Что такое динистор и как он работает

Динистор. Описание, принцип работы, свойства и характеристики.

Популярные динисторы однополярные и симметричные. Справочные данные.

Рис.1

На Рис.1 (слева) приведена ВАХ однополярного (несимметричного) динистора, который работает только при наличии положительного смещения. При обратном смещении, превышающем Uобр max, прибор может выйти из строя.

Симметричные (двухполярные) динисторы работают точно таким же образом, как и однополярные, только всё вышесказанное верно не только для положительных напряжений, но и для отрицательных. Проверяется незамысловатым изменением полярности подключённого источника питания.

Для наглядной иллюстрации изложенного материала, давайте рассмотрим работу динисторного генератора пилообразного напряжения.

Рис.3

Вот как описывает работу приведённого генератора автор издания «Практическая электроника от транзистора до кибернетической системы» Р.В.Майер.

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:

— Напряжение открывания (включения), Uвкл;
— Минимальный ток удержания, Iуд;
— Максимально допустимый прямой ток, Iпр;
— Ток утечки в закрытом состоянии, Iут;
— Максимально допустимое обратное напряжение, Uобр max;
— Падение напряжения на открытом динисторе, Uпр;
— Скорость нарастания напряжения при переключении, dUзакр/dt, либо
Время нарастания напряжения, tr.

Электрические характеристики распространённых однополярных динисторов КН102 и симметричных (двуполярных) DB3-D34 динисторов сведём в итоговую таблицу.

Источник

Динистор. Принцип работы

Динистор — это двухэлектродный прибор, разновидность тиристора и, как я уже говорил, не полностью управляемый ключ, который можно выключить, только снизив ток, проходящий через него. Состоит он из четырех чередующихся областей различного типа проводимости и имеет три np-перехода. Соберем гипотетическую схему, похожую на ту, что мы использовали для изучения диода, но добавим в нее переменный резистор, а диод заменим динистором:

Итак, сопротивление резистора максимально, прибор показывает «0». Начинаем уменьшать сопротивление резистора. Напряжение на динисторе растет, ток по-проежнему не наблюдается. При дальнейшем уменьшении сопротивления в определенный момент времени на динисторе окажется напряжение, которое в состоянии его открыть ( U_откр). Динистор тут же открывается и величина тока будет зависеть лишь от сопротивления цепи и самого открытого динистора – «ключ» сработал.

Как же закрыть ключ? Начинаем уменьшать напряжение – ток уменьшается, но только за счет увеличения сопротивления переменного резистора, состояние динистора остается прежним. В определенный момент времени ток через динистор уменьшается до определенной величины, которую принято называть током удержания (I_уд). Динистор мгновенно закроется, ток упадет до «0» — ключ закрылся.

Таким образом динистор открывается, если напряжение на его электродах достигнет U_откр и закрывается, если ток через него меньше I_уд. Для каждого типа динистора, само собой, эти величины различны, но принцип работы остается один и тот же. Что произойдет если динистор включить «наоборот»? Собираем еще одну схему, поменяв полярность включения батареи.

Сопротивление резистора максимально, тока нет. Увеличиваем напряжение – тока все равно нет и не будет до тех пор, пока напряжение на динисторе не превысит максимально допустимое. Как только привысит – динистор просто сгорит. Попробуем то, о чем мы с вами говорили, изобразить на координатной плоскости, на которой по оси Х отложим напряжение на динисторе, по Y — ток через него:

Таким образом, в одну сторону динистор ведет себя как обычный диод в обратном включении (просто заперт, закрыт), в другую лавинообразно открывается но лишь при определенном на нем напряжении или так же закрывается, как только ток через открытый прибор снизится ниже заданного паспортного значения.

Таким образом, основные параметры динистора можно свести к нескольким значениям:

— Напряжение открывания;
— Минимальный ток удержания;
— Максимально допустимый прямой ток;
— Максимально допустимое обратное напряжение;
— Падение напряжени на открытом динисторе.

Источник

Динистор — применение, принцип работы, структура

Динистор – это двунаправленный триггерный неуправляемый диод, аналогичный по устройству тиристору небольшой мощности. В его конструкции отсутствует управляющий электрод. Он обладает низкой величиной напряжения лавинного пробоя, до 30 В. Динистор может считаться важнейшим элементом, предназначенным для переключающих автоматических устройств, для схем генераторов релаксационных колебаний и для преобразования сигналов.

Динисторы производятся для цепей максимального тока до 2 А непрерывного действия и до 10 А для работы в импульсном режиме для напряжений с величинами от 10 до 200 В.

Рис. №1. Диффузионный кремниевый динистор p—n—p—n (диодный тиристор) марки КН102 (2Н102). Устройство применяется в импульсных схемах и выполняет коммутирующие действия. Конструкция выполнена в из металлостекла и имеет гибкие выводы.

