ID: 41949

Название работы: Изучение характеристик и определение параметров тиристоров

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Вольтамперная характеристика: а динистора б тринистора В отличие от динистора имеющего фиксированное напряжение включения у триодного тиристора Uвкл можно уменьшать увеличивая ток IУ тем самым управлять моментом его включения. Рисунок 3 Тринистор выключаемый Недостатком такого выключения является большое значение обратного тока управляющего электрода которое приближается к значению коммутируемого тока тиристора. Отношение амплитуды тиристора к амплитуде импульса выключающего тока управляющего электрода называется...

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-10-26

Размер файла: 450.47 KB

Работу скачали: 44 чел.

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРОВ.

Цель работы - изучение характеристик и определение параметров тиристоров.

Тиристоры – четырехслойные полупроводниковые приборы, имеющие на вольт-амперной характеристике участок с отрицательным динамическим сопротивлением. Если тиристор имеет 2 вывода от крайних областей, то такой тиристор называется динистором. Если тиристор имеет выводы от крайних и одной из средних областей то такой прибор называется триодный тиристор или тринистор. Если тиристор имеет 4 вывода по одному от каждой из областей, то такой тиристор называется тетрод-тиристор.

Первый вид изучаемых тиристоров: триодный тиристор, запираемый в обратном направлении с управлением по катоду. 

Рисунок 1 – тринистор: структура, УГО, схема включения.

Область p1, в которую попадает ток из внешней цепи, называют анодом, область n2 – катодом; области n1, p2 – базами.  База, имеющая внешний вывод, называют управляющим электродом.

Рисунок 2 – Вольт-амперная характеристика: а) динистора,  б) тринистора

В отличие от динистора, имеющего фиксированное напряжение включения, у триодного тиристора Uвкл можно уменьшать, увеличивая ток IУ, тем самым управлять моментом его включения. 

Для того, чтобы запереть тиристор, нужно уменьшить ток управления до нуля и уменьшить рабочий ток до значения I<IВЫКЛ ( или IУД – тока удержания) путем понижения питающего тиристор напряжения U.

У триодных выключаемых тиристоров (GTO) есть также возможность выключения путем подачи на управляющий электрод напряжения противоположной полярности и создания в его цепи противоположного направленного тока. Наличие его приводит к уменьшению концентрации носителей зарядов в базе и уменьшению коэффициентов и . При   + < 1 тиристор выключается.

Рисунок 3 – Тринистор выключаемый

Недостатком такого выключения является большое значение обратного тока управляющего электрода, которое приближается к значению коммутируемого тока тиристора. Отношение амплитуды тиристора к амплитуде импульса выключающего тока управляющего электрода называется коэффициент запирания:

.

Этот коэффициент характеризует эффективность выключения с помощью IУПР. Обычно у тиристоров он порядка 4 – 7. Выключаемые (или запираемые) тиристоры имеют повышенный коэффициент запирания.

Существует два типа симметричных тиристоров: тиристор диодный симметричный (диак или DIAC), и тиристор триодный симметричный (симистор или TRIAC).

Диак – это двунаправленный диод, который начинает пропускать ток только после достижения напряжения включения. Большинство диаков представляет собой трехслойную структуру с напряжением включения порядка 15 – 40 вольт, в иностранной литературе их иногда изображают как транзистор в двумя эмиттерами (см рисунок 4).

Рисунок 4 – Диак: типовая структура, УГО (русское и зарубежное), вольт-амперная характеристика.

Поскольку диак двусторонне проводящее устройство, его выводы имеют названия не анод и катод, а Анод 1 и Анод 2 (А1 и А2).

Симистор (симметричный тиристор) представляет собой пятислойный полупроводниковый прибор, по своей структуре является аналогом встречно-параллельного включения двух тиристоров. Способен пропускать электрический ток в обоих направлениях.

Рисунок 5 – Симистор: структура, УГО, вольт-амперная характеристика.

Прямая  ветвь ВАХ симистора открывается прямым током Iупр, обратная ветвь ВАХ открывается отрицательным током –Iупр, который получается из прямого тока управления после прохождения его через токовый балласт. Именно поэтому обратная ветвь открывается при высоких токах Iупр, чем прямая.

Основными параметрами тиристоров являются:

1.  напряжение включения UВКЛ
2.  падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии UОС
3.  ток выключения IВЫКЛ (или ток удержания IУД) и напряжение выключения UВЫКЛ
4.  ток отпирающий IУ – наименьший ток управляющего электрода, необходимый для включения тиристора.

