какое основное назначение тринисторов
Тиристоры: принцип работы, назначение, характеристики, проверка работоспособности
Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону).
Этот преобразователь имеет два устойчивых состояния: закрытое (состояние низкой проводимости) и открытое (состояние высокой проводимости). Назначение тиристора – выполнение функции электроключа, особенность которого – невозможность самостоятельного переключения в закрытое состояние. Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока. Основным материалом при производстве этого полупроводникового устройства является кремний. Корпус изготавливается из полимерных материалов или металла – для моделей, работающих с большими токами.
Устройство тиристора и области применения
В состав прибора входят 3 электрода:
В отличие от двухслойного диода, тиристор состоит из 4-х слоев – p-n-p-n. Оба устройства пропускают ток в одну сторону. На большинстве старых моделей его направление обозначается треугольником. Внешнее напряжение подается знаком «-» на катодный электрод (область с электропроводностью n-типа), «+» – на анодный электрод (область с электропроводностью p-типа).
Тиристоры применяют в сварочных инверторах, блоках питания зарядного устройства для автомобиля, в генераторах, для устройства простой сигнализации, реагирующей на свет.
Принцип работы тиристоров
В специализированной литературе тиристор называется «однооперационным» и относится к группе не полностью управляемых радиодеталей. Он переходит в активное состояние при получении импульса определенной полярности от объекта управления. На скорость активации и последующее функционирование оказывают влияние:
Переключение из одного состояния в другое осуществляется с помощью управляющих сигналов. Для полного отключения тиристора требуется выполнить дополнительные действия. Выключение осуществляется несколькими способами:
При эксплуатации возможны незапланированные переключения из одного положения в другое, которые провоцируются перепадами характеристик электроэнергии и температуры.
Классификационные признаки
По способу управления различают следующие виды тиристоров:
Диодные (динисторы)
Активируются импульсом высокого напряжения, подаваемым на анод и катод. В конструкции присутствуют 2 электрода, без управляющего.
Триодные (тринисторы)
Разделяются на две группы. В первой управляющее напряжение поступает катод и электрод управления, во второй – на анод и управляющий электрод.
Симисторы
Выполняют функции двух включенных параллельно тиристоров.
Оптотиристоры
Их функционирование осуществляется под действием светового потока. Функцию управляющего электрода выполняет фотоэлемент.
По обратной проводимости тиристоры разделяются на:
Основные характеристики тиристоров, на которые стоит обратить внимание при покупке
Проверка тиристора на исправность
Прибор можно проверить несколькими способами, один из них – использование специального самодельного тестера, собираемого по представленной ниже схеме:
Такая схема предназначена для работы при напряжении 9-12 В. Для других значений напряжения питания производят перерасчет величин R1-R3.
Заключение
Тринисторы, принцип работы, основные параметры и характеристики.
Тринистор представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру, в которой одна из базовых областей сделана управляющей (рис 1). 
Рис 1. Схема включения и структура тринистора
В зависимости от того, база какого условного транзистора сделана управляющей, различают тринисторы с анодным и катодным управлением. Базовый вывод дает возможность управлять током ближайшего эмиттера. Для этого на управляющий электрод (УЭ) необходимо подать напряжение такой полярности, которая обеспечит отпирание соответствующего эмиттерного перехода. В этом случае процессы отпирания и запирания тринистора осуществляется не за счет изменения напряжения внешнего источника, приложенного между анодом и катодом, а за счет изменения напряжения на управляющем электроде, который является входным электродом включенного в электрическую цепь тринистора.
Вольтамперная характеристика тринистора:
На рисунке обозначено:
I – участок, на котором тринистор открыт;
II – участки отрицательного сопротивления и пробоя коллекторного перехода;
III – участок запертого состояния тринистора в прямом включении;
IV – участок обратного включения динистора.
