Популярные отечественные и зарубежные тиристоры
Справочные данные, простейшие схемы тиристорных регуляторов
Тиристор – это довольно архаичный полупроводниковый прибор, ранее широко применявшийся в качестве силового ключа для
управления мощной нагрузкой.
И хотя в настоящее время данный элемент уступает свои позиции симисторам (в цепях переменного тока) и силовым транзисторным ключам
(в цепях постоянного тока), кривая совокупного
радиолюбительского интереса к устройствам, выполненным на тиристорах, всё ещё находится на достаточно высоком уровне.
Приобщимся к процессу получения знаний, касающихся характеристик, принципов работы, а также способов управления тиристорами, и мы.
Итак,
тиристор – это трёхвыводной полупроводниковый прибор, с тремя (иногда четырьмя) p-n-переходами и имеющий два устойчивых
состояния:
– состояние низкой проводимости (закрытое состояние);
– состояние высокой проводимости (открытое состояние).
Рис.1 Эквивалентная модель тиристора
На Рис.1 показано устройство тиристора и двухтранзисторная эквивалентная модель, позволяющая пояснить работу прибора в режиме прямого
запирания.
Добавим для кучи вольт-амперную характеристику тиристора и схему, реализующую самый простой способ управления тиристорами –
подачу на управляющий электрод прибора постоянного тока с величиной, необходимой для его включения (Рис.2).
Рис.2 ВАХ тиристора и простая схема управления
1. Для начала рассмотрим случай, когда управляющий электрод тиристора отключен (S1 на схеме разомкнут, Iу на ВАХ равен 0).
Тока через нагрузку нет (участок III на ВАХ), тиристор закрыт, и для того, чтобы его открыть, необходимо поднять напряжение на аноде
тиристора настолько, чтобы возник лавинный пробой p-n-переходов полупроводника.
Оговоримся – зафиксировать нам этот процесс не удастся, потому что величина этого напряжения составляет несколько сотен вольт и,
как правило, превышает амплитудное значение напряжения сети.
Тем не менее – при достижении этого уровня напряжения (точка II на ВАХ) тиристор отпирается, падение напряжения между анодом и катодом
падает до единиц вольт, нагрузка подключается к сети – наступает рабочий режим открытого тиристора (участок I на ВАХ).
Чтобы закрыть тиристор нужно снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде) ниже тока удержания.
Причём данное анодное напряжение должно быть многократно ниже отпирающего напряжения.
2. Для того, чтобы снизить величину напряжения включения тиристора, следует замкнуть S1 и, тем самым, подать на управляющий электрод
ток, задаваемый значением переменного резистора R1. Чем больше ток Iу, тем при меньшем анодном напряжении происходит переключение тиристора
в проводящее состояние.
А при какой-то величине тока управляющего электрода, называемой током спрямления (на ВАХ не показано), горба на характеристике больше
не будет, и ВАХ тиристора станет похожа на ВАХ диода.
Абсолютно так же, как и в прошлом случае, чтобы закрыть тиристор необходимо снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде)
ниже значения тока удержания.
Обратная часть вольт-амперной характеристики (участок IV) соответствует режиму обратного запирания полупроводника и обычно не используется.
Тиристор остается закрытым, пока не наступит тепловой пробой.
Итак, определились – для открывания тиристора необходимо подать на управляющий электрод прибора постоянный ток с величиной,
необходимой для его включения, для закрывания – снизить протекающий через нагрузку ток (или напряжение на аноде) ниже значения тока
удержания.
Т. е. в нашем случае, представленном на Рис.2 – тиристор будет открываться при замыкании S1 в каждый момент превышения
анодным напряжением некоторого значения, зависящего от номинала R1, а
закрываться с каждым полупериодом выпрямленного сетевого напряжения в момент приближения его уровня к нулевому значению.
Описанный способ управления тиристором посредством подачи на управляющий электрод постоянного тока прост, но обладает существенным
недостатком – требуется довольно большой ток (а соответственно и мощность) управляющего сигнала (по паспорту – 200мА для КУ202).
Реальные величины тока управляющего электрода, достаточного для включения тиристора при комнатных температурах, обычно в несколько
раз меньше цифр, приведенных в паспортных характеристиках (так для КУ202 – около 40мА ).
Однако в большинстве случаев для управления тиристорами используется всё ж таки импульсный метод, либо метод, при котором открытый тиристор
шунтирует цепь управления, не допуская бесполезного рассеивания мощности на ее элементах.
Рассмотрим подобный метод на примерах.
На Рис.3 представлена простейшая классическая тиристорная схема регулятора мощности.
Рис.3 Простейшая тиристорная схема регулятора мощности
Диодный мост Br1 преобразует двуполярное сетевое напряжение в однополярное удвоенной частоты, что позволяет регулировать напряжение
на нагрузке в течение обоих полупериодов напряжения сети.