Принцип работы динистора

Прямое включение динистора от источника питания приводит к прямому смещению p-n-p-перехода П1 и П3. П2 работает в обратном направлении, соответственно состояние динистора считается закрытым, а падение напряжения приходится на переход П2.

Величина тока определяется током утечки и находится в границах от сотых долей мкрА (участок ОА). При плавном увеличении напряжения, ток будет расти медленно, при достижении напряжением величины переключения близкого к величине пробивного напряжения p-n-перехода П2, то ток его возрастает резким скачком, соответственно напряжение падает.

Положение прибора открытое, его рабочая составляющая переходит в область БВ. Дифференциальное сопротивление устройства в этой области имеет положительное значение и лежит в незначительных границах от 0,001 Ом до нескольких единиц сопротивления (Ом).

Чтобы выключить динистор необходимо уменьшить величину тока до значения тока удержания. В случае приложения к прибору обратного напряжения, переход П2 открывается, переход П1 и П3 закрыты.

Рис. №2. (а) Структура динистора; (б) ВАХ

Область применения динистора

Реверсивно-включаемые мощные динисторы

Широкое распространение получила разновидность динисторов, обладающих реверсивно-импульсными свойствами. Эти приборы позволяют выполнить микросекундную коммутацию в сотни и даже в миллионы ампер.

Реверсивно-импульсные динисторы (РВД) используются в конструкции твердотельного ключа для питания силовых установок, РВД и работают в микросекундном и субмиллисекундном диапазонах. Они коммутируют импульсный ток до 500 кА в схемах генераторов униполярных импульсов в частотном режиме многократного действия.

Рис. №3. Маркировка РВД используемого в моноимпульсном режиме.

Внешний вид ключей собранных на основе РВД

Рис. №4. Конструкция бескорпусного РВД.

Рси.№5. Конструкция РВД в метало-керамическом таблеточном герметичном корпусе.

Число РВД зависит от величины напряжения для рабочего режима коммутатора, если коммутатор рассчитан на напряжение 25 kVdc, то их число – 15 штук. Конструкция коммутатора на основе РВД схожа с конструкцией высоковольтной сборки с последовательно соединенными тиристорами с таблеточным устройством и с охладителем. И прибор, и охладитель выбираются с учетом рабочего режима, который задается пользователем.

Структура кристалла силового РВД

Полупроводниковая структура реверсивного-включаемого динистора включает в свой состав несколько тысяч тиристорных и транзисторных секций, обладающих общим коллектором.

Включение прибора происходит после изменения на короткое время полярности внешнего напряжения и прохождения через транзисторные секции короткого импульсного тока. Происходит инжектирование электронно-дырочной плазмы в n-базу, по плоскости всего коллектора создается тонкий плазменный слой. Насыщающийся реактор L служит для разделения силовой и управляющей части цепи, через доли микросекунды происходит насыщение реактора и к прибору приходит напряжение первичной полярности. Внешнее поле вытягивает дырки из слоя плазмы в p-базу, что приводит к инжекции электронов, происходит независимое от величины площади переключение прибора по всей его поверхности. Именно благодаря этому имеется возможность производить коммутацию больших токов с высокой скоростью нарастания.

Рис. №6. Полупроводниковая структура РВД.

Рис. №7. Типичная осциллограмма коммутации.

Перспектива использования РВД

Современные варианты динисторов изготовленных в доступном в настоящее время диаметре кремния позволяют коммутировать ток величиной до 1 млА. Для элементов в основу, которых положен карбид кремния характерна: высокая насыщенность скорости электронов, напряженность поля лавинного пробоя с высоким значением, утроенное значение теплопроводности.

Их рабочая температура намного выше из-за широкой зоны, вдвое превышающая радиационная стойкость – вот все основные преимущества кремниевых динистров. Эти параметры дают возможность повысить качество характеристик всех силовых электронных устройств, изготовленных на их основе.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник

Что такое динистор?

Динистор – разновидность неуправляемого тиристора, который имеет структуру их четырех слоев. Ими являются p-n-p-n-структуру. Изготавливаются эти радиодетали обычно из кремния, либо из материлов на его основе. Анод связывается с положительным (плюсовым) контактом питания и является областью перехода типа р. Катод имеет область перехода n. Самые крайние части динистора являются эмиттерами, а средние – его базой.

В статье будет разобраны все особенности устройства динистора, а также где они используются. В качестве дополнения, данный материал содержит несколько интересных роликов на данную тему и одну скачиваемую статью.

