Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2
Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3
Polovodiče a jejich využití Kapitola 21 Tyristor Bc. Radim Miksa
30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE ..................................................................................................................................... 1 1
TYRISTOR............................................................................................................................................ 2 1.1
POPIS TYRISTORU ................................................................................................................................. 2
1.2
VA CHARAKTERISTIKA TYRISTORU............................................................................................................. 3
1.3
KONTROLNÍ OTÁZKY .............................................................................................................................. 3
2
DOPORUČENÁ LITERATURA ................................................................................................................ 4
3
POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE......................................................................................................... 5
4
SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem tyristoru. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací.
1
1
Tyristor
1.1
Popis tyristoru
Tyristor je řízená polovodičová součástka, která slouží ke spínání elektrických proudu (nejčastěji výkonových obvodů), fungující jako řízený elektronický ventil. Je sestaven ze čtyř vrstev polovodiče v uspořádání PNPN, takže v součástce jsou tři P-N přechody. Krajní vrstva s P vodivostí je spojena s anodou A, krajní vrstva s N vodivosti s katodou K. Řídící elektroda G (gate – řídící elektroda) je spojena s P-bázi. Vnitřní vrstvy se nazývají N-báze a P-báze. Tyristor je vlastně spojení dvou bipolárních tranzistorů ve čtyřvrstvé struktuře s třemi PN přechody, které se značí J1, J2 a J3, jejichž funkce jsou odlišné. V praxi je možné konstruovat tyristory typu PNPN a NPNP. Oba typy se rozlišují podle toho, ke které vnitřní vrstvě je připojena řídící elektroda - buď k vnitřní vrstvě P, nebo N. V praxi se používá pouze struktura PNPN.
Obrázek 1 - struktura tyristoru + náhradní schéma tyristoru
Tyristor se používá pro bezeztrátovou regulaci výkonu. Jeho použití je hlavně vhodné v obvodech střídavého napětí, neboť každý průchod napětí nulou automaticky vypne tyristor a ten čeká na další zapnutí.
Obrázek 2 - schématická značka tyristoru s obvodovými veličinami
Tyristor je velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. Nejčastěji se používá v moderních elektrických lokomotivách pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů nebo taky pro regulaci otáček vrtaček, obecně v řízených usměrňovačích atd. 2
1.2
VA charakteristika tyristoru Charakteristiku lze rozdělit na tři části závěrnou, propustnou a blokovací.
Obrázek 3 - tyristor
Charakteristika v závěrném směru je v podstatě stejná jako charakteristika diody. Při určitém napětí dojde k průrazu. Protože tyristor má složitější strukturu než dioda, je náchylnější na průraz. Charakteristika v propustném směru s odpojenou řídící elektrodou je stejná jako charakteristika čtyřvrstvé diody. Při spínacím napětí nastane průraz na tom jednom přechodu, který je v závěrném směru, a napětí na tyristoru prudce klesne a proud rychle vzrůstá. IL – přídržný proud, hlavní anodový proud, pokud se při sepnutí nedosáhne tohoto proudu tak tyristor vypne. IH – vratný proud, při snížení proudu pod IH tyristor vypne.
Obrázek 4 - příklad VA charakteristiky tyristoru
1.3
Kontrolní otázky 1. S kolika vrstev se skládá tyristor? 2. Kolik má tyristor PN přechodů? 3. Jak se nazývají jednotlivé vrstvy tyristoru? 4. Jak se nazývají vývody tyristoru? 5. K čemu se obecně používá tyristor? 3
2
Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9.
4
3
Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9.
5
4
Seznam obrázků
OBRÁZEK 1 - STRUKTURA TYRISTORU + NÁHRADNÍ SCHÉMA TYRISTORU ................................................................................... 2 OBRÁZEK 2 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA TYRISTORU S OBVODOVÝMI VELIČINAMI ........................................................................... 2 OBRÁZEK 3 - TYRISTOR .................................................................................................................................................. 3 OBRÁZEK 4 - PŘÍKLAD VA CHARAKTERISTIKY TYRISTORU ....................................................................................................... 3
6