В качестве управляющего напряжения здесь используется часть анодного напряжения тиристора, поступающая через резисторы
R1 и R2 на управляющий электрод полупроводника. Резистором R2 изменяют момент открывания тиристора VS1 и, следовательно, среднее
значение напряжения на нагрузке.
Чем меньше будет значение R2, тем больше будет ток, поступающий на управляющий электрод, тем раньше откроется тиристор.
При R2=0 – мощность в нагрузке максимальна (верхняя диаграмма).
При повороте ручки потенциометра R2, его сопротивление увеличивается, ток на управляющем электроде уменьшается, поэтому тиристор
откроется уже не в начале полуволны, а спустя некоторое время, когда ток достигнет необходимого уровня.
Помимо этого, при увеличении сопротивления R2, управляющий сигнал получает дополнительную задержку, благодаря действию фазосдвигающей
RC-цепочки, образованной R1, R2 и С1, что, в свою очередь, позволяет ещё больше расширить диапазон регулировки мощности.
Если нагрузка такова, что её необходимо запитать двуполярным переменным напряжением, схему можно преобразовать без какого-либо
увеличения сложности.
Рис.4 Тиристорная схема регулятора мощности
Всё тоже самое, только нагрузка с другой стороны.
Как мы уже упоминали, рассматриваемые устройства являются простейшими и не лишены определённых недостатков.
Их основными минусами являются слабая помехозащищённость, сильная зависимость напряжения на нагрузке от температуры и необходимость
индивидуального подбора
резисторов для каждого экземпляра тиристора. К тому же, в связи с низким входным сопротивлением тиристора по управляющему входу,
работа фазосдвигающей RC-цепи оказывается весьма неэффективной, что, в свою очередь, обуславливает недостаточно широкий диапазон
регулировки мощности.
Значительно лучшим образом работают схемы, в которых формирование импульсов управления происходит посредством отдельных схем,
выполненных на транзисторах, цифровых либо специализированных микросхемах. Однако, поскольку, всё имеет свои плюсы и минусы, то
расплачиваться за усовершенствования приходится усложнением конструкции и необходимостью применения отдельного источника питания.
Поскольку в цепях постоянного тока тиристоры давно и без сожаления уступили место мощным транзисторам, специально спроектированным
для работы в ключевых режимах, то и рассматривать их в данном контексте не имеет никакого основания.
А вот основные характеристики отечественных и зарубежных тиристоров окажутся совсем не лишними в копилке знаний
пытливого радиолюбительского ума.
Тиристоры, максимальное прямое напряжение которых не дотягивает до амплитудного значения напряжения сети (300В) к рассмотрению
также принимать не станем.
| Тип |
U пр. макс,
В |
U обр. макс,
В |
Iпр max,
А |
Uпад откр,
В |
Iу отп,
мА |
Uу отп,
В |
| КУ108В, Ж |
1000 |
500 |
150 (имп) |
<4 |
- |
<25 |
| КУ108М,Н,С |
800 |
400 |
150 (имп) |
<4 |
- |
<25 |
| КУ108Ф, Ц |
800 |
300 |
150 (имп) |
<4 |
- |
<25 |
| КУ109А, В |
700 |
50 |
1 |
<3,5 |
<100 |
<3 |
| КУ109Б |
750 |
50 |
1 |
<3,5 |
<100 |
<3 |
| КУ109Г |
600 |
50 |
1 |
<3,5 |
<100 |
<3 |
| КУ110А |
300 |
10 |
0,3 |
<1,9 |
<0,3 |
0,3...0,6 |
| КУ111А |
400 |
100 |
0,3 |
<5 |
<100 |
- |
| КУ113В |
300 |
100 |
0,3 |
<4 |
- |
<7 |
| КУ201К, Л |
300 |
300 |
2 |
<2 |
<100 |
<6 |
| КУ202К |
300 |
- |
10 |
<1,5 |
<200 |
<7 |
| КУ202Л |
300 |
300 |
10 |
<1,5 |
<200 |
<7 |
| КУ202М |
400 |
- |
10 |
<1,5 |
<200 |
<7 |
| КУ202Н |
400 |
400 |
10 |
<1,5 |
<200 |
<7 |
| КУ208Г |
400 |
400 |
5 |
<2 |
<160 |
<5 |
| КУ210А |
600 |
600 |
20 |
<2 |
<160 |
- |
| КУ210Б |
500 |
500 |
20 |
<2 |
<160 |
- |
| КУ210В |
400 |
400 |
20 |
<2 |
<160 |
- |
КУ211А, Б |
800 |
800 |
10 |
<2 |
<160 |
<12 |
КУ211В, Г |
700 |
700 |
10 |
<2 |
<160 |
<12 |
КУ211Д, Е |
600 |
600 |
10 |
<2 |
<160 |
<12 |
КУ211Ж, И |
500 |
500 |
10 |
<2 |
<160 |
<12 |
КУ215А |
1000 |
1000 |
5 |
<3 |
<160 |
- |
КУ215Б |
800 |
800 |
5 |
<3 |
<160 |
- |
КУ215В |
600 |
600 |
5 |
<3 |
<160 |
- |
КУ218А |
2000 |
2000 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218Б |
