Динистор – описание, принцип работы, свойства, характеристики

Что из себя представляет и где используется динистор?
Структура, вольт-амперные и электрические характеристики од­нополярных динисторов и симметричных (двухполярных) диаков

Динистор – довольно редкий зверь в наших краях. Использется в основном для создания импульсов отпирания тиристора в регуляторах мощности или схемах импульсных генераторов.

По своей сути динистор является двухвыводным полупроводниковым прибором, функционирующим подобно тиристору, но без участия управляющего электрода.
Включение в проводящее состояние у динистора происходит при превышении прямого напряжения на приборе свыше уровня напряжения отпирания, выключение – при уменьшении анодного тока до критической величины.

На этом основании определение динистора может выглядеть следующим образом:
Динистор – это двухэлектродный ключевой полупроводниковый элемент, открытие которого происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, а закрытие – снижением до определённого уровня тока через него.

Вольт-амперная характеристика однополярного (несимметричного) динистора, имеет несимметричную форму относительно подаваемого напряжения (Рис.1).
Однако существует класс динисторов с симметричной S-образной ВАХ. Такие приборы называются симметричными динисторами или диаками.



Рис.1 ВАХ несимметричного динистора и симметричного диака

Топологические структуры несимметричного динистора и симметричного диака, а также их изображения на принципиальных схемах приведены на Рис.2.

Рис.2 Структуры несимметричного динистора и симметричного диака

Однополярный (несимметричный) динистор работает только при положительном смещении. При обратном смещении, превышающем значение Uобр max, прибор может выйти из строя.
Для снятия его вольт-амперной характеристики понадобится источник регулируе­мого напряжения от нескольких вольт до некоторого значения, превышающего напряжение открывания Uвкл полупроводника, амперметр и эквивалент нагрузки (Рис.3).

Рис.3 Стенд для снятия ВАХ несимметричного динистора

Установим на источнике питания самый низкий уровень напряжения и начнём его постепенно повышать.
Участок 1 на ВАХ: динистор закрыт, ток через нагрузку равен току утечки динистора (десятки микроампер), напряжение на R_н ≈ 0.
При дальнейшем увеличении напряжения ничего не меняется до тех пор, пока не будет достигнут порог включения динистора U_вкл. В этот момент динистор резко (триггерно) открывается (участок 2), и дальнейшая величина тока через нагрузку зависит от входного напряжения, номинала сопротивления R_н и сопротивления открытого динистора (участок 3). Напряжение на нагрузке U_н равно напряжению источника питания минус напряжение падения на открытом динисторе (около 5 В). При этом I_н = U_н/R_н = (U_пит – U_пад)/R_н.

Как теперь закрыть динистор?
Начинаем уменьшать напряжение источника питания... Ток нагрузки по прежнему равен I_н = (U_пит – U_пад)/R_н.
В определённый момент времени, когда ток через динистор уменьшится ниже величины, называемой током удержания (I_уд), динистор мгновенно закроется и ток нагрузки упадёт до «0».

Симметричные (двухполярные) динисторы работают точно таким же образом, как и однополярные, только всё вышесказанное верно не только для положительных напряжений, но и для отрицательных. Проверяется незамысловатым изменением полярности подключённого источника питания.

Для наглядной иллюстрации изложенного материала, давайте рассмотрим работу динисторного генератора пилообразного напряжения.

Рис.4 Схема генератора на несимметричном динисторе

Вот как описывает работу приведённого генератора автор издания «Практическая электроника от транзистора до кибернетической системы» Р. В. Майер.
«Нами использовались динистор типа КН102А (открывается при 11 В), резистор на 2 – 5 кОм, конденсатор ёмкостью 1 – 10 мкФ; напряжение питания 20 – 100 В. При включении динистор закрыт, конденсатор C1 медленно заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе растёт до напряжения открывания динистора (Рис.4.2). Когда динистор открывается, его сопротивление резко падает, и конденсатор быстро разряжается через него. При уменьшении анодного напряжения до напряжения закрывания динистор закрывается, после чего все повторяется снова.
Время заряда τ = RC, поэтому при увеличении R и C период колебаний растёт, частота импульсов уменьшается. С ростом напряжения питания конденсатор заряжается быстрее, частота генерируемых импульсов увеличивается».

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:
— Напряжение открывания (включения), Uвкл;
— Минимальный ток удержания, Iуд;
— Максимально допустимый прямой ток, Iпр;
— Ток утечки в закрытом состоянии, Iут;
— Максимально допустимое обратное напряжение, Uобр max;
— Падение напряжения на открытом динисторе, Uпр;
— Скорость нарастания напряжения при переключении, dUзакр/dt,
     либо время нарастания напряжения, tr.

Электрические характеристики распространённых однополярных динисторов КН102, а также симметричных (двухполярных) диаков DB3...D34 сведём в итоговую таблицу.

Тип	Uвкл   (В)	Iуд   (мА)	Iпр.max   (А)  (пост/имп)	Iут   (мкА)	Uобр.max    (В)	Uпр    (В)	dUзакр/dt     (В/мкс),   либо tr   (мкс)
КН102А	20	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	0,3 В/мкс
КН102Б	28	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	0,5 В/мкс
КН102В	40	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	0,7 В/мкс
КН102Г	56	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	0,9 В/мкс
КН102Д	80	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	1,3 В/мкс
КН102Ж	120	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	2,0 В/мкс
КН102И	150	0,1-15	0,2 / 2	80-150	10	1,5	3,3 В/мкс
DB3	28-36	0,1	0,3 / 2	10	—	—	1,5 мкс
DB4	35-45	0,1	0,3 / 2	10	—	—	1,5 мкс
DB6	56-70	0,1	0,3 / 2	10	—	—	1,5 мкс
DС34	30-38	0,05	0,3 / 2	10	—	—	1,5 мкс