1120

Принципы использование тиристоров

Доклад

Физика

Принцип действия тиристора. Полупроводниковые источники света. Светоизлучающие диоды. Механические колебания диодов кристаллической решетки. Характеристики СИД. Полупроводниковый лазер. Система зеркал – оптический резистор.

Русский

2013-01-06

108 KB

19 чел.

Принципы использование тиристоров.

Довольно многочисленная группа приборов, предназначенная для коммутации. В некоторых из них малый ток позволяет переключать большой. В некотором смысле это аналог механического выключателя .

В эту группу входят следующие приборы.

- Динисторы, неуправляемые переключатели. Состояние определяется только величиной приложенного напряжения. Электроды  называются «Анод» и «Катод».

- Тринисторы, именно их и называют не совсем корректно тиристорами. Это  управляемые переключатели, имеющие управляющий электрод (УЭ). Небольшой ток этого электрода осуществляет коммутацию большого тока протекающего по аноду и катоду. Управление может осуществляется по катоду а) и по аноду б).

- Симисторы, симметричные тиристоры, не требуют для работы определенной полярности напряжения. Имеются неуправляемые а) и управляемые б).

                       

Кроме того, имеются тиристоры с двумя управляющими электродами, фототиристоры,  тиристоры работающие на включение и выключение и др.

Принцип действия тиристора.

динистор

На переходах напряженность ЭП: уходят носители тока из приграничных областей. Если на анод подать положительный заряд, а на катод – отрицательный, то ЭП открывается, КП будет закрыт. Через  КП потечет ток неосновных носителей I0.

На ЭП2, который открывается не полностью. Существует электрическое поле, которое тормозит дальнейшее движение электронов. Электроны начинают задерживаться в Б2. Во второй базе будет отрицательный заряд электронов (неравновесный отрицательный заряд). Дырки будут тормозиться в Б1, где есть положительный заряд. Под действием положительного и отрицательного зарядов возникает напряженность ЭП, которая открывает КП. Ток сам себя увеличивает: КП открывается, что приводит к увеличению тока и неравновесного заряда, больше открывается КП и ток еще больше – положительная обратная связь. Переход происходит лавинообразно.

  1.  тиристор включен

1-2 идет включение тиристора

2-3 включение резистора в включенное состояние

1. Uвкл - напряжение включения

2. Imin – минимальный ток удерживает открытое состояние

3. Uост – остаточное напряжение

4. Imах – максимальный ток, который может пропустить динистор

5. τвкл/выкл – быстродействие тиристора

Тиристор

Uупр способствует более раннему открытию ЭП, за счет чего накопление неравновесного заряда, необходимого для открытия КП, происходит при меньших сильных напряжениях.

Uвкл = Uост

Iу = Iспр – ток, который делает характеристику спряженной.

Тиристор не выключается по управляемому электроду, т.к. после открытия тиристора по структуре идут большие токи. Выключить тиристор можно только снижением анодного напряжения, при котором ток анода будет меньше Iаmin.

Применение – силовые схемы.


Регулирует источник постоянного напряжения.

Полупроводниковые источники света.

Область применения: волоконно-оптические связи, обтроны.

Два вида полупроводниковых источников света:

- светоизлучающие диоды (СИД)

- полупроводниковые лазеры

Светоизлучающие диоды.


Wг – нагрев кристалла

Wг+ Wфон. + Wф. – энергия фотонов

Фотоны – механические колебания диодов кристаллической решетки. Основная энергия – энергия фотонов.

Полупроводниковые соединения – материалы для создания СИДов.

GaAs, GaAlAs

Фиксированная локализованная частота излучения определяется шириной запрещенной зоны. При прохождении тока процесс рекомбинации электронов идет случайно.

Характеристики СИД.

1. Риз = 1-10 мВт

2. ВАХ

3. Риз = f(λ)

Полупроводниковый лазер.

Нужно сделать так, чтобы излучение переходов электронов было больше. Это можно сделать, если создать состояние инверсной населенности – когда вопреки статистике Ферми и Максвелла на дне запрещенной зоны электронов больше, чем у потолка валентной зоны. Этого можно достичь несколькими энергетическими воздействиями полупроводников.

Два условия достижения инверсной населенности.

1. p-n переход должен создаваться на основе вырожденных полупроводников.

