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

22 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

34614. Война за независимость 24.47 KB
  Ход войны 17 апреля 1775 года произошло первое вооруженное столкновение между британскими войсками и американскими сепаратистами. Британские войска заперлись в Бостоне. Однако британские войска отразили вторжение. Британские войска перешли в наступление.
34615. Образование Демократической и Республиканской партий в США 21.76 KB
  Республиканская политическая партия является более консервативной чем демократическая не имеет постоянного членства 23 избирателей США считают себя республиканцами. После победы северян и их лидера Авраама Линкольна в классовой борьбе республиканцы почти 40 лет непрерывно правили США. Люди из команды Рональда Рейгана правили США до 2009года.
34616. Реформистское движение при президентах Т. Рузвельте и В. Вильсоне. Американский империализм 18.72 KB
  В своей политике Рузвельт исходил из необходимости увеличения роли государства считая что огромной власти корпораций необходимо противопоставить еще большую власть правительства. Реформаторская деятельность Рузвельта была начата шумной кампанией против злоупотреблений трестов. За ним пришла очередь судебных процессов против треста скотобоен Чикаго табачного и сахарного трестов и других крупных монополистических объединений. Рузвельт добился ускорения судопроизводства по делам о нарушении антитрестовского законодательства и открытие дел...
34617. Ревущие двадцатые 19.76 KB
  Экономика: фермеры и горнорудная промышленность переживали трудные времена после войны но экономика США быстро перестроилась на мирное производство Америка стала самой богатой страной мира промышленность обеспечивала массовое производство общество привыкло к потребительству солдаты после войны получили жалованье за службу прекращение заказов поначалу вызвало в экономике депрессию но по мере возвращения демобилизованных солдат в мирную жизнь она прекратилась предложение превышало спрос низкие цены на товары стимуляция продаж...
34618. «Новый курс» Ф.Рузвельта 18.18 KB
  В принятом Чрезвычайном законе о банках предусматривалось возобновление функций и получение правительственных кредитов займов из федеральной резервной системы хотя это разрешалось только наиболее крупным банкам. был принят один из двух наиболее важных законов закон о восстановлении национальной промышленности НИРА. Закон о восстановлении промышленности вводил систему государственного регулирования этого подразделения экономики. Во втором и третьем разделах закона...
34619. Историко-литературная концепция Белинского и ее эволюция 32.5 KB
  Вся литература до Пушкина пересаженное иноземное растение. В слово натуральная он вкладывал понятие литература для народа а так же литература философствующая. Он понимал что есть литература как зеркало общества Гоголь НШ и литература как зеркало человека бытийственность.
34620. Мастерство полемического стиля Белинского 23 KB
  Приемы полемики: каждая статья носит прямой или скрытый полемический характер. прием интеллектуальной бури. прием иронической ремарки независимо от того о ком он пишет. прием притворного простодушия.
34621. Историко-литературная концепция Белинского и ее эволюция 45.5 KB
  Вся литература до Пушкина пересаженное иноземное растение. Сочинения Пушкина периоды: Ломоносовский карамзинский державинский пушкинский. Русская литра развивалась по двум направлениям которые слились в творчестве Пушкина. НШ как понимал ее Белинский никак не связана с творчеством Пушкина.
34622. Творчество Лермонтова в оценке критики 40-х гг 29 KB
  Его ждет душевная чахотка и гибель. Белинский: когда вышел роман Белинский пишет: дьявольский талант глубокий и могучий ум озлобленный рассудочный охлажденный взгляд Пушкин умер не без наследника лейтмотив статьи Белинского про Л. Белинский попал под магическое влияние и скучно и грустно назывет его рефлекторным следовательно вся поэзия Л рефлекторна. бел оправдывает рефлексию безверие.