Конструкция и принцип работы тиристорных усилителей.

В настоящей лабораторной работе рассматриваются электронные усилители, в которых используются тиристоры и полупроводниковые операционные усилители.

Тиристоры - это полупроводниковые малогабаритные приборы. Они имеют четырехслойную р-n-р-n структуру, моментом их включения можно управлять вспомогательным импульсом тока, который подается на управляющий электрод и открывает р-п-переход, прилегающий к катоду (рис. 1.1). После открывания тиристора все три его перехода смещаются в прямом направлении и тиристор пропускает прямой ток. Ток нагрузки, протекая через тиристор, создает такую большую концентрацию носителей заряда, что управляющие свойства тиристора теряются. При спадании тока нагрузки до нуля тиристор запирается и управляющие свойства восстанавливаются.

Рисунок 1.1 Структура тиристора

Вольт-амперная характеристика тиристора (рис.1.1) при небольших прямых токах I_пр имеет несколько ветвей, соответствующих различным токам управления I_У.

Чем больше ток управляющего электрода, тем меньше напряжение включения тиристора U_B. Если к аноду тиристора прикладывается переменное напряжение с амплитудой, меньшей U_{В max}, то включение тиристора будет происходить лишь в момент подачи импульса тока на управляющий электрод. Для включения требуется, чтобы амплитуда импульса была достаточной для снижения напряжения включения U_В до величины, меньшей, чем напряжение анод-катод тиристора U_a. Выключение тиристора возможно лишь при снижении тока анода I_пр до величины, меньшей тока отключения, который настолько мал по сравнению с прямым током тиристора, что его почти всегда считают равным нулю.

Рисунок 1.2 Вольт-амперная характеристика тиристора

В схеме, содержащей источник питания Е, тиристор VS и резистор R (рис.1.2) возможны два устойчивых состояния, одно из которых соответствует открытому, а второе закрытому тиристору. Часть характеристики от нуля до точки А соответствует прямому току отключенного тиристора , а участок характеристики от точки А до точки Б соответствует прямому току открытого тиристора. Повышение напряжения источника от нуля до Е вызывает при I_У =0 перемещение рабочей точки по нижней ветви характеристики до точки А. Если теперь подать управляющий импульс тока с амплитудой I_У1 и с длительностью, достаточной для поддержания этого тока на время открывания тиристора, то рабочая точка перейдет скачком в положение Б, соответствующее открытому тиристору

Рисунок 1.3 Схема включения тиристора

Спад открывающего импульса тока в цепи управления не оказывает влияния на процессы в открытом тиристоре. Его рабочая точка остается в положении Б. Восстановление управляющих свойств тиристора произойдет лишь при его обесточивший на время, большее времени его закрывания.

В открытом состоянии тиристор способен пропускать очень большие токи (до нескольких сот ампер). Тиристоры используются в усилителях мощности, управляемых выпрямителях, для коммутации больших токов.

Классификация тиристоров происходит по следующим признакам: по количеству их выводов, по способу выключения и управления, по виду вольтамперной характеристике и по ряду других признаков.

В зависимости от количества выводов подразделяют:

1. Тиристоры диодные или динисторы, которые имеют только два вывода (анод и катод).

2. Тиристоры триодные имеют три вывода (анод, катод и управляющий электрод). К ним относятся: тиристоры, запираемые тиристоры, тиристор-диод и симистор.

3. Тиристоры четырехэлектродные или тетродные имеют четыре вывода (пару входных и пару выходных электродов). К ним относят тиристорную оптопару.

По виду ВАХ подразделяют на:

1. тиристоры, которые не проводят в обратном направлении (динисторы, тиристоры и запираемые тиристоры);

2. тиристоры, которые проводят в обратном направлении (тиристор-диод);

3. симметричные тиристоры, которые переключаются в открытое состояние в любых направлениях (симисторы или триаки).

По виду выключения тиристоры классифицируют на незапираемые (выключение возможно только по выходной анодной цепи) и запираемые (выключение обеспечивается по входной управляющей цепи).

В зависимости от того, каким сигналом осуществляется управление тиристором, они подразделяют на тиристоры, которые управляются внешним электрическим сигналом; фототиристоры, управляемые внешним оптическим сигналом; оптотиристоры – управляются внутренним оптическим сигналом, генерируемым излучателем.

Рисунок 1.4 Условные обозначения тиристоров. а – динистор, б – тиристор, в – запираемый тиристор, г – симистор.