Материал для подготовки к экзамену по электротехнике (1092854), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

В случае, если обратное напряжение превышает некоторое допустимое значение, то происходит лавинный электрический (обратимый) пробой р – п – перехода, что приводит к заметному увеличению обратного тока, быстрому перегреву полупроводника и тепловому разрушению р – п – перехода. Электрический и тепловой пробои р – n - перехода во многих случаях происходят одновременно. При чрезмерном разогреве перехода, когда происходит изменение структуры кристалла, переход необра­тимо выходит из строя. Если же при возникновении пробоя ток через р – п - переход ограничен сопротивлением внешней цепи и мощность, выделяющаяся на переходе, невелика, то пробой обратим. В этом слу­чае можно управлять обратным током путем изменения внешнего напряжения, подводимого к переходу.

ВОЛЬТ – АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ВАХ) ЭЛЕКТРОННО - ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА

Зависимость силы тока через р – п - переход от приложенно­го напряжения I (U) называется вольт - амперной ха­рактеристикой (ВАХ) электронно - дырочного перехода (рис. 10).

Рис. 10. Вольт - амперная характеристика электронно-дырочного перехода

а) – идеальная; б) - реальная

Вольт - амперная характеристика для прямого включения р – п - перехода (прямая ветвь ВАХ «1») и обратного включения (обратная ветвь ВАХ «2») в зависимости от требуемой точности может быть изображена при одинаковом масштабе токов и напряжений (а) и при различном масштабе (б).

При одинаковом масштабе по осям для прямых (положительных) и обратных (отрицательных) значений на­пряжения и тока вольт - амперная характеристика соответствует характеристике идеаль­ного электрического вентиля (а ). Прямая ветвь ВАХ совпадает с осью тока, что означает нулевое падение на­пряжения при протекании прямого тока, т. е. прямое сопротивление р – п - перехода равно нулю (R _ПР = 0) и следовательно р – п – переход открыт. Обратная ветвь ВАХ совпадает с осью напряжения, что означает нулевой ток при включении обратного напряжения, т. е. обратное сопротивление р – п - перехода равно бесконечности (R _ОБР = ∞) и следовательно р – п – переход закрыт. Следовательно, р – п - переход в зависимости от полярности приложенного напряжения обладает вентильными свойствами - односторонней проводимостью, т. е. пропускает электрический ток в прямом направлении и не пропускает в обратном.

В действительности реальная вольт - амперная ха­рактеристика р – п - перехода (б ) несколько отличается от идеальной вентильной характеристики, поэтому, если для точных расчётов необходимо учесть эти отличия, то её строят в раз­ных масштабах для прямых и обратных зна­чений токов и напряжений.

Отношение прямого тока к обратному току при одном и том же напряжении называется коэффициентом выпрямления: К_В = I _ПР / I _ОБР , (U = const ).

Анализ вольт - амперной характеристики р – п - перехода позволяет рассматривать его как нелинейный элемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от величины и полярности приложенного напряжения. Нелинейные свойства р – n - переходов лежат в основе работы полупроводниковых преобразователей электрической энергии, используемых для выпрямления переменного тока, изменения частоты и т. д.

Односторонняя (вентильная) проводимость р – п – перехода является его основным отличительным свойством, на использовании которого и основана работа различных полупроводниковых приборов.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Преобразователем электрической энергии явля­ется устройство, которое связывает две (или более) различные электрические системы и позволяет изменять параметры электрической энергии.

Преобразователи электрической энергии можно классифицировать в зависимости от того, какие электри­ческие системы они соединяют. На практике наиболее часто встречаются преобразователи электрической энергии, связывающие две электри­ческие системы (рис. 11).

Рис. 11. Преобразователь в электрических системах

Электрические системы принято делить на системы постоянного и пере­менного тока, причем системы постоянного тока обычно являются двухпроводными, а сис­темы переменного тока, в свою очередь, однофазными (двухпроводными) или многофазными (многопроводными). Для таких систем можно выделить четыре класса полупроводниковых преобразовательных устройств:

а) – выпрямители - преобразователи переменного тока в постоянный

б) – инверторы - преобразователи постоянного тока в переменный;

в) – преобразователи переменного тока в переменный ток с другими параметрами (преобразователи частоты, преобразо­ватели числа фаз, регуляторы переменного напряжения и т. п.);

г) – конверторы - преобразователи постоянного тока в постоянный ток с другими параметрами.

При этом необходимо учитывать на­правление передачи электрической энергии. Например, когда преобразо­ватель, связывающий системы переменного и постоянного тока, обеспечивает направление потока энергии в сторону системы постоянного тока, он работает как выпрями­тель, если наоборот – он работает как инвертор.

