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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Experimentos entretenidos: una familia de tiristores. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante A menudo puede escuchar e incluso leer la palabra "tiristor" en revistas populares de ingeniería de radio. Este es un dispositivo semiconductor. Pero, lamentablemente, tal dispositivo no existe, ya que los tiristores son una clase de dispositivos. Incluye un dinistor (tiristor de diodo), un trinistor (tiristor de triodo) y un triac (trinistor simétrico). Los conoceremos en el curso de entretenidos experimentos. Empecemos con dinistor. Cada dispositivo semiconductor de la clase de tiristores es un "pastel" de varias capas que forman una estructura semiconductora de uniones pn alternas. El dinistor tiene tres transiciones de este tipo (Fig. 1), pero las conclusiones se obtienen solo de las regiones extremas (p y n). La superficie del cristal "pastel" con conductividad eléctrica de tipo n generalmente se suelda al fondo de la caja; este es el cátodo del dinistor, y la salida de la superficie opuesta del cristal se realiza a través de un aislante de vidrio: este es el ánodo.
Externamente, el dinistor (la serie KN102 con los índices de letras AI y su análogo con la designación 2H102 es común) no es diferente de los diodos rectificadores de la serie D226. Como en el caso de un diodo, se aplica un voltaje de suministro positivo al ánodo del dinistor y uno negativo al cátodo. Y asegúrese de incluir una carga en el circuito de dinistor: una resistencia, una lámpara, un devanado de transformador, etc. Si aumenta suavemente el voltaje, la corriente a través del dinistor inicialmente aumentará ligeramente (Fig. 2). El dinistor está prácticamente cerrado. Este estado continuará hasta que el voltaje a través del dinistor sea igual al voltaje de encendido Uon. En este momento, comienza un proceso similar a una avalancha de crecimiento de corriente en la estructura de cuatro capas y el dinistor pasa al estado abierto. La caída de voltaje a través de él disminuye bruscamente (esto se puede ver en la característica), y la corriente a través del dinistor ahora estará determinada por la resistencia de la carga, pero no debe exceder el máximo permitido Iopen max Para todos los dinistores de la serie KN102 , esta corriente es de 200 mA.
El voltaje al que se abre el dinistor se denomina voltaje de encendido (Uon), y la corriente correspondiente a este valor es la corriente de encendido (Ion).Para cada dinistor, el voltaje de encendido es diferente, por ejemplo, para KN102A - 20 V y para KN102I - 150 V. El mismo encendido para todos los dinistores de la serie es de 5 mA. El dinistor puede estar en estado abierto hasta que la corriente continua a través de él exceda la corriente mínima permitida Iud, llamada corriente de retención. La rama inversa de la característica de un dinistor es similar a la misma rama de un diodo convencional. El suministro de voltaje inverso al dinistor es mayor que el Uobr.max permisible. puede desactivarlo. Para todos los dinistores y Uobr.max. es de 10 V, mientras que la corriente Iobr.max. no supera los 0,5 mA. Ahora que se ha familiarizado con algunos de los parámetros del dinistor, puede ensamblar dos generadores y experimentar con ellos. Generador de destellos de luz (Fig. 3). Le permite obtener destellos de luz de una lámpara incandescente. Cuando el enchufe X1 del generador se inserta en la toma de corriente, el condensador C1 comenzará a cargarse (solo en semiciclos positivos). La corriente de carga está limitada por la resistencia R1. Tan pronto como el voltaje alcance el voltaje de encendido del dinistor, el capacitor se descargará a través de él y la lámpara EL1. Aunque el voltaje en el capacitor es mucho mayor (¡8 veces!) El voltaje de funcionamiento de la lámpara (2,5 V), no se quemará porque la duración del pulso de corriente de descarga es demasiado corta.
