Tyristor - Laboratorní úloha

1. ZADÁNÍ

   1. Změřte hodnotu sekundárního střídavého napětí napájecího transformátorku naprázdno

   2. Zapojte úlohu a ověřte funkci regulátoru výkonu žárovky

   3. Na osciloskopu zobrazte a do grafů zakreslete pod sebe ve správném časovém vztahu postupně průběhy:

      • napájecí napětí U1

      • napětí na tyristoru UAK

      • napětí na zátěži UZ

      • řídící napětí UGK

      • napětí na tyristoru UC

   4. Změřte a nakreslete graf závislosti útlumu otevření α na velikosti odporů R1 a R2

2. POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU

Tyristor KT 508/400 s těmito mezními parametry:

ITAV – 0,8 A – propustný proud při plném úhlu otevření

ITSM – 15 A – maximální amplituda jednorázového impulsu proudu půlsinusového tvaru délky 10ms

IFG – 100 mA – mezní hodnota proudu řídící elektrody

IH – 10 mA – vratný proud

UT – 1,7 V úbytek napětí UAK v propustném směru

1. TEORIE ÚLOHY

Tyristory jsou bipolární součástky, které vykazují bistabilní regenerativní spínací charakteristiky. To znamená, že přepnutí z vypnutého do sepnutého stavu lze u nich provést proudovým impulsem do řídící elektrody, přičemž po jeho skončení zůstává součástka sepnutá. To je zásadní rozdíl oproti bipolárnímu tranzistoru, u kterého je nutné po udržení v sepnutém stavu trvale udržovat proud do báze . Tyristory mají proto schopnost ovládat velké výkony relativně jednoduchým řídícím obvodem s malým příkonem. Jelikož jsou to bipolární součástky, je jejich předností velká výkonová zatížitelnost. Tyristor je čtyřvrstvá součástka P-N-P-N tvořená třemi P-N přechody a třemi elektrodami. Jedná se o anodu, katodu a řídící elektrodu.

Tyristor se skládá z anadového emitoru tvořeného vrstavmi P+ a P a z katodového emitoru tvořeného vrstvou N+. Jejich úkolem je injekce nosičů do dlouhé báze N a výrazně kratší báze P, a to při spínání a v sepnutém stavu. Úkolem nízko dotované báze N je dosažení potřebné hodnoty průrazného napětí. Tyristor je vlastně výkonová dioda , kde je navíc kontaktem opatřená báze P a tudíž přechod který znamená zásadní změnu chování. Je li na anodě záporné napětí oproti katodě, nachází se tyristor v závěrném směru. Přechody 1 a 3 jsou polarizovány závěrně, přechod J2 propustně. Přechod J3 má průrazné napětí do 5V a jeho přínos pro závěrné napětí tyristoru je zanedbatelný. Při překročení maximálního závěrného opakovatelného napětí URRM dochází k lavinovému průrazu přechodu J1 a narůstá proud. Napětí URRM je mezní parametr, který nesmí být překročen.

Spínání tyristoru

Je li na anodě kladné napětí oproti katodě o hodnotě Ua < Ubo a do řídící elektrody neteče proud, nachází se v blokovacím stavu a aanodový proud je zanedbatelný. Přechody J1 a J3 jsou polarizovány propustně a přechod J2 závěrně. Dosáhne li anodové napětí Ua hodnoty blokovacího napětí Ubo dojde k lavinovému průrazu přechodu J2 a anodový proud narůstá Elektrony vzniklé nárazovou ionizací jsou elektrickým polem unášeny směrem k přechodu J1 kde poruší nábojovou neutralitu. Díry vzniklé nárazovou ionizací na přechodu J2 se vlivem elektrického pole pohybují směrem k přechodu J3, kde způsobí injekci elektronů do báze P. Tyto elektrony a díry mohou snadno překonat blokovací přechod J2, protože se pohybují ve směru poklesu energie. Pokud v blokovacím režimu polarizujeme přechod J3 do propustného směru, poteče řídící elektrodou proud Ig. Elektrony budou injektovány z emitoru N+ do báze. Většina z nich bude extrahována elektrickým polem závěrně polarizovaného blokovacího přechodu J2. Díry injektované anodovým emitorem se dostanou přes blokovací přechod ke katodovému emitoru a způsobí na něm injekci elektronů, které zase po průchodu tyristorem injekci děr atd. Opět se uzavře kladná zpětná vazba, která udrží tyristor v sepnutém stavu i po odeznění proudového impulsu do řídící elektrody. V tomto stavu představuje tyristor velmi malý odpor. Je na něm úbytek napětí zhruba 1,7 V až 2,5 V daný úbytky na P-N přechodech J1 a J3 v propustném směru a úbytkem napětí na dlouhé bázi N.