Badanie Sterowanych elementów półprzewodnikowych.

1. Badanie Sterowanych elementów półprzewodnikowych. Grzegorz Zawada.

2. Cel ćwiczenia, Wprowadzenie • Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości sterowanych elementów półprzewodnikowych wykorzystujących struktury PNPN, zwłaszcza tyrystorów . Zadaniem ćwiczenia jest także poznanie podstawowych badan tych elementów, jak również sposobów ich sterowania.Wprowadzenie .Sterowane elementy polprzewodnikowestanowia grupę elementow, których wspolna cecha jest dwustawnosc charakterystyki prądowo-napieciowejtzn elementy te mogą znajdowac się w stanie zaporowym lub w stanie przewodzenia. Przejscie z jednego stanu do drugiego zachodzi skokowy. Najczesciej stosowanymi elementami tego rodzaju sa tyrystory. Rysunek a) przedstawia symbol graficzny tyrystora, natomiast na rys b) jego charakterystykę prądowo-napięciową tyrystora jest taka sama jak zwykłej diody krzemowej.

3. Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia możńa natomiast wyróznic na niej trzy odcinki (rys b) 1- Odcinek od punktu 0 do B – odpowiada stanowi identycznemu z polaryzacją wsteczna. Stan ten nazywa się stanem blokowania.2- OdciekB-H. W punkcie B nastepujeprzeciagniecie charakterystyki, która przechodzi w odcinek o ujemnej rezystancji dynamicznej. Napiecie U (bo) od którego poczawszynastepujewzrost prądu i zmniejszenie napięcia na tyrystorze, nazywa się napięciem przylączenia, a odpowiadajacy mu prąd I (bo) – prądem przełączenia natomiast prąd Ihs nazywa się prądem załąćzenia.3- Odcinek H-A. Powyzej punktu H charakterystyka tyrystora ma taki sam kształ jak charakterystyka zwylkej diody krzemowej w zakresie przewodzenia.

4. Załączenie tyrystora, czyli przejscie ze stanu blokowania do stanu przewodzenia ,jest zwykle wywolane doprowadzeniem do bramki dodatniego impulsu. Z tego względu jedną z najistotniejszych charakterystyk tyrystora jest charakterystyka napieciow-pradowa obwodu bramki Ufg = f(Ifg) nazywana tez charakterystyka przelaczeniapradem bramki. 1- Obszar nieprzelaczniatyrystorow, czyli obszar zawierajacy takie wartosci napiec i pradow bramkowych które nie spowodujaprzelaczeniazadnego egzemplarza tyrystora danego typu. Napiecieograniczajace ten obszar Ugd nazywa się napieciemnieprzelaczajacym bramki, a pradIgd – prademnieprzelaczajacym bramki. 2- Obszar możliwych przelaczentyrystorow w którym można uzyskacprzelaczenie wybranych egzemplarzy tyrystorowokreslonego typu. Obszar ten jest ograniczony napieciemprzelaczajacym bramki Ugt i prademprzelączajacym bramki Igt.3- Obszar pewnych przelaczentyrystorow który wyznacza wartosci napiec i pradow bramkowych gwarantujacychprzelaczenie ze stanu blokowania do stanu przewodzenia wszystkich egzemplarzy tyrystorow danego typu.

5. Proces odwrotny – wylacznie tyrystora, czyli przejscie ze stanu przewodzenia w stan blokowania lub zaworowy, w zakresie normalnie wystepujacychpradow przewodzenia odbywa się przez zmiane kierunku napiecia anoda – katoda. A) Symbol graficzny tyrystora wylaczalnego ; B) tyrystora dwubramkowego Niektóre odmiany struktur PNPN mogą być wylaczaneujemym impulsem pradu bramki. Elementy specjalnie zaprojektowane do wylaczenia bramkowego tzw. Tyrystory wylaczalne znane sa pod roznymmi nazwami handlowymi, takimi jak GTO, SCS, GCS. Ich symbol graficzny pokazano na rys A) Czasem w takim tyrystorze od strony anody wystepuje również elektroda sterujaca. Dziala ona podobnie jak bramka i w celu zalaczenia tyrystora należy doprowadzic do niej napiecie ujemne względem anody a przy wylaczeniunapiecie dodatnie . Symbol takiego ele. Przedstawiono na rys B) .