Después de descargar el capacitor, el dinistor se cerrará y el capacitor comenzará a cargarse nuevamente. Pronto aparecerá un nuevo destello, seguido del siguiente, etc. Con los detalles indicados en el diagrama, los destellos seguirán cada 0,5 s. Reemplace la resistencia con otra, digamos, de menor resistencia. La frecuencia del destello aumentará. Y con una resistencia más grande, disminuirá. Se obtendrá un resultado similar al reducir la capacitancia del capacitor o aumentarla. Volviendo al circuito generador original, instale un condensador C2 adicional (puede ser de papel u óxido) con una capacidad de varios microfaradios para un voltaje de al menos 400 V. Los destellos desaparecerán. La solución es sencilla. Cuando este condensador no estaba presente, la resistencia recibió la Fig. 3 semiciclos de la tensión de red, es decir, pasó de cero al valor máximo de amplitud. Por lo tanto, después de descargar el capacitor C1, la corriente a través del dinistor en algún punto (cuando la sinusoide pasa por cero) cayó a cero y el dinistor se apagó. Con la conexión del capacitor C2, el voltaje en la salida izquierda de la resistencia según el circuito ya se vuelve pulsante, ya que el capacitor comienza a actuar como un filtro de un rectificador de media onda y el voltaje a través de él no cae a cero. Y, por lo tanto, después de abrir el dinistor y el primer destello de la lámpara, una pequeña corriente continúa fluyendo a través de él, excediendo la corriente de retención. El dinistor no se apaga, el generador no funciona. Es cierto que se puede hacer que el generador funcione (y puede verificar esto) aumentando la resistencia de la resistencia, pero luego los destellos seguirán muy raramente. Para aumentar la frecuencia del flash, intente reducir la capacitancia del capacitor C1. Sucederá lo siguiente: la energía almacenada por el condensador no será suficiente para mantener suficiente brillo de los destellos. El dinistor de este dispositivo puede ser, además del indicado en el esquema, KN102B. Condensador C 1 - óxido de cualquier tipo para una tensión nominal de al menos 50 V, un diodo - para una corriente de al menos 50 mA y una tensión inversa de al menos 400 V, una resistencia - con una potencia de al menos 2 W , una lámpara: para un voltaje de funcionamiento de 2,5 V y una corriente de 0,26 A. Generador de frecuencia de audio (Fig. 4). Su circuito es similar al anterior, pero la lámpara incandescente se reemplaza por una carga de mayor resistencia: los auriculares TON-2 (BF1), cuyas cápsulas se quitan de la diadema (no se puede quitar) y se conectan en serie. La capacitancia del capacitor de carga-descarga (C2) se reduce significativamente, por lo que la frecuencia de la señal generada ha aumentado (hasta 1000 Hz). La resistencia de la resistencia limitadora (R2) en el circuito de dinistor también ha aumentado.
Los elementos restantes son un rectificador de media onda, en el que el condensador C1 filtra el voltaje rectificado y la resistencia R1 ayuda a reducir el voltaje inverso en el diodo VD1. Si se usa un voltaje alterno de 45 ... 60 V para alimentar el generador, no se necesita la resistencia R1. El condensador C1 puede ser papel, por ejemplo, MBM, C2, cualquier tipo para un voltaje de al menos 50 V, diodo, cualquiera con un voltaje inverso permitido de al menos 400 V. Tan pronto como el enchufe X1 se inserte en la toma de corriente, aparecerá un sonido de cierto tono en los auriculares. Reemplace el capacitor C2 con otra capacitancia más pequeña, y el tono del sonido aumentará. Si instala un condensador más grande, los teléfonos escucharán el sonido de un tono más bajo. Se obtendrán los mismos resultados cambiando la resistencia de la resistencia R2; verifique esto. Cabe señalar que en la actualidad se fabrican microcircuitos que tienen características cercanas a los de dinistor, y en algunos casos pueden reemplazarlos (ver "Radio", 1998, No. 5, pp. 59-61). Y en conclusión, algunas palabras sobre seguridad. Al realizar experimentos con generadores, no toque los terminales de las partes con el enchufe X1 conectado a la red, no toque los auriculares, y mucho menos colóquelos en la cabeza, y para todas las piezas de soldadura o conexión, desenergice la estructura. y descargue (con pinzas o un trozo de alambre de montaje) los condensadores. El siguiente dispositivo semiconductor de la clase de tiristores es el trinistor. Su principal diferencia con el dinistor es la presencia de una salida adicional, llamada electrodo de control (GE), de una de las transiciones (Fig. 5) de la estructura de cuatro capas. ¿Qué da esta conclusión?
