Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Комп’ютеризовані системи
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРІОДНОГО ТИРИСТОРА
Інструкція до лабораторної роботи № 7
з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка”
для студентів базового напряму 6.0914
«Комп’ютеризовані системи, автоматика і управління»
Затверджено
на засіданні кафедри
(Автоматика і телемеханіка(
Протокол №8 від 24 січня 2002 р.
Львів – 2002 Зняття характеристик і визначення параметрів тріодного тиристора: Інструкція до лабораторної роботи №7 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Вітер О.С., Гаранюк І.П. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2002. ( 12 с.
Укладачі Вітер О.С., канд. техн. наук, доц.
Гаранюк І.П., канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д-р техн. наук, проф.
Рецензенти Стрілецький З.М., канд. техн. наук, доц.
Мотало В.П., канд. техн. наук, доц.
Мета роботи – вивчення властивостей кремнієвих тріодних тиристорів, особливостей їх характеристик та параметрів.
Теоретичні відомості
Тиристор – перемикаючий напівпровідниковий пристрій з трьома n-p переходами, який застосовується в джерелах живлення, в електроприводі, а також в інших пристроях автоматики. Для зменшення втрат тиристори переважно працюють у ключовому режимі.
Залежно від кількості електродів тиристори поділяються на:
діодні (динистори), які мають два електроди;
тріодні тиристори, які мають три електроди.
Залежно від здатності пропускати струм в одному чи в двох напрямках тиристори поділяються на:
однопровідні;
двопровідні (симетричні тиристори або симистори).
За потужністю тиристори поділяються на:
малопотужні, в яких постійний струм у відкритому стані А;
середньої потужності ( А;
силові ( А.
Принцип дії тиристора. Основою тиристора є чотиришарова напівпровідникова структура p-n-p-n типу (рис.1а). Тиристор має три n-p переходи, зокрема два з них (П1 і П3) працюють у прямому напрямку, а середній перехід П2 – у зворотному напрямку. Крайня область р структури називається анодом (А), а крайня область n – катодом (К). Для опису принципу роботи тиристора можна використовувати модель, яка складається з двох транзисторів VТ1 і VТ2, що мають провідності типу p-n-p і n-p-n відповідно і які з’єднані у відповідності з рис.3. Згідно з такою моделлю виходить, що переходи П1 і П3 є емітерними переходами цих транзисторів, перехід П2 працює в обох транзисторах як колекторний перехід.
Переважно тиристори виготовляють з кремнію, зокрема емітерні переходи є сплавні, а колекторний перехід виготовляють за допомогою дифузії. Застосовується також планарна технологія виготовлення тиристорів. Концентрація домішок в базових областях значно менша, ніж в емітерних областях. До однієї з базових областей під’єднують керуючий електрод (КЕ).
При відсутності зовнішньої напруги на n-p переходах тиристора встановлюється стан термодинамічної рівноваги, при якій струми дифузії та дрейфу, які проходять через кожен n-р перехід, взаємно зрівноважують ся. Тому сумарний струм тиристора дорівнює нулю. В цьому режимі тиристор можна вважати закритим. Потенціальні бар’єри всіх n-p переходів мають однакову висоту (рис.1).
Якщо на електроди тиристора подана зовнішня пряма напруга (плюсом до аноду й мінусом до катоду), то емітерні n-р переходи П1 і П3 будуть увімкненні в прямому, а центральний П2 – у зворотному напрямках. При цьому потенціальна діаграма тиристора змінюється (рис.2).
Через переходи П1 і П3, які працюють у прямому напрямку, в області, які примикають до переходу П2, інжектуються неосновні носії заряду, що зменшує опір переходу П2. З другого боку, підвищення зворотної напруги на переході П2 збільшує його опір, оскільки під впливом зворотної напруги основні носії заряду виштовхуються в різні сторони від границі, тобто перехід збіднюється основними носіями. При цьому через тиристор проходить невеликий струм, який залежить від зовнішньої напруги і, в основному, зумовлений інжекцією емітерних n-p переходів. До напруги вмикання перевагу має другий фактор і опір переходу П2 зростає, але все менше і менше, оскільки підсилюється другий фактор.