Как работает динистор

Динисторы, это подкласс двухвыводных тиристоров (без управляющего вывода). Динисторы можно разделить по типу вольтамперной характеристики на симметричные и несимметричные. Динистор с несимметричной ВАХ имеет катод и анод, работает только при положительном смещении. При обратном смещении прибор может выйти из строя. Когда напряжение на выводах динистора достигает значения напряжения переключения Uпер, динистор триггерно переходит из закрытого в открытое состояние, и начинает проводить ток от минимального значения тока удержания Iуд, до максимально допустимого значения. При уменьшении значения тока ниже тока удержания динистор переходит в закрытое состояние.

Динистор – это двунаправленный триггерный неуправляемый диод, аналогичный по устройству тиристору небольшой мощности. В его конструкции отсутствует управляющий электрод. Он обладает низкой величиной напряжения лавинного пробоя, до 30 В.

Принципиально это два однополярных динистора включенных встречно параллельно. У симметричных динисторов нельзя выразить катод и анод, поскольку принципиально оба вывода равнозначны. Виды популярных моделей динисторов приведены в таблице.

Устройства, их аналоги и тиристоры

Наряду с приборами, предназначенными для линейного усиления сигналов, в электронике, в вычислительной технике и особенно в автоматике широкое применение находят приборы с падающим участком вольт-амперной характеристики. Эти приборы чаще всего выполняют функции электронного ключа и имеют два состояния: закрытое, характеризующееся высоким сопротивлением; и открытое, характеризующееся минимальным сопротивлением.

Динистор

В результате переходы Πι и П₃ окажутся в прямом направлении, а переход П₂ — в обратном. В результате получится, что в одном приборе как бы сочетаются два транзистора. Наличие отрицательного участка на характеристике динистора обусловлено той же причиной, что и у лавинного транзистора: у обоих приборов на этом участке задан постоянный ток базы, причем у динистора он равен нулю.

Предпочтением пользуются кремниевые динисторы, так как у них коэффициент инжекции при малых токах близок к нулю и с ростом тока увеличивается весьма медленно. Еще одним преимуществом кремниевого прибора является малая величина тока в запертом состоянии. Вместе с тем кремниевые переходы характеризуются большой величиной падения прямого напряжения на переходе и большим сопротивлением слоев. Это ухудшает параметры динистора в открытом состоянии.

Аналог динистора

Если в устройстве нет возможности установить требуемый динис- тор, можно пойти по другому пути и собрать схему. В данном случае роль основного проводящего элемента играет тринистор VS1 (КУ221), электрические параметры которого определяют характеристики аналога динистора. Момент открывания зависит от стабисто- ра VD1, а обратный ток — от диода VD2. Такой аналог может быть использован в радиолюбительских разработках различной сложности и стать настоящей палочкой-выручалочкой при отсутствии нужного динистора. Данный узел имеет следующие электрические характеристики: напряжение до 120 В и ток до 0.8 А. Эти характеристики будет иными, если в схеме будут использованы другие элементы, например тиристор КУ202Л. Такая схема включения элементов является универсальной.

В практике радиолюбителя возможны случаи, когда требуется замена популярного динистора КН102Ж (или с другим буквенным индексом). Так, при необходимости использовать аналог в электрических цепях с большим напряжением, например в цепи осветительной сети 220 В, сопротивление резистора Ri увеличивают до 1 кОм, ста- бистор заменяют на КС620А. Если в запасе не окажется нужного три- нистора (типа КУ201, КУ202, КУ221 и аналогичных по электрическим характеристикам), его заменяют тиристором КУ101Д. Кроме того, если под рукой не окажется динистора КН102Ж, его можно заменить последовательной цепью динисторов серии КН102 (или аналогичных) с меньшим напряжением включения. Динистор КН102Ж открывается при напряжении 130…150В. Это следует учитывать при замене аналоговой схемой или цепочкой динисторов.

Вообще, одной из причин популярности динисторов, используемых в электронных узлах с большим напряжением, является конкурентоспособность этого прибора по сравнению со стабилитроном: найти стабилитроны на высокое напряжение не просто, да и стоимость такого прибора достаточно высока. Кроме того, падение напряжения на динисторе во включенном состоянии невелико, а рассеиваемая мощность (и рост температуры) значительно меньше, чем при установке стабилитрона.

Электронные устройства с динисторами (многие из этих устройств являются источниками питания и преобразователями напряжения) имеют такие преимущества; как малая рассеиваемая мощность и высокая стабильность выходного напряжения. Одним из недостатков является ограниченный выбор выходных напряжений, обусловленный напряжением включения (открывания) динисторов. Устранение этого недостатка — задача разработчиков и производителей современной элементной базы динисторов.

Тиристор

Снабдим одну из баз динистора, например щ, внешним выводом и используем этот третий электрод для задания дополнительного тока через переход р\-щ. Для реальных четырехслойных структур характерна различная толщина баз. В качестве управляющей используется база, у которой коэффициент передачи оц близок к единице. В этом случае прибор будет обладать свойствами тиратрона. Для такого прибора, или тиристора, используется та же терминология, что и для обычного транзистора: выходной ток называется коллекторным, а управляющий — базовым. Эмиттером считается слой, примыкающий к базе, хотя с физической точки зрения эмиттером является и второй внешний слой, в данном случае — п₂.