6. Spotyka się również elementy o charakterystyce pradowo-napieciowejzblizonej do charakterystki tyrystora, nie majace wyprowadzonej bramki. Elementy te sa nazywane diodami czterowarstwowymi.Przelaczanie diody czterowarstwowej odbywa się przede wszystkim przez zmianenapiecia anoda katoda.Rys przedstawia Diode spustowo symetryczna –diak a) symbol graficzny b) charakterystyka pradowonapieciowa.Podstawowa wada tyrystorow jaka jest mozliwosc przewodzenia pradu tylko w jedym kierunku zostala wyeliminowana w tzw. Tyrystorach symetrycznych – triakach.Triaki można właczyc zarówno przy dodatnim jak i ujemnym napieciu anoda katoda. Najczesciej spotyka się triaki które saprzelaczane w stan przwodzenia w jednym kierunku pradem o polaryzacji dodatniej a w drugim kierunku pradem o polaryzacji ujemnej.

7. Tyrystor Tyrystory sa stosowane najczesciej w oudowach w których plynaduzeprady i wystepujadosc znaczne napiecia. Przy tego typu zastosowaniach, oproczparametrowcharakteryzujacych właściwości tyrystora podczas normalnej pracy w ukladzieszczegolne znaczenie maja wartosci graniczne pradow napiec i mocy których nie można przekraczac podczas eksploatacji np.- powtarzalne szczytowe napiecie w stanie blokowania Udrm czyli dopiszczalnawartosc szczytowa napiecia blokowania.Powtarzalne szczytowe napiecie wsteczne Urrm , czyli dopuszczalna wartosc szczytowa napiecia wstecznego-sredniprad przewodzenia It(av) okreslajacy dopuszczalna skladowastalapradu anodowego.Powtarzalny szczytowy prad przewodzenia Itrm czyli dopuszczalna szczytowa wartoscpradu przewodzenia.

8. Badania / Pomiary Wyznaczanie charakterystyki pradowo – napieciowej . Najczesciejcharakterystykepradowo – napieciowa tyrystora wyznacza się niezaleznie dla trzech jego stanow pracy: stanu blokowania, stanu zaworowego i stanu przewodzenia.Doswiadczenie można wykonac zarówno przy pradziestalym jak i zmiennym . Schemat ukladu do pomiaru charakterystyki pradowo-napieciowejprzdstawiam na rysunku ponizej.. Uklad jest zasilany z sieci pradu zmiennego 230v 50hz Napiecie można regulowac autotransformatorem . Diody prostownicze d1,d2,d3,d4 sluza do prostowania polfal tego napiecia. W polozeniu 1 przelacznikowp1 i p2 wyznacza się charakterystyki blokowania i przewodzeniawpolozeniu 2 charakterystyke wsteczna a w polozeniu 3 można obserwowac cala ch-kepradowo – napieciowa.

9. Pomiar pradu podtrzymaniaPomiar pradu podtrzymania Ih przeprowadza się w ukladzie przedstawionym na rys unku. Napiecie anoda-katoda Uak tyrystora jest doprowadzene z zasilacza stabilizowanego Z1, a napiecie bramka katoda Ugk z zasilacza stabilizowanego Z2. Do pomiaru praduplynacego przez tyrystor sluzy miliamperomierz mA1; do pomierupradu bramki – miliamperomierz mA2.Poczatkowo tyrystor należy wprowadzic w stan przewodzenia. W tym celu po zasileniu obwodu anodowego tyrystora należy zamknacwylacznik w i do bramki w i do bramki doprowadzicnapiecie o takiej wartosci aby pradplynacy w obwodzie bramki był wiekszy od praduprzelaczajacegoIgtNastepnie należy obwod bramki rozewrzec stopniowo zmiejszacwartoscpradu anodowego do chwili gdy tyrystor przejdzie ze stanu przewodzenia w stan blokowania.

10. Pomiar praduprzelaczajacego bramki Igt i napieciaprzelaczajacego bramki Ugt.Pomiar przeprowadza się w ukłądziezblizonym do ukladu w którym wyznaczono prad podtrzymania. Jest on przedstawiony na rys 7,8 do pomiarow napiec można zastosowac woltomierze v1 i v2. Pomiar dokonuje się przy okreslonymnapieciu anoda-katoda, okreslanym przez producenta tyrystorow. Po zamknieciuwylacznika w i nastawieniu wymaganej wartoscinapiecia anoda katoda w sposób plynnyzwieksza się napiecie bramki do chwili gdy napiecie miedzy anoda i katoda obnizy się gwaltownie.