Электроника_Книга (852903), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При этом и транзисторVT1 начинает переходить из активной области в область насыщения(рисунок 7.7, ж).Далее оба транзистора перейдут в область насыщения, сопротивление их упадет практически до нуля, и по ним под действиемвнешнего напряжения потечет большой ток (рисунок 7.7, з). Тиристор откроется.Таким образом, благодаря поочередному открытию VT1 и VT2,вся тиристорная структура переходит из закрытого состояния, с сопротивлением близким к бесконечности (разомкнутый ключ), в открытое, с сопротивлением близким к нулю (замкнутый ключ). Достаточно приоткрыть какой-либо из транзисторов, как вся структурапереходит в открытое состояние под действием прикладываемогок ТС напряжения UF.
Открыв друг друга и перейдя в область насы113щения, VT1 и VT2 держат сами себя в открытом состоянии благодаря токам баз транзисторов, которые протекают под действием внешнего напряжения (рисунок 7.7, з).Открытию ТС соответствует участок ВС на прямой ветви ВАХ(пунктирная линия на рисунке 7.6).
Весь переходный процесс, изображенный на рисунках 7.7, а – з (переход из т. В в т. С на рисунке 7.6),происходит практически мгновенно.Прямое напряжение, при котором ТС при IG = 0 переходит из закрытого состояния в открытое, называется максимальным напряжением переключения (U(BO)m).Ток, при котором ТС при IG = 0 переходит в открытое состояние,называется током включения (IL).Значениям U(BO)m и IL соответствуют проекции т.
В (рисунок 7.6)на оси абсцисс и ординат.После включения ТС напряжение на нем (UF) падает практическидо нуля, а ток во внешней цепи будет определяться только внешнимнапряжением ЕА и сопротивлением нагрузки RH (рисунок 7.5):IA =ЕA.RH(7.2)Этому режиму работы ТС соответствует участок CD на прямойветви ВАХ (рисунок 7.6), который аналогичен ВАХ диода в прямомнаправлении.Из вышесказанного следует первый способ открытия ТС – увеличить прямое напряжение между анодом и катодом до максимального напряжения переключения U(BO)m.На участке CD ТС находится в открытом состоянии под действием тока, протекаемого по внешней цепи (7.2), так как токи IБ1 и IБ2,поддерживающие VT1 и VT2 в открытом состоянии, являются составляющими IА (7.1) (рисунок 7.7, з).Поэтому, чтобы закрыть работающий ТС, необходимо ток внешней цепи IА уменьшить ниже некоторой величины, при которой токиIБ1 и IБ2 начнут закрывать VT1 и VT2.Для закрытия ТС достаточно уменьшить ток базы одного из транзисторов, например IБ1.
При этом VT1 перейдет из области насыщения в активную область, что вызовет снижение тока в Цепи 2 (рисунок 7.7, е). Ток Цепи 2, являясь током IБ2, также переведет VT2 изобласти насыщения в активную (рисунок 7.7, д). Это еще уменьшитток Цепи 1 (рисунок 7.7, г). Снижение тока Цепи 1 еще больше закроет VT1 и так далее. Процесс заканчивается переходом обоих транзисторов в область отсечки (рисунки 7.7, з – а) и закрытием ТС.114Минимальный прямой ток, поддерживающий ТС в открытом состоянии при отсутствии тока управления (IG = 0), называется токомудержания (IH).
Значению этого тока соответствует проекция т. C прямой ветви ВАХ ТС (рисунок 7.6) на ось ординат.Из вышесказанного вытекает первый способ закрытия тиристора – уменьшить прямой ток по ТС до величины ниже тока удержания IH.7.3.3 Работа тиристора по схеме замещения при прямомнапряжении и IG > 0Допустим, что в схеме по рисунку 7.5 к цепи управления приложено положительное напряжение UG («+» на +УЭ, «–» на –УЭ) и поконтуру +УЭ, Б2, Э2, –УЭ протекает небольшой (10–6 … 10–3 А) токIG, равный IG1. При этом прямое напряжение ЕА, прикладываемое кнагрузке и двум транзисторам, плавно увеличивается от нуля до некоторой величины.Пока напряжение UF, прикладываемое к VT1 и VT2, невелико(участок ОА1 на рисунке 7.8), по базе VT2, согласно (7.1), протекаетток коллектора закрытого VT1 и ток управления IG1.