2. p-n переход должен находиться в открытом состоянии.

Область инверсной населенности возникает в самом переходе – индуцированное излучение.

Положительная обратная связь по световому потоку

Все электроны опускаются на низкие уровни энергии (когерентный источник света).

Система зеркал – оптический резистор.

Свойства лазера во многом зависят от размеров резистора.

Характеристики полупроводникового лазера.

1. Iпор – пороговый ток: если I<Iпор – обычный светодиод.

2. спектральная характеристика

 

при больших размерах оптического резонатора

при малых размерах оптического резонатора

излучение многомодовое

3. Ризл = 10 мВт – непрерывный режим

              100 мВт - импульсный режим

4. модуляционная характеристика


Приемники света (фоточувствительные приборы).

Фоторезистор, фотодиод, фототиристор.

Фотодиод.

Если Wф > ΔW, то возникает генерация электронно-дырочных пар, растет число неосновных носителей, которые формируют обратный ток I0.

Р3>P2>P1

Рф – фототок

 

p-i-n – фотодиод

Характеристики.

1. η – коэффициент чувствительности

2. спектральные характеристики

При коротких длинах волн глубина волны в полупроводнике чувствительность уменьшается, а при больших длинах волн энергии фотонов недостаточно, чтобы вызвать генерацию электронно-дырочных пар.

Обтрон

Обтрон состоит из источника света и приемника. В качестве источника света – СИД. Приемники могут быть различны:

  •  резистивный обтрон
  •  диодный обтрон
  •  транзисторный обтрон
  •  тиристорный обтрон

Достоинства: между входом и выходом отсутствует связь проводников (гальваническая связь).


А         К

А         К

                    УЭ            а)

                                УЭ

А         К

      УЭ                                б)

                                

а)

УЭ

б)

ЭП1               КП               ЭР2

                   +     -             -     +      -      +   -

К                                                                                   А

                   +      -             -    +      -      +   -

                   +      -             -    +      -      +   -

-                                                   +

                   +      -             -    +      -      +   -

            n                  p                   n                  p

    

                   Э1       Б1       Е1       Б2       Е2      Э2

+q                                            -q

      Ia

                                            3

                                        

                                        Uост

                                 2

  Imin       

          диод         1

        0

                                                       I0             Uвкл      Ua

                                                                    ЭП1

     А              p               n                    p                n                 K

    +                                                                                            -

      

      Uупр

                                         УЭ        

      Ia

                                            

                                        

                                        Uост

                                

  Imin       

                   I0

        0

                                               Iy3  >   Iy2    >    Iy1      Ua

                                                       Uупр 

       +           -

220В                                                            Rн 

Uупр

+

                                                       Ризл

+          p                                    n                                 -

Ip

-

+

Зона проводимости

 

                Электрон

          ∆W                        Запрещенная зона

                  Дырка

Валентная зона

  Риз

                                           10-80 нМ

                          0.85 мкМ                                 λ

-

+

             Зона проводимости

 

                

                                                          Запрещенная зона

          Ф             ∆W                             Ф   

     рекомбинирует

                  

       Валентная зона

-

p                              n

Ризл

Ф2

Ф1

езонатор

Перло

Риз 

                                                0,1 нМ

              λ

Риз 

                                                       10-20 нМ

              λ

Риз

Iпр

p                              n

+

-

-

+

             Зона проводимости

 

                

             Wф                                     Запрещенная зона

                        

                           ∆W                             

                  