Мощные тиристоры используются в качестве контакторов, коммутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением. Время переключения у тиристоров значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов (с токами в десятки ампер и больше) время прямого переключения составляет около 1 мкс, а время обратного переключения не превышает 10…20 мкс.

Наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место задержки фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса. Наряду с мощными тиристорами разрабатываются и маломощные высокочастотные варианты. В таких приборах время прямого переключения составляет десятки, а время обратного переключения — сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечивается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в толстой базе. Маломощные быстродействующие тиристоры используются в различных спусковых и релаксационных схемах.

Динистор – это неуправляемый тиристор, имеющий четырехслойную p-n-p-n-структуру, изготовленную на основе кремния.При приложении напряжения переходы П1 и П3 в прямом, а П2 в обратном смещении, поэтому все напряжение припадет к П2. 1 – если увеличивать напряжение, то в области p1 и p2 будут инжектироваться заряды, эти носители приближаются к переходу П2 и, перебрасываясь через него, образуют ток I0, при малом напряжении это напряжение почти полностью поглощается на П2.

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

Основная схема тиристорной структуры представлена на рис. 1. Она представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n прибор может иметь два управляющих электрода (базы), присоединённых к внутренним слоям. Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором (или динистором). Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (или просто тиристором).

Режим обратного запирания

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

– Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом. В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ.

В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i-n+)-диод.

Источник

Динистор принцип работы

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:

Популярные динисторы однополярные и симметричные. Справочные данные.

Динистор! Редкий зверь в наших краях. У него уши вот такие, глаза — такие, и сам он такой. Сразу видно — пришло животное из далёких стран. Надо звать людей, пусть кто-нибудь расскажет, что это за скотина.

Секундочку, я уже здесь, только подгребу немного и переключусь на открытый канал.
Итак, давайте определимся, что такое ДИНИСТОР.
Когда молчит википедия — чёткой формулировки, переходящей от источника в источник, не существует, каждый трактует её по-своему, порой не совсем адекватно. Потренируемся и мы.

Динистор — это двухэлектродный ключевой полупроводниковый элемент, открытие которого происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, а закрытие — снижением до определённого уровня тока через него.
К количеству наращённых в динисторе p-n переходов отнесёмся идентифирентно, а вот ВАХ (вольт-амперные характеристики), как нельзя лучше, помогут нам разобраться в работе данного типа полупроводников.

Рис.1

На Рис.1 (слева) приведена ВАХ однополярного (несимметричного) динистора, который работает только при наличии положительного смещения. При обратном смещении, превышающем Uобр max, прибор может выйти из строя.

Симметричные (двухполярные) динисторы работают точно таким же образом, как и однополярные, только всё вышесказанное верно не только для положительных напряжений, но и для отрицательных. Проверяется незамысловатым изменением полярности подключённого источника питания.

Для наглядной иллюстрации изложенного материала, давайте рассмотрим работу динисторного генератора пилообразного напряжения.

Рис.3

Вот как описывает работу приведённого генератора автор издания «Практическая электроника от транзистора до кибернетической системы» Р.В.Майер.

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:

— Напряжение открывания (включения), Uвкл;
— Минимальный ток удержания, Iуд;
— Максимально допустимый прямой ток, Iпр;
— Ток утечки в закрытом состоянии, Iут;
— Максимально допустимое обратное напряжение, Uобр max;
— Падение напряжения на открытом динисторе, Uпр;
— Скорость нарастания напряжения при переключении, dUзакр/dt, либо
Время нарастания напряжения, tr.

Электрические характеристики распространённых однополярных динисторов КН102 и симметричных (двуполярных) DB3-D34 динисторов сведём в итоговую таблицу.

Среди огромного количества всевозможных полупроводниковых приборов существует динистор.

В радиоэлектронной аппаратуре динистор встречается довольно редко, ходя его можно встретить на печатных платах широко распространённых энергосберегающих ламп, предназначенных для установки в цоколь обычной лампы. В них он используется в цепи запуска. В маломощных лампах его может и не быть.

Также динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах, предназначенных для ламп дневного света.

Динисторы

Условное графическое обозначение динистора на схемах.

Для начала узнаем, как обозначается динистор на принципиальных схемах. Условное графическое обозначение динистора похоже на изображение диода за одним исключением. У динистора есть ещё одна перпендикулярная черта, которая, судя по всему, символизирует базовую область, которая и придаёт динистору его свойства.

Условное графическое обозначение динистора на схемах

Также стоит отметить тот факт, что изображение динистора на схеме может быть и другим. Так, например, изображение симметричного динистора на схеме может быть таким, как показано на рисунке.