Suponga que el electrodo de control no está conectado en ninguna parte. En esta realización, el trinistor conserva las funciones de un dinistor y se enciende cuando se alcanza el voltaje del ánodo Uon (Fig. 6).
Pero vale la pena aplicar al menos un pequeño voltaje positivo al electrodo de control en relación con el cátodo y así pasar una corriente continua a través del circuito electrodo de control - cátodo, a medida que disminuye el voltaje de encendido. Cuanto mayor sea la corriente, menor será el voltaje de encendido. El voltaje de encendido más bajo corresponderá a una cierta corriente máxima Iu.e, que se denomina corriente de rectificación: la rama directa se rectifica tanto que se vuelve similar a la misma rama del diodo. Después de encender (es decir, abrir) el SCR, el electrodo de control pierde sus propiedades y será posible apagar el SCR ya sea reduciendo la corriente continua por debajo de la corriente de mantenimiento Isp, o apagando brevemente el voltaje de suministro (un corto -es aceptable un cortocircuito a largo plazo del ánodo con el cátodo). El trinistor se puede abrir tanto con corriente continua que pasa a través del electrodo de control como con corriente pulsada, ¡y la duración del pulso permitida es de millonésimas de segundo! Cada trinistor (la mayoría de las veces tendrá que encontrarse con trinistores de las series KU101, KU201, KU202) tiene ciertos parámetros que se dan en los libros de referencia y por los cuales el trinistor generalmente se selecciona para la estructura ensamblada. En primer lugar, este es el voltaje directo directo permitido ( Upr) en el estado cerrado, así como el voltaje inverso constante ( Uobr); no se especifica para todos los trinistores y, en ausencia de tal figura, no es deseable aplicar inversa voltaje a este trinistor. El siguiente parámetro es la corriente continua en estado abierto (Ipr) a una cierta temperatura de caja permitida. Si el trinistor se calienta a una temperatura más alta, deberá instalarse en un radiador; esto generalmente se informa en la descripción del diseño. No menos importante es un parámetro como la corriente de retención (Iud), que caracteriza la corriente de ánodo mínima en la que el SCR permanece encendido después de que se elimina la señal de control. Los parámetros limitantes para el circuito del electrodo de control también se negocian: la corriente máxima de apertura (Iу.ot) y el voltaje de apertura constante (Uу.ot) a una corriente que no exceda Iу.ot. Al operar trinistores de la serie KU201, KU202, se recomienda incluir una resistencia de derivación con una resistencia de 51 ohmios entre el electrodo de control y el cátodo, aunque en la práctica, en la mayoría de los casos, se observa un funcionamiento confiable incluso sin resistencia. Y una condición más importante para estos trinistores es que con un voltaje negativo en el ánodo, no se permite el suministro de corriente de control. Y ahora realizaremos algunos experimentos para comprender mejor el funcionamiento del trinistor y las características de su control. Abastecerse de un trinistor, digamos, KU201L, una lámpara incandescente en miniatura de 24 V, una fuente de voltaje de 18 ... 24 V CC con una corriente de carga de 0,15 ... 0,17 A y un transformador de 12 ... de un receptor viejo o magnetófono con dos devanados secundarios de 14 V a una corriente de hasta 6,3 A, conectados en serie). Cómo abrir un trinistor (Fig. 7). Coloque la resistencia variable R2 en la posición más baja de acuerdo con el diagrama y luego conecte la cascada en el trinistor a una fuente de CC. Al presionar el botón SB1, mueva suavemente el control deslizante de resistencia variable hacia arriba en el circuito hasta que se encienda la lámpara HL1. Esto indicará que el trinistor se ha abierto. Puedes soltar el botón, la lámpara seguirá brillando.