На рис. 12 представлены основные классы преобразователей в слу­чае двухпроводных систем постоянного тока и трехфазных систем перемен­ного тока (стрелками показаны на­правления потока электрической энергии (ЭЭ)).

Рис. 12. Основные классы преобразовательных устройств

а) – выпрямители; б) – инверторы; в) – преобразователи переменного тока;

г) – преобразователи постоянного тока

Иногда применяются преобразова­тельные устройства, представляющие собой сочетание двух или более упо­мянутых классов преобразователей. В ряде случаев целесообразно одни параметры электрической энергии из­менять при помощи полупроводнико­вого преобразователя, а другие - при помощи преобразователя иного типа. Такие комбинированные преобразовательные устройства часто применяются в сис­темах переменного тока, где, напри­мер, изменение частоты производится при помощи полупроводникового пре­образователя, а изменение величины напряжения - при помощи электро­магнитного преобразователя - транс­форматора.

Все преобразователи могут быть выполнены как нерегулиру­емыми, так и регулируемыми, причем регулированию может подлежать один или несколько параметров передаваемой энер­гии: величина и форма напряжения или тока, частота, число фаз и др.

СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Базисным элементом современных полупровод­никовых преобразователей электрической энергии является по­лупроводниковый прибор дискретного (ключевого) действия.

В качестве такого простейшего электрического ключа может быть использован полупроводниковый прибор, содержащий p – n – переход и обладающий односторонней проводимостью, т. е. имеющий два устойчивых рабо­чих состояния: «открыт » - при прямом включении и «закрыт » - при обратном включении. Такой прибор при помощи двух силовых выводов (электродов), соединённых с анодом и катодом, включается в электрическую цепь и в открытом состоянии обеспечивает прохождение тока только в одном определенном направлении, а в закрытом состоянии размыкает эту цепь. Полу­проводниковый прибор может быть неуправляемым или управ­ляемым и в этом случае, кроме двух основных электродов, он имеет еще один или несколько вспомогательных выводов для подачи управляющего сиг­нала.

В настоящее время в силовой электронике наиболее широкое распространение получили неуправляемые полупроводниковые приборы дискретного дей­ствия - диоды и управляемые полупроводниковые приборы - тиристоры.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Полупроводниковый диод представляет собой полупро­водниковый прибор с двумя силовыми электродами, состоящий из двух полупроводников р и п – типа с одним электронно – дырочным переходом и обладающий свойством односторонней проводимости в зависимости от полярности включения.

На электрических схемах полупроводниковый диод изображается следующим графическим обозначением (рис. 13):

Рис. 13. Условное графическое обозначение (УГО) диода

Работа полупроводникового диода основана на использовании электрических свойств р – п – перехода, который формируется при изготовлении диода и асимметричная проводимость которого зависит от полярности включения диода.

Различают два возможных способа включения диода в электрическую цепь:

1. Прямое включение (рис. 14) – положительный полюс источника напряжения (+) соединяется с анодом диода (р – зона полупроводника), а отрицательный полюс источника (-) соединяется с катодом диода (n – зона полупроводника).

Рис. 14. Схема прямого включения диода

В этом случае р – п – переход диода включён в прямом направлении и электрические свойства диода в этом режиме определяются прямой ветвью вольт - амперной характеристики р – п – перехода (рис. 15).

Рис. 15. Вольт - амперная характеристика диода

1 – прямая ветвь ВАХ; 2 – обратная ветвь ВАХ

При этом сопротивление р – п – перехода, а следовательно и сопротивление самого диода практически равно нулю R _ПР ≈ 0, поэтому сила тока через диод ограничена только сопротивлением нагрузки, включённой последовательно с диодом:

I _ПР = U / (R _ПР + R _Н ) = U / R _Н .

При прямом включении диод свободно пропускает электрический ток R _ПР ≈ 0, т. е. практически не оказывает влияния на силу тока в электрической цепи, поэтому в этом случае обычно используют выражение «диод открыт ».

2. Обратное включение (рис. 16 ) – положительный полюс источника напряжения (+) соединяется с катодом диода (n – зона полупроводника), а отрицательный полюс источника (-) соединяется с анодом диода (р – зона полупроводника).

Рис. 16. Схема обратного включения диода

В этом случае р – п – переход диода включён в обратном направлении и электрические свойства диода в этом режиме определяются обратной ветвью вольт - амперной характеристики р – п – перехода (рис. 15). При этом сопротивление р – п – перехода, а следовательно и сопротивление самого диода практически равно бесконечности R _ОБР ≈ ∞ , поэтому сила тока через диод определяется величиной обратного тока р – п – перехода и практически равна нулю:

I _ОБР = U / (R _ОБР + R _Н ) = U / R _ОБР ≈ 0 .

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)