Когда через управляющий электрод протекает отпирающий ток, возрастает скорость носителей заряда, которые инжектируются через коллекторный переход, что инициирует принудительное отпирание тринистора. После включения незапираемый тринистор не реагирует на изменение силы тока управляющего электрода. Чтобы закрыть тринистор, необходимо уменьшить силу тока, протекающего по аноду и катоду, ниже тока удержания, либо поменять полярность напряжения, приложенного между анодом и катодом. Если управляющий электрод тринистора обесточен, то тринистор функционирует совершенно так же, как динистор. В незапираемых тринисторах управляющий электрод занимает небольшой участок кристалла полупроводника, ориентировочно в несколько процентов.
Основные параметры тринисторов и их примерное значение:
1.Обратное напряжение 
– напряжение, при котором тринистор может работать длительное время без нарушения его работоспособности (единицы – тысячи вольт).
2.Ток удержания 
– минимальный прямой ток, проходящий через тринистор при разомкнутой цепи управления, при котором тиристор еще находится в открытом состоянии.
3.Обратный ток 
(доли миллиампер).
44. Фотоэлектрические полупроводниковые приборы, принцип работы, параметры и характеристики. Фотоэлектрическими называют электронные приборы, преобразующие энергию излучения в электрическую энергию. Такие приборы могут строиться на фотоэффекте как в вакууме или газе, так и в полупроводнике. Наибольшее распространение получили фотоэлектрические приборы, принцип действия которых основан на внутреннем фотоэффекте. Суть его заключается в увеличении концентрации свободных носителей заряда под действием внешнего света, а следовательно, и проводимости полупроводниковых материалов..Внутренний фотоэф может быть реализован в различных типах полупроводниковых приборов:
Графич.обознач.фоторезистора
При облучении фоторезистора возрастает его проводимость, и соответственно возрастает ток. Выходное напряжение, пропорциональное потоку излучения, снимается с сопротивления нагрузки 
. (рис 1)
Рис. 1 Схема включения фоторезистора
Основными характеристиками фоторезистора являются:
1. Вольт-амперные характеристики 
.
Это зависимости тока в фоторезисторе от напряжения источника питания 
при постоянном потоке излучения 
. Эти характеристики практически линейны (рис. 2). При 
через фоторезистор протекает маленький темновой ток; при освещении ток возрастает за счёт увеличения фотопроводимости.
2. Световая характеристика 
.
Это зависимость фототока от потока излучения при постоянном напряжении источника. Существенная нелинейность этих характеристик (рис. 3) объясняется не только увеличением количества носителей с увеличением потока излучения , но и процесса их рекомбинации.
Рис. 3. Световая характеристика фоторезистора
3. Спектральная характеристика 
, где 
– длина волны электромагнитного излучения.
Эта характеристика обусловлена материалом и технологией изготовления фотослоя.
Рис. 4 Относительные спектральные характеристики фоторезисторов
Основными параметрами фоторезисторов являются:
Значительная зависимость сопротивления фоторезистора от температуры, характерная для полупроводников, является их недостатком. Собственные шумы их довольно значительны.
Фотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический прибор, содержащий p-n-переход, и использующий явление внутреннего фотоэффекта
Фотодиод можно использовать в двух различных включениях: фотодиодном и фотогальваническом.
Фотогальваническое включение (рис. 4) предполагает использование фотодиода как источника фотоЭДС, поэтому в настоящее время его называют полупроводниковый фотоэлемент.
Рис. 4. Фотогальваническое включение
Рассмотрим процесс возникновения фотоЭДС в фотодиоде (рис. 5). В отсутствие освещения фотодиода концентрация носителей в его обеих областях будет равновесной, а следовательно никакой разности потенциалов между областями не будет. Если осветить полупроводник лучами света, то в результате поглощения энергии фотонов будут образовываться пары «электрон – дырка». Дырки в области p являются основными носителями, поэтому поле 
p-n-перехода будет их отталкивать от границы раздела, а вот образовавшиеся свободные электроны, являясь в области p неосновными носителями, будут переброшены полем через границу раздела в область n, где они являются основными. Аналогично, в области n из образовавшихся носителей «электрон – дырка» только дырки, являясь неосновными носителями, будут переброшены через границу раздела в область p, а образовавшиеся свободные электроны только пополнят количество основных носителей в области n, увеличив их концентрацию.
