Динистор – разновидность неуправляемого тиристора, который имеет структуру их четырех слоев. Ими являются p-n-p-n-структуру. Изготавливаются эти радиодетали обычно из кремния, либо из материлов на его основе. Анод связывается с положительным (плюсовым) контактом питания и является областью перехода типа р. Катод имеет область перехода n. Самые крайние части динистора являются эмиттерами, а средние – его базой.
В статье будет разобраны все особенности устройства динистора, а также где они используются. В качестве дополнения, данный материал содержит несколько интересных роликов на данную тему и одну скачиваемую статью.
Как работает динистор
Динисторы, это подкласс двухвыводных тиристоров (без управляющего вывода). Динисторы можно разделить по типу вольтамперной характеристики на симметричные и несимметричные. Динистор с несимметричной ВАХ имеет катод и анод, работает только при положительном смещении. При обратном смещении прибор может выйти из строя. Когда напряжение на выводах динистора достигает значения напряжения переключения Uпер, динистор триггерно переходит из закрытого в открытое состояние, и начинает проводить ток от минимального значения тока удержания Iуд, до максимально допустимого значения. При уменьшении значения тока ниже тока удержания динистор переходит в закрытое состояние.
Динистор – это двунаправленный триггерный неуправляемый диод, аналогичный по устройству тиристору небольшой мощности. В его конструкции отсутствует управляющий электрод. Он обладает низкой величиной напряжения лавинного пробоя, до 30 В.
Принципиально это два однополярных динистора включенных встречно параллельно. У симметричных динисторов нельзя выразить катод и анод, поскольку принципиально оба вывода равнозначны. Виды популярных моделей динисторов приведены в таблице.
ВАХ симметричного динистора отражает две рабочие области, симметричные относительно нуля. Такой динистор можно использовать в цепях переменного напряжения. На ВАХ имеются обозначения величин со знаком минус, это подчёркивает значение величин при токе противоположного направления. Uпер и -Uпер – напряжения переключения динистора; Iпер, -Iпер, Iуд и -Iуд – токи переключения и удержания соответственно.
Устройства, их аналоги и тиристоры
Наряду с приборами, предназначенными для линейного усиления сигналов, в электронике, в вычислительной технике и особенно в автоматике широкое применение находят приборы с падающим участком вольт-амперной характеристики. Эти приборы чаще всего выполняют функции электронного ключа и имеют два состояния: закрытое, характеризующееся высоким сопротивлением; и открытое, характеризующееся минимальным сопротивлением.
Динистор
В результате переходы Πι и П3 окажутся в прямом направлении, а переход П2 — в обратном. В результате получится, что в одном приборе как бы сочетаются два транзистора. Наличие отрицательного участка на характеристике динистора обусловлено той же причиной, что и у лавинного транзистора: у обоих приборов на этом участке задан постоянный ток базы, причем у динистора он равен нулю.
Предпочтением пользуются кремниевые динисторы, так как у них коэффициент инжекции при малых токах близок к нулю и с ростом тока увеличивается весьма медленно. Еще одним преимуществом кремниевого прибора является малая величина тока в запертом состоянии. Вместе с тем кремниевые переходы характеризуются большой величиной падения прямого напряжения на переходе и большим сопротивлением слоев. Это ухудшает параметры динистора в открытом состоянии.
Аналог динистора
Если в устройстве нет возможности установить требуемый динис- тор, можно пойти по другому пути и собрать схему. В данном случае роль основного проводящего элемента играет тринистор VS1 (КУ221), электрические параметры которого определяют характеристики аналога динистора. Момент открывания зависит от стабисто- ра VD1, а обратный ток — от диода VD2. Такой аналог может быть использован в радиолюбительских разработках различной сложности и стать настоящей палочкой-выручалочкой при отсутствии нужного динистора. Данный узел имеет следующие электрические характеристики: напряжение до 120 В и ток до 0.8 А. Эти характеристики будет иными, если в схеме будут использованы другие элементы, например тиристор КУ202Л. Такая схема включения элементов является универсальной.