       Валентная зона

Uобр         Io = IT        темновой ток

Р=0

P1                   Iф

P2

P3

                                                                         Iобр

-          p                         i                 n                      +                          

η

λ

     Uвых

Вход

+        Е

       Iпр

-

           выход


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26703. Региональная геология» (Геология России) Часть 1. Древние платформы 1.32 MB
  Слагающие его каледонские комплексы представленные позднепротерозойскими и раннепалеозойскими отложениями надвинуты в юговосточном направлении на Балтийский щит ВЕП. Об этом свидетельствует в частности наличие в каледонских структурах ряда тектонических окон в которых обнажаются автохтонные раннедокембрийские отложения фундамента ВЕП. На большей части ВЕП он перекрыт платформенным чехлом сложенным горизонтально или пологозалегающими отложениями верхнего протерозоя и фанерозоя общей мощностью от нескольких сотен метров до 510 и...
26704. Материки и океаны являются наиболее крупными элементами в строении Земной коры. Говоря об океанах, следует иметь в виду строение коры в пределах участков, занимаемых океанами 182.5 KB
  Материки и океаны являются наиболее крупными элементами в строении Земной коры. Говоря об океанах следует иметь в виду строение коры в пределах участков занимаемых океанами. Срединноокеанические хребты рассматриваются как участки растяжения земной коры или зоны спрединга. Океани́ческая кора́ тип земной коры распространенный в океанах.
26705. Сибирские траппы 314.5 KB
  Одним из таких фрагментов начиная с рифейского времени и являлась ВЕП в современных ограничениях. Осадочный платформенный чехол мегакомплекс ВЕП подразделяется на два мегаэтажа: авлакогенный нижний и плитный верхний. Формирование названных этажей происходило во временных рамках одноименных авлакогенного и плитного мегаэтапов развития ВЕП В течение рифея и раннего венда большая часть ВЕП сохраняла приподнятое положение подвергалась воздействию процессов денудации и служила источником обломочного материала сносившегося в пределы...
26706. Древние платформы являются устойчивыми глыбами земной коры, сформировавшимися в позднем архее или раннем протерозое 47 KB
  Древние платформы являются устойчивыми глыбами земной коры сформировавшимися в позднем архее или раннем протерозое. Фундамент платформ формировался в течение длительного времени в архее и раннем протерозое и впоследствии подвергся очень сильному размыву и денудации в результате которых вскрылись породы залегавшие раньше на большой глубине. Площадь древних платформ на материках приближается к 40 и для них характерны угловатые очертания с протяженными прямолинейными границами следствием краевых швов глубинных разломов. Складчатые...
26707. Строение земной коры 52.5 KB
  В составе континентальной коры содержащей под осадочным слоем верхний гранитный и нижний базальтовый встречаются наиболее древние породы Земли возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. Твердый слой верхней мантии распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами совместно с земной корой называют литосферой самой жесткой оболочкой Земли. Это внешняя граница ядра Земли. Местами этот слой порождает огромные направленные к поверхности Земли тепломассопотоки плюмы.
26708. Роль и место Европы в современном мире 10.91 KB
  Европейский Союз включает три структурных компонента каждый со своим автономным правопорядком. В научной литературе и нередко в официальных документах эти компоненты именуются опоры Союза. и сохранившиеся после учреждения Союза. Следовательно Европейский Союз как целое имеет в качестве первой опоры две другие организации каждая из которых обладает собственным учредительным договором.
26709. Геополитическая ситуация и баланс сил в Азиатско-Тихоокеанском регионе 13.67 KB
  В этом треугольнике проживает примерно половина населения планеты и находятся многие из ведущих индустриально развитых стран современного мира Япония Китай Австралия Новая Зеландия Тайвань Южная Корея Гонконг Сингапур для которых характерны наиболее быстрые темпы развития экономики. Есть все признаки по формированию €œБольшого Китая€ или Китайского общего рынка куда войдут Китай Тайвань Сянган Гонконг Аомэнь Макао Сингапур. Китай и Япония превратились в экономические супердержавы превосходящие любую европейскую страну и...
26710. Центры силы в Азиатско-Тихоокеанском регионе 12.23 KB
  Китай уже играет важную роль в формировании облика и контуров не только АТР но и мирового сообщества в целом. Китай быстро превращается в один из главных полюсов мировой экономики. Идет довольно интенсивный процесс образования так называемого Большого Китая включающего собственно континентальный Китай Гонконг Макао Тайвань Сингапур. Она сможет регулировать жизнь не только этносов проживающих на территории €œБольшого Китая€ но и многочисленных китайских общин разбросанных по всему миру.
26711. Китай на мировой арене 11.44 KB
  Идет довольно интенсивный процесс образования так называемого Большого Китая включающего собственно континентальный Китай Гонконг Макао Тайвань Сингапур. Конкурируя между собой субъекты элементы потенциального €œБольшого Китая€ идут по пути тесной интеграции. Она сможет регулировать жизнь не только этносов проживающих на территории €œБольшого Китая€ но и многочисленных китайских общин разбросанных по всему миру. Митрофанов считает что антиамериканизм основа сближения Китая и России так как нам следует крепить фронт против...