Рис. 5. Процесс генерации свободных носителей заряда
Таким образом, за счёт поглощённой световой энергии в полупроводнике образуются пары носителей; неосновные носители перебрасываются в соседнюю область электрическим полем p-n-перехода, а основные носители остаются в своей области; концентрация носителей возрастает и становится сверхравновесной, т. е. суммарный электрический заряд основных носителей в обеих областях полупроводника уже не уравновешивается противоположным зарядом ионов примеси, и следовательно в области p появляется суммарный положительный заряд, а в области n – суммарный отрицательный заряд, которые обусловят возникновение разности потенциалов между областью p и областью n. Эту разность потенциалов называют фотоЭДС. Если теперь создать внешнюю электрическую цепь между областями p и n, то по ней потечёт электрический ток – фототок под действием возникшей фотоЭДС.
1. Вольтамперная характеристика 
. Это зависимость фототока 
от напряжения на фотодиоде при неизменном световом потоке.
Вольтамперная характеристика описывается следующим уравнением:
 , | (6.4) |
где 
– напряжение между анодом и катодом фотодиода. В случае фотогальванического включения это – напряжение на нагрузке; 
– световой ток – суммарный поток носителей электрического заряда, образовавшихся вследствие внутреннего фотоэффекта и разделённых полем p-n-перехода; 
– ток нагрузки (в случае фотогальванического включения); 
– темновой ток – суммарный поток носителей электрических зарядов, пересекающих границу раздела при отсутствии освещения; 
– постоянная Больцмана,; 
– заряд электрона, ; 
– абсолютная температура.
Рис. 6. Вольт-амперная характеристика фотодиода
Точки пересечения характеристики с осями координат представляют собой напряжение холостого хода 
(или фотоЭДС) на оси абсцисс и ток короткого замыкания 
на оси ординат.
Участок характеристики за точкой представляет собой режим, когда фотодиод работает с внешним источником ЭДС, включенным встречно по отношению к фотодиоду.
Участок за точкой характеризует работу фотодиода с внешним источником ЭДС, включенным согласно по отношению к фотодиоду. Это и есть фотодиодное включение, которое будет рассматриваться ниже.
2. Световая характеристика фотодиода 
или 
представлена на рис. 7.
По оси ординат, где откладывается световой ток, характеристики, смещаются равномерно при изменении светового потока. По оси абсцисс, где откладывается 
, эти характеристики смещаются не линейно, а в соответствии с кривой 
.
Рис. 7. Световая характеристика
3. Спектральная характеристика. Это – зависимость 
, где 
– относительная мощность фотодиода; – длина волны электромагнитного излучения.
Зависимость 1 представляет собой относительную мощность солнечного излучения. Другие две зависимости показывают относительную мощность фотодиодов, выполненных на основе кремния и германия.
Рис. 8. Спектральные характеристики
Фотодиодное включение представлено на рис. 9.
Рис. 9. Схема фотодиодного включения
В данном случае фотодиод работает с внешним источником 
, который по отношению к затенённому фотодиоду включен в обратном, запирающем направлении, и следовательно, при отсутствии освещения ток в цепи практически отсутствует. При освещении фотодиода появляется фотоЭДС 
, которая по отношению к источнику 
включена последовательно и согласно и в цепи нагрузки появляется ток, пропорциональный световому потоку .
Рис. 10. Вольтамперная характеристика фотодиодного включения
Основными параметрами фотодиодов являются:
1. Чувствительность 
;
2. Рабочее напряжение 
;
3. Динамическое сопротивление 
.
Иногда фототранзистор имеет только два вывода: эмиттерный и коллекторный.