В практике радиолюбителя возможны случаи, когда требуется замена популярного динистора КН102Ж (или с другим буквенным индексом). Так, при необходимости использовать аналог в электрических цепях с большим напряжением, например в цепи осветительной сети 220 В, сопротивление резистора Ri увеличивают до 1 кОм, ста- бистор заменяют на КС620А. Если в запасе не окажется нужного три- нистора (типа КУ201, КУ202, КУ221 и аналогичных по электрическим характеристикам), его заменяют тиристором КУ101Д. Кроме того, если под рукой не окажется динистора КН102Ж, его можно заменить последовательной цепью динисторов серии КН102 (или аналогичных) с меньшим напряжением включения. Динистор КН102Ж открывается при напряжении 130…150В. Это следует учитывать при замене аналоговой схемой или цепочкой динисторов.
Вообще, одной из причин популярности динисторов, используемых в электронных узлах с большим напряжением, является конкурентоспособность этого прибора по сравнению со стабилитроном: найти стабилитроны на высокое напряжение не просто, да и стоимость такого прибора достаточно высока. Кроме того, падение напряжения на динисторе во включенном состоянии невелико, а рассеиваемая мощность (и рост температуры) значительно меньше, чем при установке стабилитрона.
Электронные устройства с динисторами (многие из этих устройств являются источниками питания и преобразователями напряжения) имеют такие преимущества; как малая рассеиваемая мощность и высокая стабильность выходного напряжения. Одним из недостатков является ограниченный выбор выходных напряжений, обусловленный напряжением включения (открывания) динисторов. Устранение этого недостатка — задача разработчиков и производителей современной элементной базы динисторов.
Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.
Тиристор
Снабдим одну из баз динистора, например щ, внешним выводом и используем этот третий электрод для задания дополнительного тока через переход р\-щ. Для реальных четырехслойных структур характерна различная толщина баз. В качестве управляющей используется база, у которой коэффициент передачи оц близок к единице. В этом случае прибор будет обладать свойствами тиратрона. Для такого прибора, или тиристора, используется та же терминология, что и для обычного транзистора: выходной ток называется коллекторным, а управляющий — базовым. Эмиттером считается слой, примыкающий к базе, хотя с физической точки зрения эмиттером является и второй внешний слой, в данном случае — п2.
[stextbox id=’info’]При увеличении управляющего тока Iq напряжение прямого переключения уменьшается, отчасти возрастает ток прямого переключения и уменьшается ток обратного переключения. В результате отдельные кривые с ростом тока 1(, как бы «вписываются» друг в друга вплоть до полного исчезновения отрицательного участка (такую кривую называют спрямленной характеристикой). [/stextbox]
Мощные тиристоры используются в качестве контакторов, коммутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением. Время переключения у тиристоров значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов (с токами в десятки ампер и больше) время прямого переключения составляет около 1 мкс, а время обратного переключения не превышает 10…20 мкс.
Наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место задержки фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса. Наряду с мощными тиристорами разрабатываются и маломощные высокочастотные варианты. В таких приборах время прямого переключения составляет десятки, а время обратного переключения — сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечивается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в толстой базе. Маломощные быстродействующие тиристоры используются в различных спусковых и релаксационных схемах.
Динистор: вах , основные соотношения для токов
Динистор – это неуправляемый тиристор, имеющий четырехслойную p-n-p-n-структуру, изготовленную на основе кремния.При приложении напряжения переходы П1 и П3 в прямом, а П2 в обратном смещении, поэтому все напряжение припадет к П2. 1 – если увеличивать напряжение, то в области p1 и p2 будут инжектироваться заряды, эти носители приближаются к переходу П2 и, перебрасываясь через него, образуют ток I0, при малом напряжении это напряжение почти полностью поглощается на П2.
- 2 – Ток через П2 увеличивается, но сопротивление уменьшается значительно сильнее, поэтому напряжение П2 уменьшается;
- 3 – При открытии всех переходов ток возрастает и ограничивается внешним сопротивлением;
- Alpha1 и alpha2 – коэф передачи тока соответствующих переходов.
Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).
Основная схема тиристорной структуры представлена на рис. 1. Она представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n прибор может иметь два управляющих электрода (базы), присоединённых к внутренним слоям. Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором (или динистором). Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (или просто тиристором).
Режим обратного запирания
Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:
– Лавинный пробой.
– Прокол обеднённой области.
В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом. В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).
Интересно почитать: инструкция как прозвонить транзистор.
Режим прямого запирания
При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ.
В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения VBF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.
Режим прямой проводимости
Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p+-i-n+)-диод.
Заключение
Подробнее о работе динисторов можно узнать из статьи Динисторы и его аналоги. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.
Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки статьи:
www.studfile.net
www.volt-info.ru
www.instrument16.ru
www.electrik.info
www.nauchebe.net
Предыдущая