Возможное обозначение симметричного динистора на схеме

Как видим, пока ещё нет какого-либо чёткого стандарта в обозначении динистора на схеме. Скорее всего, связано это с тем, что существует огромный класс приборов под названием тиристоры. К тиристорам относится динистор, тринистор (triac), симистор, симметричный динистор. На схемах все они изображаются похожим образом в виде комбинации двух диодов и дополнительных линий, обозначающих либо третий вывод (тринистор) либо базовую область (динистор).

Чем отличается динистор от полупроводникового диода?

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике ( ВАХ ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics ) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения V_BO – Breakover voltage.

Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (V_BO или U_вкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.

Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током I_max, который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (V_BO) составляет 32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении («+» к катоду, а «-» к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

Таким образом, в одну сторону динистор ведет себя как обычный диод в обратном включении (просто заперт, закрыт), в другую лавинообразно открывается но лишь при определенном на нем напряжении или так же закрывается, как только ток через открытый прибор снизится ниже заданного паспортного значения.

Динистор — это двухэлектродный прибор, разновидность тиристора и, как я уже говорил, не полностью управляемый ключ, который можно выключить, только снизив ток, проходящий через него. Состоит он из четырех чередующихся областей различного типа проводимости и имеет три np-перехода. Соберем гипотетическую схему, похожую на ту, что мы использовали для изучения диода, но добавим в нее переменный резистор, а диод заменим динистором:

Итак, сопротивление резистора максимально, прибор показывает «0». Начинаем уменьшать сопротивление резистора. Напряжение на динисторе растет, ток по-проежнему не наблюдается. При дальнейшем уменьшении сопротивления в определенный момент времени на динисторе окажется напряжение, которое в состоянии его открыть ( U_откр). Динистор тут же открывается и величина тока будет зависеть лишь от сопротивления цепи и самого открытого динистора – «ключ» сработал.

Как же закрыть ключ? Начинаем уменьшать напряжение – ток уменьшается, но только за счет увеличения сопротивления переменного резистора, состояние динистора остается прежним. В определенный момент времени ток через динистор уменьшается до определенной величины, которую принято называть током удержания (I_уд). Динистор мгновенно закроется, ток упадет до «0» — ключ закрылся.

Таким образом динистор открывается, если напряжение на его электродах достигнет U_откр и закрывается, если ток через него меньше I_уд. Для каждого типа динистора, само собой, эти величины различны, но принцип работы остается один и тот же. Что произойдет если динистор включить «наоборот»? Собираем еще одну схему, поменяв полярность включения батареи.

Сопротивление резистора максимально, тока нет. Увеличиваем напряжение – тока все равно нет и не будет до тех пор, пока напряжение на динисторе не превысит максимально допустимое. Как только привысит – динистор просто сгорит. Попробуем то, о чем мы с вами говорили, изобразить на координатной плоскости, на которой по оси Х отложим напряжение на динисторе, по Y — ток через него:

Таким образом, в одну сторону динистор ведет себя как обычный диод в обратном включении (просто заперт, закрыт), в другую лавинообразно открывается но лишь при определенном на нем напряжении или так же закрывается, как только ток через открытый прибор снизится ниже заданного паспортного значения.

Таким образом, основные параметры динистора можно свести к нескольким значениям:

— Напряжение открывания;
— Минимальный ток удержания;
— Максимально допустимый прямой ток;
— Максимально допустимое обратное напряжение;
— Падение напряжени на открытом динисторе.

Структура динистора четырехслойная с тремя p-n-переходами. Эмиттерные переходы прямого направления – p-n1 и p-n3, переход p-n2 – коллекторный, обратной направленности, обладает высоким сопротивлением. Выводы:

Области применения динисторов

Рабочие характеристики этого элемента позволяют его использовать в следующих в следующих схемах:

Схема работы динистора

Работу динистора проще понять, если разбирать ее принцип на схеме графической зависимости тока от напряжения.

Красная линия на графике характеризует состояние динистора в то время, когда он не проводит ток. Напряжение здесь недостаточно для открытия полупроводника.

Синий линией обозначен этап открытия динистора в то время, когда уровень U достигает уровня включения (Uвкл). Он начинает проводить ток.

Зеленая линия обозначает состояние наиболее высокой проводимости динистора. «Важно! Установка несимметричного (однополярного) динистора без учета полярности может привести к его сгоранию в конечном итоге увеличения напряжения!».

Симметричный динистор работает по такому же принципу, единственной отличительной его особенностью является тот факт, что для его работы условие соблюдения полярности не является обязательным, для этого варианта динисторов допускается обратное включение.

