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 22 Provozní režimy tyristoru Bc. Radim Miksa
30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE ..................................................................................................................................... 1 1
PROVOZNÍ REŽIMY TYRISTORU........................................................................................................... 2 1.1
ZÁVĚRNÝ STAV ..................................................................................................................................... 2
1.2
BLOKOVACÍ STAV .................................................................................................................................. 2
1.3
PROPUSTNÝ STAV ................................................................................................................................. 3
1.4
ROZEPNUTÍ TYRISTORU .......................................................................................................................... 3
1.5
KONTROLNÍ OTÁZKY .............................................................................................................................. 3
2
DOPORUČENÁ LITERATURA ................................................................................................................ 4
3
POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE......................................................................................................... 5
4
SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem provozních režimů 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
Provozní režimy tyristoru
1.1
Závěrný stav
Na anodu tyristoru je připojen záporný pól a na katodu kladný pól vnějšího zdroje. Na řídící elektrodě nesmí být kladný potenciál. Přechody Jl a J3 jsou proto polarizovány v závěrném směru, zatímco přechod J2 je v propustném stavu. Tyristorem neprochází žádný proud.
Obrázek 1 - tyristor v zavřeném stavu
1.2
Blokovací stav
Největší rozdíl mezi závěrným a blokovacím stavem je v polaritě připojení vnějšího zdroje. Kladný pól vnějšího zdroje je připojen na anodu A a záporný pól vnějšího zdroje na katodu K. Přechody Jl a J3 jsou polarizovány v propustném směru a přechod J2 je polarizován v závěrném směru. Opět na řídící elektrodě není žádný kladný potenciál. Tyristorem prochází jen malý proud závěrně polarizovaného přechodu J2. Vzhledem k tomu, že vrstva Nl je dostatečně široká, proto nedochází ve většině případů k injekci menšinových nosičů náboje z oblasti přechodu Jl do oblasti přechodu J2. Současně nemůže docházet ani k injekci nosičů náboje z oblasti přechodu J3 do oblasti přechodu J2, takže téměř celé napětí vnějšího zdroje bude na přechodu J2. Při dostatečně velké velikosti napětí vnějšího zdroje dojde k sepnutí tyristoru.
Obrázek 2 - tyristor v blokovacím stavu
2
1.3
Propustný stav
Od blokovacího stavu liší jen tím, že do činnosti vstoupí třetí elektroda. Na řídicí elektrodu G se přivede kladné napětí proti katodě, což vyvolá spínací proud IGT, tekoucí přechodem PN mezi elektrodami G-K. Následkem tohoto proudu se původně zablokovaný prostřední přechod zaplaví volnými nosiči náboje, takže již nic nebrání jeho úplnému otevření a následnému sepnutí tyristoru. Spínací proud potom protéká celým obvodem anoda-katoda. Platí to však jen v případě, že dosáhl určité velikosti, stanovené parametrem „přídržný proud“ IL. Jestliže vlivem velkého odporu obvodu by měl téci menší proud, tyristor se ihned vrátí do blokovacího stavu.
Obrázek 3 - tyristor v propustném stavu
1.4
Rozepnutí tyristoru
Tyristor v sepnutém stavu se vyznačuje tím, že nedokáže proud přerušit, tj. rozepnout, třebaže již řídicí impulz na vstupní elektrodě G odezněl. V tom se zásadně liší od spínací funkce tranzistoru. Nastává tedy problém, jak tyristor vypnout. Obvykle se musí na některém místě přerušit obvod, nebo rovnou odpojit zdroj. Situace je však mnohem jednodušší, jestliže se obvod napájí tepavým stejnosměrným proudem. U pulsujícího stejnosměrného proudu totiž dochází k přerušování každou setinu sekundy, a proto s uzavřením tyristoru nejsou potíže. Totéž platí pro tyristor v obvodu střídavého proudu.
Obrázek 4 - řízení výkonu pomocí tyristoru
1.5
Kontrolní otázky 1. Popište závěrný stav tyristoru. 2. Popište blokovací stav tyristoru. 3. Popište propustný stav tyristoru. 4. Popište vypínání tyristoru ve střídavém obvodu. 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 - TYRISTOR V ZAVŘENÉM STAVU....................................................................................................................... 2 OBRÁZEK 2 - TYRISTOR V BLOKOVACÍM STAVU.................................................................................................................... 2 OBRÁZEK 3 - TYRISTOR V PROPUSTNÉM STAVU ................................................................................................................... 3 OBRÁZEK 4 - ŘÍZENÍ VÝKONU POMOCÍ TYRISTORU ............................................................................................................... 3
6