При досягненні напруги вмикання обидва фактори урівноважуються, а потім навіть незначне збільшення анодної напруги створює перевагу першого фактору і опір переходу П2 починає зменшуватися і виникає процес лавиноподібного (стрибкоподібного) відкривання тиристора. При зменшенні опору переходу П2 напруга на ньому зменшується, за рахунок цього ще більше зростають напруги на переходах П1 і П3, а це, в свою чергу, приводить до ще більшого зростання струму через тиристор і зменшення опору П2. У результаті такого процесу встановлюється режим, який нагадує режим насичення транзистора: великий струм при малій напрузі. Тиристор у цьому режимі відкритий, а струм визначається опором навантаження, який з’єднаний послідовно з тиристором. Значення цього струму описується рівнянням
, (1) де – зворотній струм n-p переходу;
і – коефіцієнти передачі емітерного струму транзисторів VT1 і VT2.
Якщо до керуючого електроду тиристора, під’єднаного до p2-бази, прикладена додатна відносно катоду напруга, то в колі КЕ виникає струм керування , який збільшує сумарний струм тиристора, і знижує потенціальний бар’єр переходу П3. Рівняння (1) в цьому випадку матиме вигляд
. (2)
Тиристор знаходиться у стані низької провідності (вимкнений стан) доти, поки . Але не всі носії заряду, які інжектуються емітерними n-p переходами, беруть участь у створенні електричного струму. Частина носіїв заряду нагромаджується в базових областях, біля колекторного n-p переходу П2, спричиняючи цим зниження потенціального бар’єру.
Збільшення зовнішньої напруги або струму керування викликає збільшення кількості носіїв заряду, які інжектуються емітерними n-p переходами, а також зростання коефіцієнтів та і подальше зменшення потенціального бар’єру колекторного n-p переходу. Це приводить до збільшення струму тиристора. При досягненні зовнішньою напругою критичного значення колекторний n-p перехід переходить у режим насичення, при якому напруга на ньому стає практично рівною нулю. Струм через тиристор стрибком зростає до значення, яке залежить від зовнішньої напруги і опору навантаження, що відповідає ввімкненому стану пристрою. Значення зменшується при збільшенні струму керування.
Рис.3. Транзисторна модель тиристора
До основних параметрів тиристорів відносяться:
відкриваюча керуюча напруга ;
пряма напруга у відкритому стані Uпр. від;
максимальна зворотна напруга Uзв;
максимальна пряма напруга в закритому стані Uпр. макс;
постійний струм у відкритому стані Іпр. від ;
постійний відкриваючий струм керування Ікер;
струм утримання тиристора у відкритому стані Іутр ;
час вмикання tвм і час вимикання tвим;
загальна ємність Сзаг.
Контрольні запитання
Зобразіть чотиришарову p-n-p-n структуру і замініть її моделлю з двох транзисторів (p-n-p і n-p-n провідностей).
Вкажіть, які переходи у чотиришаровій структурі тиристора є емітерними, які колекторними?
Поясніть, в якому напрямку зміщуються переходи тиристора при подачі додатної напруги на крайню p область, а від’ємної – на крайню n-область.
Чим відрізняється кремнієвий керований діод (тиристор), від кремнієвого некерованого діода (динистора)?
Поясніть призначення керуючого електрода в тиристорі і його вплив на вольт-амперну характеристику.
Яка причина виникнення на характеристиці керованого діода ділянки з від’ємним внутрішнім опором?
Чому для тиристорів використовують кремній, а не германій?
Зобразіть вольт-амперну характеристику тиристора та вкажіть на ній струми вмикання (Iвм), вимикання (Iвим), напругу вмикання (Uвм) та залишкову напругу у ввімкненому стані (Uпр.вім).
Зобразіть вольт-амперні характеристики тиристора для декількох значень струмів керуючого електрода.
Вкажіть способи переведення тиристора із відкритого в закритий стан.