Принцип действия: в затемнённом состоянии и отсутствии входного сигнала на базе транзистор закрыт и в его коллекторной цепи протекает небольшой обратный ток коллекторного перехода. При освещении базовой области лучами света там происходит возникновение пар «электрон – дырка». Неосновные носители (дырки) подхватываются полем коллекторного перехода и перебрасываются в область коллектора, а в базе остаётся нескомпенсированный заряд электронов – основных носителей – который приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного перехода. Это приведёт к увеличению коллекторного тока. Здесь вместо входного электрического сигнала был использован световой сигнал. Коллекторный ток 
, где 
– коэффициент передачи транзистора по току; 
– фототок, возникший в базовой области под действием светового входного сигнала. Таким образом, чувствительность фототранзистора в раз больше чувствительности фотодиода.
Рис. 11. Включение фототранзистора по схеме с общим эмиттером
Рис. 12. Вольт-амперные характеристики фототранзистора
Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик
Для управления электрическими схемами необходимы мощные элементы коммутации. Эти элементы должны отключать участки схем, включать их, производить переключения. Часто в качестве коммутационных устройств используют тиристоры.
Для чего нужен тиристор, его устройство и принцип работы
Тиристором называется полупроводниковый прибор, имеющий два состояния:
Состоит этот полупроводниковый прибор из 4 слоев (областей) полупроводника (в большинстве случаев – кремния) с различной проводимостью и имеет структуру p-n-p-n.
Такой тиристор называется динистором (диодный тиристор). Подобно диоду он имеет два вывода и отпирается напряжением определенного уровня, приложенным в прямом направлении к аноду и катоду.
Более распространен триодный тиристор – тринистор. Он имеет ту же структуру, но с дополнительным выводом – управляющим электродом (УЭ). Все операции с тринистором производятся посредством УЭ.
Также существуют тиристоры с двумя управляющими электродами, но они получили меньшее распространение.
Вольт-амперная характеристика
Принцип действия тиристора наглядно демонстрирует его ВАХ. Она, как и характеристика обычного диода, расположена в I и III квадрантах и состоит из положительной и отрицательной ветвей. Отрицательная ветвь также подобна диодной и содержит участок, при котором прибор заперт — от нуля до Uпробоя. При достижении порогового напряжения происходит лавинный пробой.
Положительная ветвь требует внимательного рассмотрения. Если приложить к тиристору прямое напряжение и начать его увеличивать, то ток будет расти медленно – сопротивление закрытого полупроводникового прибора высоко. Это красный участок графика. При достижении определенного уровня тиристор скачкообразно открывается, его сопротивление уменьшается, падение напряжения также уменьшается, ток растет – синий участок. Этот участок характеризуются отрицательным сопротивлением, но прибор ведет себя здесь неустойчиво, с выраженной тенденцией перехода в открытое состояние.
Далее тиристор выходит в режим обычного диода – зеленая ветвь графика. Так работает диодный тиристор, а способность открываться при достижении определенного уровня называется динисторным эффектом.
Этот свойство также присуще трехэлектродному тиристору, но он используется в таком режиме крайне редко. Более того, при разработке схем этой зоны ВАХ избегают. У тринистора есть управляющий электрод, и включение практически всегда производится с его помощью. Если подать на УЭ ток, то тиристор откроется раньше достижения порогового напряжения (красный пунктир на ВАХ). Чем больше ток, тем раньше отпирание. Если ток достигнет определенного уровня (Iуэ>0), то тиристор откроется при любом напряжении анод-катод и будет вести себя подобно обычному диоду, пока не создадутся условия для выключения.
Важно! Включить тринистор подачей тока на УЭ возможно только при приложенном прямом напряжении между катодом и анодом.
