора приведено на рис. 4, б.

Принцип работы динистора хорошо иллюстрируется его вольт-амперной характеристикой (рис. 4.1, в). При приложении к вентилю положительного напряжения переходы П₁ и П₃ оказываются в проводящем, а переход П₂ - в непроводящем состояниях. Поэтому сопротивление диода очень высокое и ток (ток утечки) через диод очень мал, что характеризует запертое состояние вентиля (участок 0-1 на характеристике (рис. 4.1, в.). Здесь увеличение анодного напряжения мало влияет на величину тока и дифференциальное сопротивление вентиля.

Рис. 4.1 Динистор: а ¾ упрощённая структура; б ¾ условное

обозначение; в ¾ вольт-амперная характеристика;

г ¾ простейшая схема включения на нагрузку

Однако поскольку напряжение на диоде оказывается практически полностью приложенным к запертому переходу П₂, при достаточно высоком напряжении U_в начинает существенно сказываться ударная ионизация во втором переходе, число электрических зарядов через переход П₂ возрастает и ток через вентиль i_В. При некотором критическом напряжении U_вкл увеличение зарядов приобретает лавинообразный характер, дифференциальное сопротивление диода падает до нуля (точка 1 на характеристике рис. 4.1, в), что соответствует состоянию пробоя динистора. После пробоя перехода П₂ напряжение на вентиле уменьшается (участок 1-2 характеристики на рис. 1, в), что соответствует процессу переключения динистора. В слоях у перехода П₂ образуются избыточные электрические заряды, которые сводят запирающее напряжение до нуля (точка 2 характеристики на рис. 4.1, в). На участке 2-3 вольт-амперная характеристика имеет тот же характер, что и характеристика обыкновенного диода. Отличие состоит в большем остаточном напряжении U_ост на открытом динисторе (до 1-2 В) за счёт сравнительно толстого слоя n₁, что необходимо для повышения рабочих напряжений и U_вкл.

При подаче на вентиль обратного напряжения U_обр переходы П₁ и П₃ оказываются запертыми и характеристика динистора (участок 0-4 характеристики рис. 4.1, в.) аналогична характеристике обыкновенного диода при отрицательном напряжении на нём. При увеличении U_обр до величины, равной обратному пробивному напряжению U_п, обратный ток начинает резко возрастать, что приводит к пробою динистора и его разрушению.