240 likes | 558 Views
ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY 4. Vícevrstvé spínací součástky. Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc. Řízený do katody. Řízený do anody. G. Anoda. Anoda. A. A. P. P. Hradlo. Hradlo. N. N. P. P. G. N. N. K. K. Katoda. Katoda. Schématická značka. Schématická značka. Struktura. Struktura.
E N D
ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY4. Vícevrstvé spínací součástky Prof. Ing. Pavel Bezoušek, CSc
Řízený do katody Řízený do anody G Anoda Anoda A A P P Hradlo Hradlo N N P P G N N K K Katoda Katoda Schématická značka Schématická značka Struktura Struktura Tyristor Součástka se třemi elektrodami: katoda, hradlo, anoda
A P1 J1 N1 J2 G P2 J3 N2 K Tyristor PNPNřízený do katody • Struktura • 4 polovodičové vrstvy: • P1, N1, P2, N2 • 3 P-N přechody: • J1, J2, J3
Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do předního směru a) Hradlo bez předpětí – blokovací stav • Přechod J2 je polarizován v závěrném směru – široká vyprázdněná zóna • Přechody J1 a J3 jsou polarizovány do propustného směru – úzké vyprázdněné zóny • Ve vyprázdněných zónách se teplem generují páry elektron-díra • Protéká pouze velmi malý proud: I0 = In0 = Ip0 UAK = + 15 V A In0 P1 J1 N1 J2 G P2 J3 N2 Ip0 K 0 V
UAK = + 25 V A In0 P1 J1 N1 Ip1 J2 In1 G J3 N2 Ip0 K 0 V Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do předního směru b) Hradlo bez předpětí – průraz • Při zvyšujícím se napětí UAK dojde k průrazu přechodu J2 • Zvětšené proudy děr Ip0 a In0 otevírají přechody J1 a J3 (Napětí na J1 a J3 vzroste) • Z vrstvy N2 vychází proud elektronů In1 a z vrstvy P1 proud děr Ip1. Celý prostor součástky se začíná zaplavovat rekombinujícími nosiči.
UAK = + 1 V A In1 P1 J1 N1 J2 G J3 N2 Ip1 K 0 V Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do předního směru c) Hradlo bez předpětí – sepnutý stav • V důsledku vzrůstu napětí na přechodech J1 a J3 poklesne napětí na J2 a průraz ustane. • Prostor součástky je zaplaven nosiči které vytvářejí vysoce vodivé prostředí • V důsledku nízkého odporu součástky klesá napětí UAK • Protéká vysoký proud: IAK = In1 + Ip1
UAK = + 10 V A In0 P1 In1 J1 N1 J2 G IpG UGK =0,8 V InG J3 Ip0 In N2 K 0 V Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do předního směru c) Hradlo předepnuto – spínání • Přiložením napětí UGK se otevře přechod J3 jako u tranzistoru NPN • Proud In1 překonává vyprázdněnou oblast přechodu J2 • Dále prochází vrstvou N1a překonává přechod J1, polarizovaný v propustném směru
UAK = + 1 V A In1 P1 J1 N1 J2 G J3 Ip1 N2 K 0 V Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do předního směru d) Sepnutý stav – hradlo bez předpětí • Vstupem proudu elektronů In1 na přechod J1 se přechod otevře a proud děr Ip1 driftuje až k J3 • Oba proudy se ustálí na vysoké úrovni. Polovodič je zaplaven nosiči náboje, odpor součástky klesá • Napětí UAK na anodě klesá • Proud hradla už není zapotřebí – lze zcela odejmout napětí UGK
UAK = - 15 V A In01 In02 P1 J1 N1 J2 G J3 N2 Ip01 Ip02 K 0 V Funkce tyristoru Tyristor polarizovaný do závěrného směru e) Závěrný stav – hradlo bez předpětí • Přechody J1 a J3 jsou polarizovány v závěrném směru, přechod J2 v propustném směru • Napětí UAK je rozděleno mezi přechody J1 a J3 • Protéká pouze velmi malý proud zbytkový: I0 = In1 + In2 = Ip1 + Ip2 • I když dojde k průrazu, napětí na součástce neklesá (podobně, jako u Zenerovy diody)
A A UAK = 15 V P1 T2 PNP N1 N1 UGK P2 P2 G N2 NPN T1 K G K Funkce tyristoru Jiný výklad funkce tyristoru • Bez předpětí UGK na hradle jsou oba tranzistory zavřené. • Připojením kladného předpětí hradla se otevře tranzistor T1. • Proud tranzistoru T1 sníží napětí na bázi T2 a ten se také otevře. • Kolektorový proud T2 zvýší napětí na bázi T1, takže další předpětí UGK není nutné.
IA Sepnutý stav Přídržný proud IH Vratný proud IG2 IG1 IG1 UAK Závěr Blokovací stav Charakteristiky tyristoru Parametry: Napětí v propust. směru UF Průrazné napětí v závěr. směru UBR Přídržný proud (propust. směr) IH UBR UF
Průběh zapnutí tyristoru Průběh vypnutí tyristoru iT iG trr(doba zotavení) t t tmin uT UD IH t iT 0,1UD t tgt (zapínací doba) uT Dynamické vlastnosti tyristoru tq(vypínací doba)
Typické parametry tyristorů PARAMETR OZNAČENÍ HODNOTY Střední proud v propust. směru IF100 mA – 10 A Neopakovatelnýšpičkový proud v propustném směru IFSM Napětí v propust. směru UF 0,8 – 1,5 V Průrazné napětí v závěr. směru UBR 25 V – 250 V Max. zbytkový proud IRmax Spínací proud hradlem IGT 1 mA – 100 mA Přídržný proud (propust. směr) IH Doba sepnutí tgt 10 s – 10 ns Doba vypnutí tq Doba zotavení trr 10 s
Aplikace tyristorů • Řízené usměrňovače • Spínání velkého proudu, řízení motorů • Rychlé impulzní spínače • Vypínání tyristoru: • Běžný tyristor nelze vypnout hradlem – nutno snížit proud tyristorem pod tzv. přídržný proud IH • Specielní tyristory pro velké výkony GTO (Gate Turn-Off) umožňují vypínání proudu hradlem
Řízení v každé periodě Řízení výběrem period U1 U1 U U UL UZ1 UZ2 UL t t T1 Okamžiky sepnutí R2 R1 U1=U10sin(t) CS UL RL UG D1 Aplikace tyristorů Řízené usměrňovače
A1 N4 N2 P2 N1 P1 N5 N3 A2 G Triak Součástka se třemi elektrodami: Anoda 1 (A1), Anoda 2 (A2), Hradlo (G) Struktura Funkce a) A1 kladná, A2 záporná: tyristor P2N1P1N3 spínání : + na G b) A1 záporná, A2 kladná: tyristor P1N1P2N2 spínání : - na G
iT A1 Sepnutý stav G uT A2 Blokovací stav TriakCharakteristiky a značka Schematická značka Charakteristika
vyprázdněná oblast A1 A2 N N P IA UAA Diak Součástka se dvěmi elektrodami: Anoda 1 (A1), Anoda 2 (A2) Struktura: Tři vrstvy - NPN Schématická značka
Voltampérová charakteristika Aplikace • Omezování střídavých napětí • Generování rychlých pulzů pro ovládání tyristorů • Nehodí se pro spínání – má velké zbytkové napětí UBRCE Sepnutý stav IA Přechodný stav I0 UAA UBRCE UBRCB Blokovací stav Diak