Выключить тиристор (диодный или триодный) сложнее. Для этого требуется, чтобы ток через прибор снизился до определенного уровня (почти до нуля). В цепях переменного тока тиристор может быть переведен в закрытое состояние после снятия управляющего воздействия естественным путем – при ближайшем переходе напряжения через ноль. На самом деле, запирание происходит раньше — когда при снижении напряжения ток снизится до порогового значения. Это зависит от величины нагрузки. В цепях постоянного тока приходится принимать более сложные решения. Например, запирать тиристор можно с помощью конденсатора, заряженного напряжением обратной полярности. При включении коммутационного устройства, он разряжается навстречу прямому току и компенсирует его до нуля.
Также существуют другие способы создания встречного тока, но их устройство еще сложнее. Например, использование колебательных контуров и т.п. Все это усложняет использование тринисторов и динисторов, поэтому относительно недавно были созданы управляемые тиристоры (их также называют двухоперационными). Их отличие в том, что отпирание и запирание осуществляется посредством воздействия на управляющий электрод. Это резко расширяет возможности применения данных полупроводниковых приборов.
Основные характеристики тиристоров
Так как тиристоры в открытом состоянии ведут себя подобно диодам, часть технических характеристик аналогична обычным приборам с p-n переходом:
Но имеются и специфические параметры:
Превышение двух последних параметром могут вызвать ложные срабатывания приборов. Также для тиристоров характерны и другие параметры, определяющие, например, частотные свойства устройства. Найти их можно в соответствующих справочниках.
Виды тиристоров, их отличия и схемы подключения
На основе двух рассмотренных типов производятся ещё несколько разновидностей тиристоров. Каждый из них имеет свою сферу использования.
Динисторы
Динистор включается в схему подобно обычному диоду последовательно с нагрузкой. Питание может быть постоянным или переменным.
В цепи переменного напряжения также работают симметричные динисторы (двунаправленные динисторы, диаки), представляющие собой два обычных прибора, включенных встречно. Они открываются от любой полуволны синусоидального напряжения. Вольт-амперная характеристика диака симметрична – обратная ветвь также расположена в III квадранте и зеркально повторяет прямую.
Тринисторы
Самый распространенный тип в данной категории полупроводниковых приборов. В профессиональной среде триодные тиристоры называют просто тиристорами, хотя принципиально это неверно. Включается в схему тринистор также подобно обычному диоду (в цепь постоянного или переменного напряжения). Отпирание происходит при подаче на УЭ положительного напряжения (совпадающего по знаку с напряжением анода при прямом включении). У двухоперационных приборов запирание осуществляется подачей на УЭ тока противоположного направления.
Симисторы
Наряду с симметричными динисторами, существуют и симметричные тринисторы (симисторы, триаки). Они представляют собой два тринистора с общим управлением, включенные встречно-параллельно и размещенные в одном корпусе. При необходимости триак можно заменить двумя отдельными приборами, подключив их по соответствующей схеме.
ВАХ симистора также симметрична относительно нуля.
Оптотиристоры
Существуют приборы, схожие по строению и принципу действия с обычными тиристорами, но отпирание которых происходит посредством света, падающего на открытую тиристорную структуру. Если в одном корпусе объединить такой ключ и светодиод, управляемый внешним источником сигнала, то получится устройство, называемое оптотиристором (тиристорным оптроном).
Оптотиристор имеет четыре вывода. Его силовой элемент включается последовательно с нагрузкой, на выводы светодиода подается управляющий сигнал.
Где применяются тиристоры
Каждый полупроводниковый прибор предназначен для решения определенных задач:
К минусам такого применения можно отнести проблему с высоким выделением тепла под нагрузкой.
Тиристоры помогают решить задачи бесконтактной коммутации нагрузок или участков схем. Успех принесет умелое использование преимуществ электронных приборов и обход имеющихся недостатков.
Что такое симистор и как с его помощью управлять нагрузкой
Принцип работы и основные характеристики стабилитрона
Что такое полупроводниковый диод, виды диодов и график вольт-амперной характеристики
Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения
Для чего нужен диммер, что это такое, схема подключения диммера и принцип его работы
Что такое контактор: назначение, принцип работы, виды, схемы подключения