Не смотря на схожесть с работой полупроводникового диода, динистор имеет ряд существенных отличий от него:

Их рабочая температура намного выше из-за широкой зоны, вдвое превышающая радиационная стойкость – вот все основные преимущества кремниевых динистров. Эти параметры дают возможность повысить качество характеристик всех силовых электронных устройств, изготовленных на их основе.

Принцип работы динистора

Прямое включение динистора от источника питания приводит к прямому смещению p-n-p-перехода П1 и П3. П2 работает в обратном направлении, соответственно состояние динистора считается закрытым, а падение напряжения приходится на переход П2.

Величина тока определяется током утечки и находится в границах от сотых долей мкрА (участок ОА). При плавном увеличении напряжения, ток будет расти медленно, при достижении напряжением величины переключения близкого к величине пробивного напряжения p-n-перехода П2, то ток его возрастает резким скачком, соответственно напряжение падает.

Положение прибора открытое, его рабочая составляющая переходит в область БВ. Дифференциальное сопротивление устройства в этой области имеет положительное значение и лежит в незначительных границах от 0,001 Ом до нескольких единиц сопротивления (Ом).

Чтобы выключить динистор необходимо уменьшить величину тока до значения тока удержания. В случае приложения к прибору обратного напряжения, переход П2 открывается, переход П1 и П3 закрыты.

Рис. №2. (а) Структура динистора; (б) ВАХ

Крайние области динистора (р1 и n2) называются эмиттерами, средние (р2 и n1) — базами. Между областями с различным типом проводимости образуются p-n-переходы (П1, П2, П3), каждый из которых в равновесии характеризуется контактной разностью потенциалов Dj0i (см. п. 1.2.1) величиной примерно один вольт за счет специального подбора степени легирования (концентрации примесей) каждой области.

Динистор — это неуправляемый тиристор, имеющий четырехслойную p-n-p-n-структуру, изготовленную на основе кремния (рис. 5.1).

При приложении напряжения переходы П1 и П3 в прямом, а П2 в обратном смещении, поэтому все напряжение припадет к П2. 1 — если увеличивать напряжение, то в области p1 и p2 будут инжектироваться заряды, эти носители приближаются к переходу П2 и, перебрасываясь через него, образуют ток I0, при малом напряжении это напряжение почти полностью поглощается на П2.

2 — Ток через П2 увеличивается, но сопротивление уменьшается значительно сильнее, поэтому напряжение П2 уменьшается

3 – При открытии всех переходов ток возрастает и ограничивается внешним сопротивлением

Alpha1 и alpha2 – коэф передачи тока соответствующих переходов

В закрытом состоянии тиристора сопротивление R_закр коллекторного p-n-перехода П₃ очень большое: R_закр >> R_огр. Поэтому напряжение источника U_п в схеме, представленной на рис. 5.2, а, главным образом, падает не на ограничительном резисторе R_огр, а на динисторе, и в данном режиме анодное напряжение практически равно напряжению питания U_А » U_п.

Динистор – это неуправляемый тиристор, имеющий четырехслойную p-n-p-n-структуру, изготовленную на основе кремния (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Структура динистора

Анодом (А), который обычно связан с положительным полюсом источника напряжения, является область р-типа, катодом (К)- область n-типа.

Крайние области динистора (р₁ и n₂) называются эмиттерами, средние (р₂ и n₁) — базами. Между областями с различным типом проводимости образуются p-n-переходы (П₁, П₂, П₃), каждый из которых в равновесии характеризуется контактной разностью потенциалов Dj_0i (см. п. 2.2.1) величиной примерно один вольт за счет специального подбора концентрации примесей в каждой области.

P-n-переходы П₁ и П₂ называются эмиттерными, а переход П₃ — коллекторным.

Как известно, на границе каждого из p-n-переходов (рис. 5.1) образуются неподвижные заряды ионов доноров и акцепторов (см. п. 2.1). В частности, объемный заряд p-n-перехода П₃ образован неподвижными положительными ионами доноров (слева) и отрицательными ионами акцепторов (справа), так что вектор напряженности электрического поля Е внутри p-n-перехода направлен по оси Х.

Подключим динистор в схему, представленную на рис. 5.2, а, в которой напряжение питания U_п подается через ограничительный резистор R_огр на динистор (²+² на аноде). Для упрощения анализа заземлим катод динистора. Очевидно, что напряжение U_п распределяется между динистором и резистором R_огр пропорционально величине их сопротивлений, так что на динисторе между анодом и катодом имеется некоторое напряжение U_А.

Рассмотрим процессы, происходящие в приборе при возрастании анодного напряжения U_А (рис 5.2, а). При подаче на анод ²+² (прямое включение тиристора) эмиттерные p-n-переходы П₁ и П₂ (рис. 5.1) включены в прямом направлении, а p-n-переход П₃ — в обратном.