1000 |
2000 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218В |
1800 |
1800 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218Г |
900 |
1800 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218Д |
1600 |
1600 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218Е |
800 |
1600 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218Ж |
1400 |
1400 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ218И |
700 |
1400 |
20 |
<3,5 |
- |
<7 |
КУ219А |
1200 |
1200 |
20 |
<2 |
<150 |
- |
КУ219Б |
1000 |
1000 |
20 |
<2 |
<150 |
- |
КУ219В |
800 |
800 |
20 |
<2 |
<150 |
- |
КУ220А-В |
1000 |
1000 |
4 |
<1,5 |
- |
- |
КУ220Г, Д |
800 |
800 |
4 |
<1,5 |
- |
- |
| КУ221А, В |
700 |
50 |
3,2 |
<3,5 |
<150 |
<7 |
| КУ221Б |
750 |
50 |
3,2 |
<3,5 |
<150 |
<7 |
| КУ221Г |
600 |
50 |
3,2 |
<3,5 |
<150 |
<7 |
| КУ221Д |
500 |
50 |
3,2 |
<3,5 |
<150 |
<7 |
| КУ222А, В |
2000 |
- |
400 (имп) |
<3,5 |
- |
<50 |
| КУ222Б, Г |
1600 |
- |
400 (имп) |
<3,5 |
- |
<50 |
| КУ222Д, Е |
1200 |
- |
10 |
<3,5 |
- |
<50 |
| КУ224А |
400 |
50 |
150 (имп) |
<15 |
<100 |
<3 |
| КУ228Д |
300 |
- |
10 |
- |
- |
- |
| КУ228Е |
300 |
300 |
10 |
- |
- |
- |
| КУ228Ж |
400 |
- |
10 |
- |
- |
- |
| КУ228И |
400 |
400 |
10 |
- |
- |
- |
| КУ239А, Б |
400 |
- |
250 (имп) |
<20 |
- |
<2 |
| КУ240А-В |
400 |
- |
100 (имп) |
<2,5 |
- |
0,5...2,2 |
| Тип |
U пр. макс,
В |
U обр. макс,
В |
Iпр max,
А |
Uпад откр,
В |
Iу отп,
мА |
Uу отп,
В |
| 2N687 |
300 |
300 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N688 |
400 |
400 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N689 |
500 |
500 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N690 |
600 |
600 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N691 |
700 |
700 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N692 |
800 |
800 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N5204 |
600 |
600 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N5205 |
800 |
800 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N5206 |
1000 |
1000 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N5207 |
1200 |
1200 |
25 |
<2 |
<40 |
<2 |
| 2N6403 |
400 |
400 |
10 |
- |
<30 |
<1,5 |
| 2N6404 |
600 |
600 |
10 |
- |
<30 |
<1,5 |
| 2N6405 |
800 |
800 |
10 |
- |
<30 |
<1,5 |
| 2N6507 |
400 |
400 |
16 |
- |
<30 |
<1,5 |
| 2N6508 |
600 |
600 |
16 |
- |
<30 |
<1,5 |
| 2N6509 |
800 |
800 |
16 |
- |
<30 |
<1,5 |
| BT145-800R |
800 |
800 |
25 |
- |
<6 |
- |
| BT148-400R |
400 |
400 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT148-500R |
500 |
500 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT148-600R |
600 |
600 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT148-600R |
600 |
600 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT149D |
400 |
400 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT149G |
600 |
600 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT150-500R |
500 |
500 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT150-600R |
600 |
600 |
4 |
- |
<0,2 |
- |
| BT151-500R |
500 |
500 |
12 |
- |
<15 |
- |
| BT151-650R |
650 |
650 |
12 |
- |
<15 |
- |
| BT151-800R |
800 |
800 |
9 |
- |
<15 |
- |
| BT152-400R |
400 |
400 |
20 |
- |
<32 |
- |
| BT152-600R |
600 |
600 |
20 |
- |
<32 |
- |
| BT152-800R |
800 |
800 |
20 |
- |
<32 |
- |
| BT168E |
500 |
500 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT168G |
600 |
600 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT169D |
400 |
400 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT169G |
600 |
600 |
0,8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT258-500R |
500 |
500 |
8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT258-600R |
600 |
600 |
8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT258-800R |
800 |
800 |
8 |
- |
<0,2 |
- |
| BT300S-600R |
600 |
600 |
8 |
- |
<15 |
- |
А на следующей странице рассмотрим принцип работы, свойства и характеристики симметричных триодных тиристоров – симисторов.
|
