Тиристоры.

Лек6

Полевые транзисторы представляют собой класс полупровод-никовых приборов, в которых величина выходного тока изменяется под действием электрического поля, создаваемого входным напря-жением, благодаря чему полевые транзисторы имеют очень высокое (до 10 Мом) входное сопротивление.

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор, име-ющий три или более р-п-перехода и обладающий вольтамперной характеристикой с двумя устойчивыми состояниями. На рисунках приведены схема включения и вольтамперная характеристика тири-стора.

 

 

Ia, Ua – анодный ток и напряжение; Ra и R – сопротивления резисторов, ограничивающие токи при включении; Iупр - управляющий ток; Iвкл, Uвкл, Iвыкл, Uвыкл – ток и напряжение включения и выключения тиристора.

Область р1, в которую попадает ток из внешней цепи, называется анодом, область п2 – катодом, а области п1 и р2 – базами. Переход П2 называют коллекторным, а переходы П1 и П3 - эмиттерными.

Рассмотрим принцип действия неуправляемого диодного тирис-тора – динистора, который представляет собой тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток уп-равления. В случае отрицательного потенциала на аноде (Ua<0) оба эмиттерных электронно-дырочных перехода П1 и П3 закрыты. Кол-лекторный переход П2 открыт. Анодный ток Ia через тиристор бу-дет мал, так как определяется большим сопротивлением двух зак-рытых ЭДП.

При Ua>0 эмиттерные переходы П1 и П3 открыты и смещены в прямом направлении, а коллекторный переход П2 закрыт и смещен в обратном направлении. При увеличении анодного напряжения и соответственно эмиттерного тока анодный ток через тиристор уст-ремляется в бесконечность. Значение Ia в этот момент ограничива-ется сопротивлением нагрузки.

В открытом состоянии большая часть носителей заряда, инжекти-рованных из эмиттерных областей, доходит до коллекторного пере-хода. В результате полярность на коллекторном переходе меняется и переход открывается. Напряжение на тиристоре уменьшается, а ток резко возрастает (участок ВС).

Между участками с открытым (ВС) и закрытым (ОА) состоянием тиристора находится переходной участок, соответствующий неус-тойчивому состоянию тиристора, - участок АВ.

В открытом состоянии через тиристор проходит большой анод-ный ток, поэтому управляющий ток практически не оказывает вли-яния на участок ВАХ, соответствующий открытому состоянию ти-ристора.

Важнейшими параметрами тиристоров являются:

- Iвкл – ток включения, при котором тиристор переходит в откры-тое состояние;

- Iвыкл – ток выключения;

- Uост – остаточное напряжение (падение напряжения на тирис-торе во включенном состоянии при максимально допустимом токе);

- Iобр – обратный ток тиристора при максимально допустимом обратном напряжении;

- Iупр – ток управления определяется как минимальное значение тока управляющего электрода, при котором включается тиристор;

- Uобр max – максимальное значение постоянного обратного напряжения, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе;

- Imax – максимальная величина прямого тока, обеспечивающая заданную надежность при длительной работе.

Включение тиристоров производится следующими основными способами:

- путем увеличения напряжения между основными электродами до напряжения включения Uвкл. Таким способом можно включить как диодный, так и триодный тиристор;

- с помощью тока управления Iупр. Завершением процесса вклю-чения тиристора считают момент изменения полярности напряже-ния на коллекторном переходе.

Процесс выключения тиристора является инерционным и требует некоторого времени.

Тиристоры нашли широкое применение в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Индикаторы.

Элементы индикации используются для преобразования электри-ческих сигналов в видимые, удобные для визуального наблюдения.

В зависимости от физических эффектов элементы индикации подразделяются на активные и пассивные. К первой группе относя-тся приборы на основе светогенерирующих эффектов, а второй гру-ппы на основе изменения коэффициентов отражения, пропускания, поглощения и на вращении плоскости поляризации световых волн.

К основным параметрам элементов индикации относятся: ярко-сть, контрастность, освещенность, угол обзора, информационная емкость, напряжение питания, потребляемый ток и др.

Наибольшее распространение среди элементов индикации полу-чили полупроводниковые, газоразрядные и жидкокристаллические (ЖК) индикаторы.

Полупроводниковые индикаторы.

Активным элементом полупроводниковых индикаторов является светоизлучающий диод (СИД). В основе работы СИД лежит явле-ние инжекционной люминесценции.

Светоизлучающие диоды применяют автономно в виде семи-, во-сьми-, и десяти сегментных синтезирующих индикаторов или наби-рают в матричные и мозаичные одноцветные или многоцветные па-нели. Высота символа в индикаторе колеблется от 2,5 до 18 – 25 мм.

Наиболее универсальными являются матричные полупроводни-ковые индикаторы, позволяющие отображать арабские цифры от 0 до 9, римские цифры, буквы русского и латинского алфавитов, раз-личные знаки и символы. Такие индикаторы представляют собой матрицы (панели), содержащие, например, 7 х 5 или 8 х 5 светоиз-лучающих диодов.

Полупроводниковые СИД отличаются высоким быстродействи-ем, большим сроком службы, высокой яркостью, а совместимость их по выходным параметрам с ИС позволят их использовать в современной аппаратуре. Рабочее напряжение одного светоизлу-чающего диода лежит в интервале от 1,5 – 2,5В, а ток – 3 – 20 мА.

 

Газоразрядные индикаторы.

В основе работы газоразрядных индикаторов лежит явление све-чения газа при электрическом разряде. Цвет излучения определяет-ся природой газа (неон дает оранжевое свечение, гелий и аргон – со-ответственно желтое и фиолетовое) или типа используемого фото-люминофора.

Во всех газоразрядных индикаторах используют режим тлеющего разряда с холодным катодом при давлении газа порядка нескольких сотен паскалей.

Особенностью рассмотренных индикаторов является необходи-мость использования источника питания, напряжение которого ле-жит в пределах сотен вольт. Применение таких приборов в совре-менной низковольтной аппаратуре, выполненной на интегральных схемах, усложняет её.

Жидкокристаллические индикаторы.

Жидкие кристаллы являются органическими материалами, предс-тавляющими промежуточную фазу между твердой и изотропной жидкой фазами. Структура ЖК в значительной степени зависит от воздействия внешних факторов: температуры, механических дефор-маций, электрических и магнитных полей и т.п.

Реакция ЖК на эти воздействия в основном проявляется в изме-нении их оптических свойств.

Индикаторы питаются переменным током. Ток потребления сос-тавляет десятки микроампер, а напряжение – от 3 до 24 В.

Жидкокристаллические индикаторы нашли широкое применение для изготовления дисплеев, крупноформатных табло, цифровых ин-дикаторов, цифровых измерительных приборов и т.п.

Основными преимуществами ЖКИ являются: хороший контраст при ярком освещении, низкая потребляемая мощность, совмести-мость с интегральными схемами по рабочим параметрам и констру-ктивному исполнению, сравнительная простота изготовления и низ-кая стоимость.

К недостаткам относятся: малый рабочий температурный интер-вал, значительная инерционность, узкий угол обзора.