Рис. 5.2. Схема включения (а) и ВАХ (б) неуправляемого тиристора

В закрытом состоянии тиристора сопротивление R_закр коллекторного p-n-перехода П₃ очень большое: R_закр >> R_огр. Поэтому напряжение источника U_п в схеме, представленной на рис. 5.2, а, главным образом, падает не на ограничительном резисторе R_огр, а на динисторе, и в данном режиме анодное напряжение практически равно напряжению питания U_А » U_п.

Заметим, что поскольку эмиттерные p-n-переходы включены в прямом направлении, то их сопротивление крайне мало, и все напряжение U_А » U_п, приложенное между контактами А и К, фактически падает на обратно смещенном переходе П₃.

Вольтамперная характеристика динистора представлена на рис. 5.2, б.

По мере возрастания анодного напряжения U_А (рис. 5.2, первый квадрант, участок ВАХ 0-1), ток I_A, протекающий между анодом и катодом, весьма мал (доли миллиампер), и представляет собой тепловой ток коллекторного p-n-перехода П₃. Заметим, как у всякого реального обратно смещенного p-n-перехода, тепловой ток I₀(U) немного возрастает при увеличении анодного напряжения.

Аналогично, электроны из эмиттера n₂, проходя через базу р₂ и коллекторный p-n-переход П₃, накапливаются вблизи левой границе коллекторного p-n-перехода (рис. 5.1, область объема С).

Следовательно, по мере при возрастания анодного напряжения и незначительного увеличения тока I_А (тока обратно смещенного коллекторного перехода) суммарное электрическое поле p-n-перехода П₃ уменьшается. Наконец, при анодном напряжении, равном напряжению включения U_вкл (рис. 5.2, точка 1), коллекторный p-n-переход П₃ переключается из закрытого состояния в открытое.

В целом, все p-n-переходы П₁, П₂, П₃ оказываются открытыми, и так как их сопротивление крайне мало, то анодный ток через структуру динистора скачкообразно возрастает (рис. 5.2, б, участок II, 1-2) от значения I_вкл. до I_А2. Смена режима работы (иногда говорят, переход) из одного состояния в другое является неустойчивым и происходит достаточно быстро.

Увеличение анодного тока I в процессе изменения состояния на участке 1-2 (рис. 5.2, б) связано с резким уменьшением сопротивления p-n-перехода П₃ (ранее обратно смещенного, а теперь – прямо смещенного). Теперь сопротивление открытого тиристора равно R_откр, причем R_откр

Дата публикования: 2015-01-23 ; Прочитано: 872 | Нарушение авторского права страницы

Она состоит из нескольких букв и цифр, наиболее распространены и доступны отечественные приборы серии КН102 (А,Б…И). первая буква К, говорит о том, что это кремниевый полупроводниковый прибор, Н что это динистор, цифры 102 номер разработки, а вот последняя буква определяет напряжение включения.

В статье рассказано об использовании тиристоров, приведены простые и наглядные опыты для изучения принципов их работы. Также даны практические указания по проверке и подбору тиристоров.

Самодельные светорегуляторы

В статьях «Диммеры: устройство, разновидности и способы подключения» и «Устройство и схема диммера» было рассказано о применении светорегуляторов промышленного изготовления. Но, несмотря на разнообразие и наличие в продаже таких устройств, иногда все же, приходится вспомнить забытое старое, и собрать светорегулятор по достаточно простой любительской схеме.

Может быть недостаточна мощность того устройства, что есть в продаже, или просто есть детали, чтобы бездарно их не растерять, так пусть будет хоть что-то. К тому же светорегулятор вовсе не обязательно должен регулировать свет, можно приспособить его, например, к паяльнику. В общем, применений предостаточно, готовое устройство может всегда пригодиться.

Практически все подобные устройства выполнены с применением тиристоров, о которых стоит рассказать отдельно, ну хотя бы вкратце, чтобы принцип действия тиристорных регуляторов был ясен и понятен.

Разновидности тиристоров

Название тиристор подразумевает под собой несколько разновидностей, или как принято говорить, семейство полупроводниковых приборов. Такие приборы представляют собой структуру из четырех p и n слоев, образующих три последовательных p-n (p-n буквы латинские: от positive и negative) перехода.

Если от крайних областей p n сделать выводы, получившийся прибор называется диодным тиристором, по-другому динистор. Он и внешним видом похож на диод серии Д226 или Д7Ж, только диоды имеют всего лишь один p-n переход. Конструкция и схема динистора типа КН102 показана на рисунке 2.

Там же показана и схема его включения. Если сделать вывод еще от одного p-n перехода, то получится триодный тиристор, называемый тринистором. В одном корпусе может находиться сразу два тринистора, включенных встречно – параллельно. Такая конструкция называется симистором и предназначена для работы в цепях переменного тока, поскольку может пропускать как положительные, так и отрицательные полупериоды напряжения.