Макет исследуемой схемы

Рисунок 6

В качестве источника питания управления в данной лабораторной работе будет применяться блок «Выходы ЦАП», контролируемые компьютером с помощью программного  обеспечения «Delta Profi». В данном программном комплексе будет использоваться блок «ИТН» - источник тока-напряжения.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Предварительное домашнее задание:

а) изучить тему курса «Тиристоры» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

б) пользуясь принципиальными схемами, приведенными в руководстве, начертить схемы соединений для проведения экспериментов, перечисленных в лабораторной работе.

1. Экспериментальное исследование триодного тиристора.

1.1 собрать схему для снятия вольт-амперной характеристики тиристора:

Рисунок 7

Сопротивления: RУ = 10 кОм, RН = 100 Ом.

Подключить в качестве источника E – PV1 (блок «ВЫХОДЫ ЦАП»); в качестве источника Е взять любой источник постоянного напряжения.

Для использования источника питания блока «Выходы ЦАП» канал 1 (PV1) нужно включить компьютер, включить программу «Delta Profi», перейти на вкладку «Мнемосхемы» и двойным щелчком открыть желтый блок ИТН (источник тока-напряжения).  Установить в ИТН ток на уровне 0.2 А и далее не менять, напряжение менять ползунком с помощью мыши или колесика мыши.

Для измерения тока I используем осциллограф: измеренное напряжение на резисторе  RН, поделенное на его номинал будет равно току I, протекающему через тиристор.

1.2  Установить ЕУ  равном нулю.

Плавно увеличивая подаваемое на тиристор напряжение Е, выписать несколько значений  I и U в таблицу вида:  (также найти значения IУД, UОС)

IУ = 0 А

I, мА

U, В

IУД  =                    ; UОС =

минимум 10 точек: 5 до открытия, 5 после

1.3 Установить ЕУ равным 0.1 В. Снова плавно увеличивая ток  выписать несколько значений I и U в таблицу:

	EУ = ____В
I, мА
U, В
IУД  =                    ; UОС =

минимум 7 точек

1.4 Снять зависимость напряжения переключения триодного тиристора от напряжения управления. Пошагово менять подаваемый  на выключенный тиристор напряжение (15В – 13В – 10В – и т.д.) и плавно меняя EУ отмечать напряжения включения во вольтметрам PV3 и PV4:

UВКЛ, В
UУ, В

минимум 7 точек

2. Экспериментальное исследование триодного выключаемого тиристора.

2.1 Собрать схему для снятия характеристик выключаемого тиристора:

Рисунок 8

Сопротивления: RУ = 10 кОм, RН = 470 Ом.

2.2 Снять зависимость напряжения переключения триодного тиристора  от тока управления. Для этого пошагово менять подаваемое на тиристор напряжение E, записывая UВКЛ (вольтметр PV4) на каждом шаге, и производя включение и выключение тиристора с помощью положительного и отрицательного EУ (из блока ИТН в Delta Profi). Результаты эксперимента записать в таблицу вида (3-5 точек):

За переключением следить по вольтметру PV4 (резкий скачок 14 В –> 1.1 В)

E =		E =		E =
UВКЛ =		UВКЛ =		UВКЛ =
ЕУ ВКЛ=	ЕУ ВЫКЛ=	ЕУ ВКЛ=	ЕУ ВЫКЛ=	ЕУ ВКЛ=	ЕУ ВЫКЛ=
UУ ВКЛ=	UУ ВЫКЛ=	UУ ВКЛ=	UУ ВЫКЛ=	UУ ВКЛ=	UУ ВЫКЛ=
IУ ВКЛ=	IУ ВЫКЛ=	IУ ВКЛ=	IУ ВЫКЛ=	IУ ВКЛ=	IУ ВЫКЛ=

где E – напряжение, подаваемое на тиристор + RН;

      UВКЛ – напряжение включения тиристора (вольтметр PV4);

     ЕУ ВКЛ / ЕУ ВЫКЛ – напряжение управления включения/выключения (Delta Profi);

     UУ ВКЛ / UУ ВЫКЛ – напряжение управления включения/выключения тиристора (вольтметр PV3);

     IУ ВКЛ / IУ ВЫКЛ – ток управления включения/выключения тиристора (осциллограф). 

3. Экспериментальное исследование ВАХ тиристоров с помощью осциллографа

3.1 Собрать схему в соответствии с рисунком 9, настроить осциллограф:

Рисунок 9

На  тиристор подать  переменное синусоидальное напряжение, к управляющему электроду подключить источник постоянного напряжения.

