Тиристоры и некоторые другие ключевые приборы (стр. 4 из 4)
a=a1(Iн + Iб)+ a3(Iн)==1. (12)
Отсюда видно, что увеличение тока Iб, а значит, и коэффициента a1 сопровождается уменьшением коэффициента a3, а значит, и тока Iн. Соответственно несколько меньше будет и ток Io.п в точке обратного переключения.
Параметры тринистора в открытом состоянии практически не отличаются от параметров динистора, поскольку ток Ik в этой области значительно больше тока Iб, и поэтому токи обоих крайних переходов почти одинаковы.
Рис. 7. Пусковая характеристика тринистора
До сих пор мы рассматривали кривые с параметром Iб >0. При этом подразумевалось, что источник базового тока представляет собой э. д. с. Eб < О, включенную последовательно с сопротивлением Rб (см. рис. 6). В частном случае, при Iб=0, можно было считать Eб = 0; rб = ¥ . Теперь рассмотрим работу тринистора в условиях обратного смещения (Eб > 0) (рис. 8). Пусть э. д. с. Eб достаточно велика и эмиттерный переход заперт. Тогда тринистор превращается в транзистор п1-р2-п2 (с оборванной базой p2), который включен последовательно с сопротивлением Rб и питается напряжением Eб + Uk. Коллекторный ток при таком включении будет током транзистора в схеме ОЭ с оборванной базой:
Ik=MIk0/(1-Ma3)
где a3 - коэффициент передачи тока от перехода П3 к переходу П2. Реальное запирающее смещение на эмиттерном переходе будет меньше, чем э. д. с. Eб, на величину Ik Rб. С ростом тока Ik смещение будет уменьшаться, и при некотором токе I0, когда Eб - I0Rб = 0, эмиттерный переход отопрется. После этого базовый ток будет иметь неизменную отрицательную величину:
Рис. 8. Вольт-амперные характеристики тринистора при отрицательном токе базы.
Iб= -I0= -Eб/Rб (13)
которую можно считать параметром соответствующей характеристики. Если в формуле (11) положить a1=0 и a= a3 и подставить Ik = I0, можно получить напряжение отпирания эмиттерного перехода:
U0 =UM [1-(a3 I0 + Ik0)/ I0]1/n (14)
Из формулы (13) видно, что ток I0, равный параметру кривой (току Iб), возрастает вместе с модулем параметра. Что касается напряжения U0, то оно несколько увеличивается.
Ток обратного переключения можно найти из уравнения (12), если считать Iн@Iо,п В случае малых отрицательных токов базы ток Iо,п заметно больше тока I0@ôIбô. При больших токах ôIбô эта разница уменьшается. Отношение Iо,п/ôIбô можно назвать коэффициентом усиления при выключении; он определяется .величиной а1/(а-1) и в обычных тринисторах не превышает (1). Очевидно, что с точки зрения управляемости при запирании суммарный коэффициент передачи а не следует делать намного большим единицы.
На рис. 9, а показана типичная схема включения тринистора, а на рис. 9, б - ее рабочий цикл. Пусть Ek < Uп,по. Тогда в запертом состоянии и при токе Iб = 0 рабочей точкой будет точка а. Увеличивая ток Iб до значения Iб1, мы вызовем скачкообразный переход рабочей точки из положения a1 в положение b. В этом открытом состоянии тринистора падение напряжения на нем составляет всего лишь около 1 в, как и в динисторе. Поэтому ток нагрузки практически равен Ek/Rk. Для того чтобы запереть тринистор, т. е. вернуться в точку а, нужно либо уменьшить рабочий ток до величины Ik < Io.п
Рис 9. Типовая схема включения тринистора (а) и ее рабочий цикл (б)
(путем понижения питающего напряжения), либо задать в базу отрицательный импульс тока. Оба случая иллюстрируются пунктирными линиями на рис. 9, б.
В первом случае рабочая точка скачком переходит из положения b1 в положение a2, а затем (после восстановления Э. Д. С. Ek) - в исходную точку а. Во втором случае из точки b происходит скачок в точку a3, а затем (по окончании запирающего импульса) возвращение в точку а. Первый путь известен из тиратронной техники, второй специфичен для тринистора, так как тиратрон нельзя погасить со стороны сетки. Правда, базовый ток «гашения» в тринисторе оказывается сравнительно большим из-за малого коэффициента усиления при выключении.
Основная тенденция при разработке современных тринисторов состоит в повышении рабочих токов и, напряжений с тем, чтобы заменить соответствующие газоразрядные приборы (газотроны и тиратроны). В настоящее время рабочие токи тринисторов лежат в пределах 1 000— 2 000 а, а рабочие напряжения — в пределах 2—3 кв. При прочих равных условиях динисторы и тринисторы значительно превосходят газоразрядные приборы по коэффициенту полезного действия, а также по габаритам, весам и сроку службы.
Мощные тринисторы используются в качестве контакторов, коммутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением.
Времена переключения у тринисторов значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов (с токами в десятки ампер и больше) время прямого переключения составляет около 1 мксек,а время обратного переключения не превышает 10—20-мксек. Следует заметить, что наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место задержки фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса.
Наряду с мощными тринисторами разрабатываются и маломощные высокочастотные варианты. В таких приборах время прямого переключения может составлять десятки, а время обратного переключения — сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечивается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в толстой базе. Маломощные быстродействующие тринисторы используются в различных спусковых и релаксационных схемах.