У чому перевага кремнієвих тиристорів у порівнянні із газонаповненими перемикаючими приладами?
Вкажіть області застосування тріодних тиристорів.
Схема для дослідження, необхідні прилади та деталі
Для зняття вольт-амперної характеристики тиристора можна використовувати схему, яка зображена на рис.4.
Елементи схеми визначають за типом досліджуваного тиристора. У табл.1 наведені основні параметри деяких кремнієвих тиристорів, які широко застосовуються в електронній апаратурі.
Значення напруг джерел постійного струму і залежать від типу тиристора.
Рис.4. Схема для дослідження тиристора
Таблиця 1
Тип тиристора
Струм,
(мА)
Пост. напруга
у
відкрит.
стані
UПР.ВІД
Максим. пряма напруга
в закрит.
стані
UПР. МАКС
Максим. зворот. напруга
UЗВ. МАКС
Пост.
у відкрит.
стані
IПР.ВІД
Пост. відкрив.
кер. електр.
IКЕР. ВІД
Утриму-
ючий
IУТР
Максим.
у закритому
стані
I0
В
В
В
2У101А(
2У101И
КУ104А(
КУ104Г
КУ110А(
КУ110В
2У201А( 2У201Л
75
100
300
2000
0,05(
7,5
1,5
0,1
2(
100
0,5(
25
20
4
100
0,3
0,12
0,075
5
2,25
2
2
2
50(150
15(100
100(300
30(300
10(150
6
10
25(300
Для вимірювання струму керуючого електроду використовують прилад магнітоелектричної системи з відповідною шкалою. Потенціометром з опором порядку сотень Ом плавно регулюють струм керуючого електрода.
Високоомний вольтметр вимірює напругу на аноді тиристора. При знятті вольт-амперної характеристики тиристора за допомогою перемикача S1 під’єднують один із приладів, який вимірює струм анода тиристора. Малі значення струму анода вимірюють мікроамперметром, коли перемикач S1 знаходиться в стані . При досягненні значень анодного струму, які відповідають максимально допустимим для даного мікроамперметра, перемикач S1 переводять у стан . При цьому струм анода тиристора вимірюють міліамперметром.
Значення опорів резисторів і , які обмежують струми, підбирають дослідним способом підчас налагодження схеми (орієнтовні значення опорів резисторів: – одиниці кілоом, – сотні кілоом). Опір резистора , що перетворює джерело у генератор струму (з високим внутрішнім опором), може складати сотні кілоом. Потенціометр має опір порядку декількох кілоом.
Двополюсний перемикач S2 призначений для перемикання полярності напруги, яка підводиться до тиристора, при знятті прямої та зворотної гілок вольт-амперної характеристики.
ВИКОНАННЯ РОБОТИ
План роботи:
Складання та випробування схеми.
Зняття вольт-амперної характеристики некерованого перемикаючого діода (динистора) (при ).
Зняття вольт-амперної характеристики керованого перемикаючого діода (тиристора) для різних значень струму керуючого електрода.
Побудова вольт-амперних характеристик динистора і тиристора.
Побудова графіка залежності напруги вмикання від струму керуючого електрода тиристора .
Визначення основних параметрів тиристорів за їх вольт-амперними характеристиками.
Складання і випробування схеми
Після добору елементів схеми з’єднують їх між собою відповідно до рис.4. Після перевірки починають випробовувати схему. Встановлюють регулятори напруги джерел і у стан, що відповідає відсутності напруги на виході й від’єднують керуючий електрод від потенціометра .
Перемикач S1 встановлюють у стан , а перемикач S2 – в стан . За допомогою потенціометра плавно змінюють зворотну напругу на тиристорі і впевнюються у залежності зворотного струму від зворотної напруги .
Змінивши полярність напруги джерела на протилежну (перемикач S2 у стані ), переконуються в залежності прямого струму тиристора від прямої напруги . При цьому на початку експерименту фіксують зміни струму мікроамперметром (перемикач S1 у стані ), а потім міліамперметром (перемикач S2 у стані ). Пильно фіксують момент вмикання тиристора (за різким зростанням струму анода).