Para cerrar el trinistor y llevarlo a su estado original, basta con apagar la fuente de alimentación por un corto tiempo. La lámpara se apagará. Al presionar nuevamente el botón, abre el trinistor y enciende la lámpara. Ahora intente apagarlo de otra manera: con el botón liberado, cierre por un momento, digamos, con pinzas, los cables del ánodo y el cátodo, como se muestra en la Fig. 7 línea discontinua. Para medir la corriente de apertura del trinistor, encienda el miliamperímetro en el circuito abierto del electrodo de control (en el punto A) y, moviendo suavemente el control deslizante de resistencia variable desde la posición inferior a la superior (con el botón presionado), espere hasta que la lámpara se enciende. La flecha del miliamperímetro fijará el valor de corriente deseado. ¿O tal vez quiera saber cuál es la corriente de retención del trinistor? Luego, encienda el miliamperímetro en el circuito abierto en el punto B, y en serie con él una resistencia variable (nominal 2,2 o 3,3 kOhm), cuya resistencia primero debe salir. Con el trinistor abierto, aumente la resistencia de la resistencia adicional hasta que la aguja del miliamperímetro vuelva a saltar a cero. La lectura del miliamperímetro antes de este momento es la corriente de retención. El trinistor es controlado por un impulso (Fig. 8). Cambie ligeramente la cascada de trinistor excluyendo la resistencia variable e introduciendo un condensador C1 con una capacidad de 0,25 o 0,5 microfaradios. Ahora, no se aplica un voltaje constante al electrodo de control, aunque el trinistor no se volvió incontrolable por esto.
Después de aplicar el voltaje de suministro a la cascada, presione el botón. El condensador C1 se cargará casi instantáneamente y su corriente de carga en forma de pulso pasará a través de la resistencia R2 y un electrodo de control conectado en paralelo. Pero incluso un impulso tan breve es suficiente para que se abra el trinistor. La lámpara se encenderá y, como en el caso anterior, permanecerá en este estado incluso después de soltar el botón. El capacitor se descargará a través de las resistencias R1, R2 y estará listo para el siguiente pulso de corriente. Ahora tome un capacitor de óxido C2 con una capacidad de al menos 100 microfaradios y por un momento conéctelo en la polaridad apropiada a los terminales de ánodo y cátodo del trinistor. Un pulso de corriente de carga también pasará a través del capacitor. Como resultado, el trinistor se desviará (las conclusiones indicadas están cerradas) y, por supuesto, se cerrará. Trinistor en el regulador de potencia (Fig. 9). La capacidad del SCR para abrirse a diferentes voltajes de ánodo dependiendo de la corriente del electrodo de control se usa ampliamente en los reguladores de potencia que cambian la corriente promedio que fluye a través de la carga.