Рисунок 2. Внутреннее устройство и схема включения диодного тиристора КН102

Вывод катода, область n, соединен с корпусом, а вывод анода через стеклянный изолятор соединен в областью p, как показано на рисунке 1. Там же показано включение динистора в цепи питания. В цепь питания последовательно с динистором обязательно должна быть включена нагрузка, так же как если бы это был обычный диод. На рисунке 3 показана вольт — амперная характеристика динистора.

Рисунок 3. Вольт — амперная характеристика динистора

Из этой характеристики видно, что напряжение к динистору может быть приложено как в обратном направлении (на рисунке в нижней левой четверти), так и в прямом, как показано в правой верхней четверти рисунка. В обратном направлении характеристика похожа на характеристику обычного диода: через прибор протекает незначительный обратный ток, практически можно считать что и нет никакого тока.

Больший интерес представляет прямая ветвь характеристики. Если на динистор подать напряжение в прямом направлении и постепенно его увеличивать, то ток через динистор будет невелик, и изменяться будет незначительно. Но лишь до тех пор, пока не достигнет определенного значения, называемого напряжением включения динистора. На рисунке это обозначено как Uвкл.

Маркировка динисторов

Она состоит из нескольких букв и цифр, наиболее распространены и доступны отечественные приборы серии КН102 (А,Б…И). первая буква К, говорит о том, что это кремниевый полупроводниковый прибор, Н что это динистор, цифры 102 номер разработки, а вот последняя буква определяет напряжение включения.

Весь справочник тут не поместится, однако следует отметить, что КН102А имеет напряжение включения 20В, КН102Б 28В, а КН102И уже целых 150В. При последовательном включении приборов напряжение включения складывается, например два КН102А дадут в сумме напряжение включения 40В. Динисторы выпускавшиеся для оборонной промышленности вместо первой буквы К имеют цифру 2. Это же правило используется и в маркировке транзисторов.

Такая логика работы динистора позволяет на его базе собирать достаточно простые генераторы импульсов. Схема одного из вариантов показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Генератор на динисторе

Диодный тиристор (динистор) – это тиристор, имеющий два вывода, через которые проходит как основной ток, так и ток управления.

Рассмотрим принцип работы динистора (рис. 6.2). Край­ние переходы 1 и 3 называются эмиттерными, а средний 2 – коллекторным. В соответствии с этим крайние облас­ти получили название эмиттеров, а средние называют базой п-типа и базой р-типа. При подаче внешнего напря­жения, смещающего р-n-переходы 1 и 3 в обратном направ­лении (рис. 6.2, а), через прибор будет проходить неболь­шой обратный ток последовательно включенных р-п-переходов (рис. 6.2, в, участок ВАХ).

При изменении полярности источника внешнего напря­жения переходы 1 и 3 сместятся в прямом направлении и через них начнется инжекция в средние п- и р-области (рис. 6.2, б). Средний переход при такой полярности внеш­него напряжения закрыт (включен в обратном направле­нии).

Можно считать, что почти все внешнее напряжение падает на закрытом коллекторном переходе 2. При увели­чении внешнего напряжения происходит увеличение на­пряжения и на эмиттерных переходах 1 и 3, что вызывает увеличение инжекции неосновных носителей в р- и n-базу. При этом дырки, инжектированные из р-эмиттера в n-базу, диффундируют к коллекторному переходу и перебрасыва­ются им в р-базу.

Дальнейшему прохождению дырок по тиристорной структуре препятствует электрическое поле второго эмиттерного перехода. Поэтому в р-базе происхо­дит накопление положительного избыточного заряда. Ана­логично накапливается избыточный отрицательный заряд в n-базе за счет попадания в нее электронов, инжектиро­ванных n-эмиттером.

Процесс накопления зарядов в базах п- и р-типа приводит к снижению потенциального барьера коллекторного перехода 2 и сопровождается некоторым увеличением тока, проходящего через динистор (рис. 6.2, в, участок 2 ВАХ). При на­пряжении на динисторе потенциальный барьер кол­лекторного перехода почти полностью исчезает, коллек­торный переход оказывается в режиме насыщения, сопро­тивление динистора уменьшается, а ток увеличивается. При этом падение напряжения на динисторе резко

уменьшает­ся, становится равным сумме напряжений на трех элек­тронно-дырочных переходах, смещенных в прямом направ­лении, и составляет единицы вольт.

Поэтому, чтобы не прои­зошло разрушения структуры динистора, при его включении последовательно с ним обязательно должна включаться на­грузка (рис. 6.2, б), на сопротивлении которой будет падать почти все напряжение питания Е. Ток, проходящий через динистор во включенном состоянии, определяется сопротивлением нагруз­ки ( ) и напряжением питания (Е):

Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внеш­ней n-областью, называется катодом, а с внешней р-областью – анодом.

Источник