Однако суммыэтих токов недостаточно, чтобы приоткрыть VT2, и ТС остается закрытым (рисунок 7.9, а).Рисунок 7.8 – ВАХ тиристора при IG > 0115При дальнейшем увеличении напряжения начинается лавинныйпробой перехода Б1–К1, и ток по Цепи 2 возрастает (участок А1В1 нарисунке 7.8). Когда напряжение UF достигает величины U(BO)1 (т. В1на рисунке 7.8), ток базы VT2, который равен IБ2 = IК1 + IG1, приоткрывает VT2 (рисунок 7.9, б).Далее процесс развивается аналогично процессу включения ТСпри IG = 0 (рисунки 7.7, в – з) – увеличивается IБ1, приоткрываетсяVT1, увеличивается IБ2, открывается VT2 и так далее до полного открытия ТС (участок В1С на рисунке 7.8).аАЭ1VT1Б1бАЭ1Цепь 1VT1IБ1ป0К1IК2ป0Цепь IК1ป0UFК22+УЭ IБ2ป0+IG1VT2Б2IG1Э2UGIG1К-УЭБ1Цепь 1IБ1ป0К1IК2ป0Цепь IК1'UFК22 I =I '+I+УЭ Б2 К1 G1VT2Б2IG1Э2UGIG1К-УЭРисунок 7.9 – Стадии открытия тиристора при токе управления IG > 0:на участке ОА1 рисунка 7.8 (а) и на участке CD рисунка 7.6 (б)Таким образом, небольшой ток управления IG1 позволяет снизитьнапряжение переключения ТС с максимального U(BO)m до U(BO)1.Если еще увеличить ток управления до IG2 или IG3 (рисунок 7.8),то напряжение переключения ТС снизится соответственно до U(BO)2или до U(BO)3.Дальнейшее увеличение тока IG настолько может уменьшить напряжение переключения, что при каком-то токе управления ТС будет работать как диод (участок ОСD на рисунке 7.8).Минимальный ток управления, при котором ВАХ ТС аналогичнаВАХ диода, называется отпирающим током управления (I GТ).Минимальное напряжение на УЭ, соответствующее отпирающемутоку IGТ, называется отпирающим напряжением управления (U GТ).Из вышесказанного вытекает второй способ открытия ТС – податьмежду УЭ и катодом ТС отпирающее напряжение управления.Рассмотрим, что произойдет с открытым ТС, если к его цепиуправления приложить отрицательное напряжение UG («–» на +УЭ,116«+» на –УЭ) (рисунок 7.10, а).
В этом случае по цепи: –УЭ, Э2, Б2,+УЭ потечет ток управления IG, который будет направлен против часовой стрелки. Он несколько снизит ток базы VT2, но перевести открытый VT2 из области насыщения в активную область отрицательно направленный IG не сможет, так как IG << IБ2 (IG — миллиамперы,IБ2 — сотни ампер).абРисунок 7.10 — Подача на УЭ тиристора отрицательного токауправления (а) и схема замещения двумя транзисторами тринисторас управлением по аноду (б)Поэтому закрыть ТС, проводящий ток в прямом направлении,подачей отрицательного тока управления, соизмеримого с отпирающим током управления, нельзя.Принцип работы тринисторов с управлением по аноду (рисунок7.1, в) аналогичен. Отличие заключается в том, что для открытия этихполупроводниковых приборов необходимо подать отрицательное, относительно анода, напряжение управления, то есть сначала открытьVT1 (рисунок 7.10, б).7.3.5 Работа тиристора по схеме замещения при обратномнапряженииДопустим, что в схеме по рисунку 7.5 к нагрузке и двум транзисторам приложено обратное напряжение ЕА («–» ЕВХ на верхней клемме, а «+» ЕВХ – на нижней), которое плавно увеличивается от нулядо некоторой максимальной величины.
В этом случае VT1 и VT2 будут закрыты, и ток по ним будет очень мал, так как обусловлен неосновными носителями зарядов. Сопротивление ТС близко к беско117нечности (разомкнутый ключ). Увеличение обратного напряженияпрактически не скажется на величине тока даже при достаточно больших (102 … 103 В, в зависимости от класса ТС) напряжениях (участокОЕ на рисунках 7.5 и 7.8).Когда обратное напряжение достигает напряжения пробоя U(BR)(т.
Е на рисунках 7.5 и 7.8), происходит выход ТС из строя.Поэтому второй способ закрытия ТС – подать между его анодоми катодом обратное напряжение. Второй способ закрытия ТС является частным случаем первого, так как смена полярности с прямойна обратную уменьшает прямой ток ТС до нуля, что приводит к надежному закрытию ТС.7.4 Сравнение тиристоров и биполярных транзисторов7.4.1 По мощности управленияОтпирающий ток управления тиристоров весьма мал и составляетдесятки миллиампер, тогда как ток, протекаемый в прямом направлении, у современных силовых ТС достигает нескольких тысяч ампер.Такая величина тока управления объясняется тем, что он не долженпереводить транзисторы VT1 и VT2 схемы замещения (рисунок 7.5)из области отсечки в область насыщения.
Ему достаточно приоткрытьVT2, после чего VT1 и VT2 сами откроются под действием внешнегонапряжения UF. Поэтому коэффициент усиления по току у мощныхТС приближается к 10 6.Для перевода биполярного транзистора из области отсечки в область насыщения (см. раздел 5) необходимо, чтобы его ток управления (ток базы) составил от 1 до 10 % силового тока (тока коллектора).Поэтому коэффициент усиления по току у биполярных транзисторов не превышает 102.Следовательно, коэффициент усиления по току у тиристоров в тысячи раз больше, чем у биполярных транзисторов.После включения ТС необходимость в токе управления отпадает,так как VT1 и VT2 (рисунок 7.5) поддерживаются в области насыщения своими базовыми токами IБ1 и IБ2, которые протекают под действием напряжения внешней цепи.
Поэтому ТС можно открыватькратковременными маломощными импульсами.В биполярных транзисторах ток управления (ток базы) долженпротекать всегда, пока требуется, чтобы транзистор был открыт. Как118только ток базы прекратится, транзистор перейдет в область отсечки и закроется.Следовательно, мощность системы управления, которая требуетсядля работы тиристорных устройств, на несколько порядков ниже, чемдля устройств, выполненных на транзисторах.Это является основным преимуществом ТС по сравнению с транзисторами.7.4.2 По способам закрытияБиполярные транзисторы по их цепи управления можно как открывать, подавая прямое смещение на переход эмиттер-база, так изакрывать, подавая обратное смещение (рисунок 5.1).Чтобы закрыть работающий ТС, нужно либо уменьшить прямойток до величины ниже тока удержания, либо подать между анодом икатодом обратное напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