Заземляющие провода обоих лучей осциллографа (черные провода) подключить к земле на макете. Вход  канала Х (Вход А –> красный провод) осциллографа подключить к коллектору транзистора.  Вход канала Y (Вход Б –> красный провод) осциллографа подключить к шунту RШ.

Далее настроить осциллограф для снятия ВАХ:

1.  Перевести переключатель развертки осциллографа в положение "X-Y".
2.  Перевести переключатель режима работы осциллографа на "А и Б" – наблюдение изображения обоих сигналов.
3.  Перевести ОБА переключателя режима входов каналов на ┴ (заземление).
4.  С помощью ручки перемещения лучей, светящуюся точку на экране осциллографа поместить центр
5.  Подать питание. Перевести ОБА переключателя режима входов каналов на открытый вход (принятие синусоиды + постоянной составляющих  ~  ).
6.  С помощью переключателей развертки каналов настроить наилучший вид ВАХ, ручку точечной настройки (маленький серый крутящийся переключатель внутри) закрутить по часовой стрелке до щелчка.

3.2 Измерение ВАХ триодного тиристора (RУ = 10 кОм, RН = 100 Ом):

1.  напряжение ЕУ установить =0, питающее переменное напряжение E установить на максимальную амплитуду. Зарисовать ВАХ закрытого тиристора;
2.  Плавно увеличивая EУ обнаружить момент резкого изменения ВАХ тиристора. Записать UУ ВКЛ, зарисовать ВАХ открытого тиристора.

3.3 Измерение ВАХ триодного выключаемого тиристора (RУ = 1 кОм, RН = 100 Ом):

1.  напряжение ЕУ установить =0, питающее переменное напряжение E установить на максимальную амплитуду. Зарисовать ВАХ закрытого тиристора;
2.  Плавно увеличивая EУ обнаружить момент резкого изменения ВАХ тиристора. Записать UУ ВКЛ, зарисовать ВАХ открытого тиристора.

3.4 Измерение ВАХ симистора (RУ = 2.2 кОм, RН = 100 Ом):

1.  напряжение ЕУ установить =0, питающее переменное напряжение E установить на максимальную амплитуду. Зарисовать ВАХ закрытого симистора;
2.  Плавно увеличивая EУ обнаружить момент резкого изменения прямой, а затем и обратной ветви ВАХ симистора. Записать UУ ВКЛ+, UУ ВКЛ –,, зарисовать ВАХ полностью открытого симистора.

3.5 Измерение ВАХ диака(RН = 47 Ом, вольтметр на источник  ~ , перемычка):

1.  напряжение ЕУ установить =0, питающее переменное напряжение E установить на максимальную амплитуду. Зарисовать ВАХ диака;
2.  Плавно увеличивая EУ обнаружить момент резкого изменения прямой, а затем и обратной ветви ВАХ диака. Записать UУ ВКЛ+, UУ ВКЛ –,, зарисовать ВАХ полностью открытого диака

На каждом рисунке зарисовать расположение осей начала координат, в углу подписать масштабы по току и напряжению. При этом учесть, что на вход Y осциллографа подается напряжение с шунтирующего резистора, откуда ток по оси OY:

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать:

1.  Наименование и цель работы;
2.  Схемы соединений для выполненных экспериментов;
3.  Результаты экспериментальных исследований триодного тиристора (п.1): привести результаты измерений и по ним построить на одном графике ВАХ тиристора для двух токов тиристора IУ, на графике указать точки тока удержания (IУД), падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии (UОС), напряжение и ток включения для каждого графика (UВКЛ, IВКЛ), подсчитать динамическое сопротивление тиристора в открытом и закрытом состояниях (), написать выводы на основании снятой ВАХ;
4.  Результаты экспериментальных исследований триодного выключаемого тиристора (п.1): привести результаты измерений и по ним построить графики: зависимость напряжения включения от тока управления включения (UВКЛ = f(IУ  ВКЛ)) и зависимость напряжения включения от тока управления выключения(UВКЛ = f(IУ ВЫКЛ)), написать выводы;
5.  Обработанные осциллограммы пунктов 3.2 – 3.5: для каждого тиристора построить по 2 графика на одном уровне: слева - ВАХ закрытого тиристора и  справа от нее – ВАХ в открытом состоянии, под графиками подписать UУ ВКЛ, сравнить ВАХ и напряжения управления разных тиристоров, сделать выводы.