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

20 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

6927. Методы анализа ЭМС 38 KB
  Методы анализа ЭМС. Анализ ЭМС проводят с целью определения возможности совместной работы радиотехнических, электронных и электротехнических средств. Группы задач: Исследование показателей ЭМС устройств и их элементов. Исследование элект...
6928. Расчет источников вторичного питания 132.5 KB
  Расчет источников вторичного питания Расчет трансформатора. Типовой источник электропитания содержит трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр, поэтому расчет состоит из определения параметров трансформатора, выборе диодов выпрямителя и...
6929. Шум и его влияние на организм. Предупреждение вредного действия шума на производстве 71.5 KB
  Шум - беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жи...
6930. Хаотическое и структурное программирование 107 KB
  Хаотическое и структурное программирование Для начального периода развития программотехники, когда программы были штучным продуктом, характерен стиль программирования, который впоследствии получил название хаотическое программирование....
6931. Материя. Категория и атрибуты бытия 123 KB
  Введение Нас, людей, как мыслящих существ, естественно интересует вопрос: как возник наш человеческий мир, что ему предшествовало, благодаря чему он стал возможным? Что представляет собой реальный предмет, реальный мир? Каково его бытие? Мы, ко...
6933. Управление налогами на предприятие в России 322 KB
  Введение В науке финансового менеджмента традиционно сложилась ситуация, при которой как западными, так и отечественными учеными-экономистами вопросам налогового планирования практически не уделяется внимания. Отсутствует глубокая теоретическая прор...
6934. Экзаменационные ответы по философии. 403.5 KB
  Мировоззрение. Особенности философской мысли Древнего Китая. Философия Нового времени. Способы понимания диалектики развития. Особое место в социальном опосредовании. Бывает инд...
6935. Философия. Философские понятия, категории и глобальные проблемы 2.33 MB
  Предмет философии. Если философия–наука, то должна иметь предмет исследования. В центре материального, духовного и идеального–стоит человек здесь надо искать предмет философии. Проблема человека–проблема сопоставления себя и пр...