Para familiarizarse con esta "profesión" del trinistor, cree un diseño a partir de las partes que se muestran en el diagrama. En un rectificador de onda completa, pueden funcionar tanto los diodos individuales como un puente de diodos listo para usar, por ejemplo, la serie KTs402, KTs405. Como puede ver, no hay un condensador de filtrado en la salida del rectificador; no es necesario aquí. Para el control visual de los procesos que ocurren en la cascada, conecte un osciloscopio paralelo a la carga (lámpara HL1) que funcione en modo automático (o en espera) con sincronización interna. Coloque el control deslizante de la resistencia variable R2 en la posición superior de acuerdo con el diagrama (se emite la resistencia) y aplique un voltaje alterno al puente de diodos. Pulse el botón SB1. La lámpara se encenderá de inmediato y en la pantalla del osciloscopio aparecerá la imagen de los semiciclos de una sinusoide (diagrama a), que es característica de la rectificación de onda completa sin un condensador de suavizado. Suelte el botón y la lámpara se apagará. Todo es correcto, porque el trinistor se cierra tan pronto como el voltaje sinusoidal pasa por cero. Si se instala un condensador de óxido de filtrado en la salida del rectificador, no permitirá que el voltaje rectificado disminuya a cero (la forma de voltaje para esta opción se muestra en el diagrama con una línea discontinua) y la lámpara no se apagará después del botón en lanzamiento. Presione el botón nuevamente y mueva suavemente el control deslizante de resistencia variable hacia abajo en el circuito (ingrese la resistencia). El brillo de la lámpara comenzará a disminuir y la forma de la "onda semisinusoidal" se distorsionará (diagrama b). Ahora la corriente a través del electrodo de control disminuye en comparación con el valor original y, por lo tanto, el trinistor se abre a una tensión de alimentación más alta, es decir, parte de la onda semisinusoidal, el trinistor permanece cerrado. Dado que esto reduce la corriente promedio a través de la lámpara, su brillo disminuye. Con más movimiento del motor de resistencia, lo que significa una disminución en la corriente de control, el trinistor puede abrirse solo cuando la tensión de alimentación alcanza prácticamente su máximo (diagrama c). La disminución posterior de la corriente a través del electrodo de control conducirá a la no apertura del trinistor. Como puede ver, al cambiar la corriente de control y, por lo tanto, la amplitud del voltaje en el electrodo de control, es posible controlar la potencia en la carga dentro de un rango bastante amplio. Esta es la esencia del método de amplitud para controlar el trinistor. Si es necesario obtener límites de control grandes, se utiliza el método de fase, en el que se cambia la fase del voltaje en el electrodo de control en comparación con la fase del voltaje del ánodo. No es difícil cambiar a este método de control: basta con conectar un condensador de óxido C1 con una capacidad de 100 ... 200 microfaradios entre el electrodo de control y el cátodo de trinistor. Ahora el trinistor podrá abrirse a pequeñas amplitudes del voltaje del ánodo, pero ya en la segunda "mitad" de cada medio ciclo (diagrama d). Como resultado, los límites de cambio en la corriente promedio a través de la carga y, por lo tanto, la potencia liberada en ella, se expandirán significativamente.
Análogo de trinistor. Sucede que no es posible comprar el trinistor deseado. Se puede reemplazar con éxito por un análogo ensamblado a partir de dos transistores de diferentes estructuras. Si se aplica un voltaje positivo (con respecto al emisor) a la base del transistor VT2, el transistor se abrirá ligeramente y la corriente de la base del transistor VT1 fluirá a través de él. Este transistor también se abrirá ligeramente, lo que aumentará la corriente de base del transistor VT2. La retroalimentación positiva entre los transistores conducirá a su apertura de avalancha. Los transistores analógicos se seleccionan según la corriente de carga máxima y el voltaje de suministro. La transición de control tanto del análogo como del trinistor se alimenta con un voltaje (o señal de pulso) de solo polaridad positiva. Si, en las condiciones de funcionamiento del dispositivo que se está diseñando, puede aparecer una señal negativa, el electrodo de control debe protegerse, por ejemplo, encendiendo un diodo (cátodo - al electrodo de control, ánodo - al cátodo trinistor). El último dispositivo de la familia de tiristores es un triac (Fig. 11), simétrico tiristor. Al igual que el trinistor, se fabrica en un paquete similar con los mismos terminales de ánodo, electrodo de control y cátodo. El triac tiene una estructura multicapa compleja con transiciones de huecos de electrones. A partir de una de las transiciones se realiza una salida de control (UE).
Dado que ambas regiones extremas de la estructura tienen el mismo tipo de conducción, entonces, en presencia de un voltaje apropiado en los electrodos del triac, los pulsos de corriente pueden pasar a través de él en ambas direcciones. Los triacs comunes que tendrás que encontrar en la práctica de radioaficionados son la serie KU208. Autor: B. Ivanov
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