Під’єднують керуючий електрод до потенціометра . Встановлюють струм керуючого електрода відповідно з допустимими значеннями досліджуваного типу тиристора і плавною зміною напруги переконуються у залежності напруги вмикання від струму керуючого електрода (порівняно з попереднім експериментом, коли , при , напруга вмикання повинна зменшитися).
Знімаючи пряму і зворотну гілки вольт-амперної характеристики, необхідно зберігати відповідну полярність під’єднання вимірювальних приладів.
Зняття вольт-амперної характеристики динистора
при
Процес зняття характеристики складається з двох етапів: спочатку знімають гілку характеристики при зворотному ввімкненні діода, а потім – при прямому ввімкненні. В обох випадках керуючий електрод від’єднують від потенціометра , підтримуючи цим .
При знятті гілки характеристики, що відповідає зворотному ввімкненню динистора, перемикач встановлюють у стан .
Напругу джерела змінюють з інтервалом (5(10) В (залежно від типу досліджуваного діода). Значення зворотного струму фіксують мікроамперметром (перемикач S1 у стані ), а напругу на аноді динистора вольтметром . Результати вимірювань заносять у табл.2.
при
Динистор типу ________
, В
, мкА
Для зняття гілки характеристики, що відповідає прямому ввімкненню динистора, перемикачі S1 і S2 встановлюють у стан . Змінюючи напругу джерела через (5(10) В, фіксують значення струму мікроамперметром , а напругу на аноді – вольтметром . Наблизившись до точки вмикання (про що свідчить збільшення швидкості збільшення струму) перемикач S1 встановлюють у стан і, змінюючи напругу джерела через (1(2) В, знімають пряму гілку характеристики в області її перегину і спадання. Покази міліамперметра і вольтметра записують у табл.3.
при
, В
, мА
Зняття вольт-амперної характеристики тріодного тиристора
для різних значень струму керуючого електрода
Під’єднуючи керуючий електрод до потенціометра при напрузі джерела , встановлюють одне із трьох значень струмів керуючого електрода (залежно від типу тиристора струм може бути, наприклад: 0,5; 0,6; 0,7 мА і.т.д.). Змінюючи напругу джерела , фіксують значення струму анода і напруги на аноді тиристора, звертаючи особливу увагу на момент увімкнення тиристора. Повторюють виміри для решти значень струму керуючого електрода .
Результати вимірів записують у табл.4.
Тиристор типу ________
___ мА
___ мА
___ мА
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
Побудова вольт-амперних характеристик динистора і тиристора
На основі результатів вимірювання табл.2 і табл.3 в прямокутній системі координат будують вольт-амперну характеристику динистора при (рис.5).
Масштаби прямого і зворотного струмів на осі ординат повинні бути різними (мА і мкА відповідно).
На основі результатів вимірювання (табл.4) будують вольт-амперні характеристики тиристора для різних значень струму керуючого електрода (при цьому використовують дані табл.3 для випадку ). Приблизний вид цих характеристик наведений на рис.6.
Побудова графіка залежності напруги вмикання від струму керуючого електрода
Використовуючи дані табл.4 і рис.7, у прямокутній системі координат будують залежність – пускову характеристику (рис.7).
Визначення основних параметрів тиристорів за вольт-амперними характеристиками
За рис. 5 і рис.6 визначають основні параметри діодів: напругу вмикання , струми вмикання і утримання , пряму напругу у відкритому стані , зворотний струм і зворотну напругу для різних значень .
ВКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
Звіт повинен містити:
Точну назву та мету роботи.
Схему дослідження тиристора із короткою характеристикою її елементів.
Таблиці спостережень.
Вольт-амперну характеристику тріодного тиристора.
Пускову характеристику тріодного тиристора.
Визначити основні параметри тріодного тиристора.
Короткі висновки по роботі.
Література:
Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1989.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. – М.: Энергия, 1973.
Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики. – К.: Выща шк., 1989.
Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – С-П.: КОРОНА принт, 1998.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора