Принцип действия динистора. Примеры применения динистора и тиристора. Область применения динистора

Туннельный диод

Обычные диоды при увеличении прямого напряжения монотонно увеличивают пропускаемый ток. В туннельном диоде квантово-механическое туннелирование электронов добавляет горб в вольтамперную характеристику, при этом, из-за высокой степени легирования p и n областей, напряжение пробоя уменьшается практически до нуля. Туннельный эффект позволяет электронам преодолеть энергетический барьер в зоне перехода с шириной 50..150 Å при таких напряжениях, когда зона проводимости в n-области имеет равные энергетические уровни с валентной зоной р-области. При дальнейшем увеличении прямого напряжения уровень Ферми n-области поднимается относительно р-области, попадая на запрещённую зону р-области, а поскольку тунелирование не может изменить полную энергию электрона, вероятность перехода электрона из n-области в p-область резко падает. Это создаёт на прямом участке вольт-амперной характеристики участок, где увеличение прямого напряжения сопровождается уменьшением силы тока. Данная область отрицательного дифференциального сопротивления и используется для усиления слабых сверхвысокочастотных сигналов.
Применение : Наибольшее распространение на практике получили туннельные диоды из Германия, Арсенида галлия, а также из Антимонида галлия. Эти диоды находят широкое применение в качестве генераторов и высокочастотных переключателей, они работают на частотах, во много раз превышающих частоты работы тетродов, - до 30...100 ГГц.

Динистор
· Динисторы представляют собой четырёхслойные полупроводниковые приборы со структурой PNPN. Динистор работает как пара взаимосвязанных транзистора PNP и NPN.

· Как и все тиристоры, динисторы имеют тенденцию к тому, чтобы оставаться в одном из двух состояний: во включённом состоянии - после того как транзисторы начинают проводить - или выключенном - после того как транзисторы переходят в состояние отсечки.

· Для того чтобы динистор начал проводить необходимо поднять напряжение анод-катод до уровня напряжения включения или же должна быть превышена критическая скорость нарастания напряжения анод-катод.

· Для выключения динистора, необходимо уменьшить его ток до уровня ниже его порога напряжения выключения .

усл. обозначение

ВАХ динистора

Принцип работы динистора

Суть работы денистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор. пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего управляющего вывода.

Варикап
ВАРИКАП

ВАРИКА́П (от англ. vari(able) - переменный и cap(acity) - емкость), полупроводниковый диод емкость которого зависит от приложенного напряжения (смещения). Применяется преимущественно как управляемый конденсатор переменной емкости (0,01 – 100 пФ), например, для настройки высокочастотных колебательных контуров, либо как элемент с нелинейной емкостью (параметрический диод).

Фотодиод

Фотодио́д - приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Принцип работы:

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей - дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода C p-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

фотогальванический - без внешнего напряжения
фотодиодный - с внешним обратным напряжением

Особенности:

простота технологии изготовления и структуры
сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
малое сопротивление базы
малая инерционность

Структурная схема фотодиода. 1 - кристалл полупроводника; 2 - контакты; 3 - выводы; Φ -поток электромагнитного излучения; Е - источник постоянного тока; R H - нагрузка.

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

В настоящее время светодиоды нашли применение в самых различных областях: светодиодные фонари, автомобильная светотехника, рекламные вывески, светодиодные панели и индикаторы, бегущие строки и светофоры и т.д.

8.Биполярный транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, p (positive) - дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» - «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора - бо́льшая площадь p - n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Обозначение биполярных транзисторов на схемах

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Динистор — это двухэлектродный прибор, разновидность тиристора и, как я уже говорил, не полностью управляемый ключ, который можно выключить, только снизив ток, проходящий через него. Состоит он из четырех чередующихся областей различного типа проводимости и имеет три np-перехода. Соберем гипотетическую схему, похожую на ту, что мы использовали для изучения диода, но добавим в нее переменный резистор, а диод заменим динистором:

Итак, сопротивление резистора максимально, прибор показывает «0». Начинаем уменьшать сопротивление резистора. Напряжение на динисторе растет, ток по-проежнему не наблюдается. При дальнейшем уменьшении сопротивления в определенный момент времени на динисторе окажется напряжение, которое в состоянии его открыть (U откр ). Динистор тут же открывается и величина тока будет зависеть лишь от сопротивления цепи и самого открытого динистора – «ключ» сработал.

Как же закрыть ключ? Начинаем уменьшать напряжение – ток уменьшается, но только за счет увеличения сопротивления переменного резистора, состояние динистора остается прежним. В определенный момент времени ток через динистор уменьшается до определенной величины, которую принято называть током удержания (I уд ). Динистор мгновенно закроется, ток упадет до «0» — ключ закрылся.

Таким образом динистор открывается, если напряжение на его электродах достигнет U откр и закрывается, если ток через него меньше I уд. Для каждого типа динистора, само собой, эти величины различны, но принцип работы остается один и тот же. Что произойдет если динистор включить «наоборот»? Собираем еще одну схему, поменяв полярность включения батареи.

Сопротивление резистора максимально, тока нет. Увеличиваем напряжение – тока все равно нет и не будет до тех пор, пока напряжение на динисторе не превысит максимально допустимое. Как только привысит – динистор просто сгорит. Попробуем то, о чем мы с вами говорили, изобразить на координатной плоскости, на которой по оси Х отложим напряжение на динисторе, по Y — ток через него:

Таким образом, в одну сторону динистор ведет себя как обычный диод в обратном включении (просто заперт, закрыт), в другую лавинообразно открывается но лишь при определенном на нем напряжении или так же закрывается, как только ток через открытый прибор снизится ниже заданного паспортного значения.

Таким образом, основные параметры динистора можно свести к нескольким значениям:

— Напряжение открывания;
— Минимальный ток удержания;
— Максимально допустимый прямой ток;
— Максимально допустимое обратное напряжение;
— Падение напряжени на открытом динисторе.

Динисторы – это разновидность полупроводниковых приборов, точнее – неуправляемых тиристоров. В своей структуре он содержит три p — n перехода и имеет четырёхслойную структуру.

Его можно сравнить с механическим ключом, то есть, прибор может переключаться между двумя состояниями – открытое и закрытое. В первом случае электрическое сопротивление стремится к очень низким величинам, во втором же, наоборот – может достигать десятков и сотен Мом. Переход между состояниями происходит скачкообразно.

Динистор DB 3

Данный элемент не получил широкого распространения в радиоэлектронике, но всё равно часто применяется в схемах устройств с автоматическим переключением, преобразователях сигналов и генераторов релаксационных колебаний.

Как работает прибор?

Для пояснения принципа работы динистора db 3 обозначим имеющиеся в нём p — n переходы как П1, П2 и П3 следуя по схеме от анода к катоду.

В случае прямого включения прибора к источнику питания, прямое смещение приходится на переходы П1 и П3, а П2, в свою очередь, начинает работать в обратном направлении. При таком режиме, db 3 считается закрытым. Падение напряжения происходит на П2 переход.

Ток в закрытом состоянии определяется током утечки, который имеет очень маленькие значения (сотые доли МкА). Медленное и плавное увеличение подаваемого напряжения, вплоть до максимального напряжения закрытого состояния (напряжения пробоя), не будет способствовать значительному изменению тока. Но при достижении этого напряжения, ток увеличивается скачком, а напряжение, наоборот – падает.

В таком режиме работы, прибор на схеме приобретает минимальные значения сопротивления (от сотых долей ом до единиц) и начинает считаться открытым. Для того чтобы закрыть прибор, то на нём нужно уменьшить напряжение. В схеме с обратным подключением, переходы П1 и П3 закрыты, П2 открыт.

Динистор db 3. Описание, характеристики и аналоги

Динистор db 3 – одна из популярнейших разновидностей неуправляемых тиристоров. Применяется чаще всего в преобразователях напряжения люминесцентных лам и трансформаторов. Принцип работы данного прибора такой же, как и у всех неуправляемых тиристоров, отличия лишь в параметрах.

Характеристики прибора:

Напряжение открытого динистора – 5В
Максимальный ток открытого динистора – 0.3А
Импульсный ток в открытом состоянии – 2А
Максимальное напряжение закрытого прибора – 32В
Ток в закрытом приборе – 10А

Динистор db 3 может работать при температурах от -40 до 70 градусов Цельси я.

Проверка db 3

Выход из строя такого прибора– редкое событие, но, тем не менее оно всё-таки может случиться. Поэтому проверка динистора db 3 – важный вопрос для радиолюбителей и ремонтников радиоаппаратуры.

К сожалению, из-за технических особенностей данного элемента, проверить его обычным мультиметром не получится . Единственное действие, которое можно реализовать с помощью тестера – это прозвонка. Но подобная проверка не даст нам точных ответов на вопросы о работоспособности элемента.

Однако это совсем не означает, что проверить прибор невозможно или просто тяжело. Для действительно информативной проверки о состоянии этого элемента, нам необходимо собрать простенькую схему, состоящую из резистора, светодиода и самого динистора. Подключаем элементы последовательно в следующем порядке – анод динистора к блоку питания, катод к резистору, резистор к аноду светодиода. В качестве источника питания необходимо использовать регулируемый блок с возможностью поднятия напряжения до 40 вольт.

Процесс проверки по данной схеме заключается в постепенном увеличении напряжения на источнике с целью загорания светодиода . В случае рабочего элемента, светодиод загорится при напряжении пробоя и открытии динистора. Проведя операцию в обратном порядке, то есть уменьшая напряжение, мы должны увидеть, как светодиод погаснет.

Помимо данной схемы, существует способ проверки с помощью осциллографа .

Схема проверки будет состоять из резистора, конденсатора и динистора, включение которого будет параллельным конденсатору. Подключаем питание 70 вольт. Резистор – 100кОм. Схема работает следующим образом – конденсатор заряжается до напряжения пробоя и резко разряжается через db3. После процесс повторяется. На экране осциллографа мы обнаружим релаксационные колебания в виде линий.

Аналоги db 3

Несмотря на редкость выхода прибора из строя, иногда это происходит и необходимо искать замену. В качестве аналогов, на которые можно заменить наш прибор, предлагаются следующие виды динисторов :

HT-32
Отечественный КН102А

Как мы видим, аналогов прибора очень мало, но его можно заменить некоторыми полевыми транзисторами, по особым схемам включения, например, STB120NF10T4.

– 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. Динистор может считаться важнейшим элементом, предназначенным для переключающих автоматических устройств, для схем генераторов релаксационных колебаний и для преобразования сигналов.

Динисторы производятся для цепей максимального тока до 2 А непрерывного действия и до 10 А для работы в импульсном режиме для напряжений с величинами от 10 до 200 В.

Рис. №1. Диффузионный кремниевый динистор p — n — p — n (диодный ) марки КН102 (2Н102). Устройство применяется в импульсных схемах и выполняет коммутирующие действия. Конструкция выполнена в из металлостекла и имеет гибкие выводы.

Принцип работы динистора

Прямое включение динистора от источника питания приводит к прямому смещению p-n-p-перехода П1 и П3. П2 работает в обратном направлении, соответственно состояние динистора считается закрытым, а падение напряжения приходится на переход П2.

Величина тока определяется током утечки и находится в границах от сотых долей мкрА (участок ОА). При плавном увеличении напряжения, ток будет расти медленно, при достижении напряжением величины переключения близкого к величине пробивного напряжения p-n-перехода П2, то ток его возрастает резким скачком, соответственно напряжение падает.

Положение прибора открытое, его рабочая составляющая переходит в область БВ. Дифференциальное сопротивление устройства в этой области имеет положительное значение и лежит в незначительных границах от 0,001 Ом до нескольких единиц сопротивления (Ом).

Чтобы выключить динистор необходимо уменьшить величину тока до значения тока удержания. В случае приложения к прибору обратного напряжения, переход П2 открывается, переход П1 и П3 закрыты.

Рис. №2. (а) Структура динистора; (б) ВАХ

Область применения динистора

Динистор может использоваться для формирования импульса предназначенного для отпирания тиристора, благодаря своей несложной конструкции и невысокой стоимости динистор считается идеальным элементом для применения в схеме тиристорного регулятора мощности или импульсного генератора
Еще одно распространенное применение динистора – это использование в конструкции высокочастотных преобразователей для работы с электрической сетью 220В для питания ламп накаливания, и люминесцентных ламп в компактном исполнении (КЛЛ) в виде компонента, входящего в устройство «электронного трансформатора» Это так называемый DB3 или симметричный динистор. Для этого динистора характерен разброс пробивного напряжения. Устройство используется для обычного и поверхностного монтажа.

Реверсивно-включаемые мощные динисторы

Широкое распространение получила разновидность динисторов, обладающих реверсивно-импульсными свойствами. Эти приборы позволяют выполнить микросекундную коммутацию в сотни и даже в миллионы ампер.

Реверсивно-импульсные динисторы (РВД) используются в конструкции твердотельного ключа для питания силовых установок, РВД и работают в микросекундном и субмиллисекундном диапазонах. Они коммутируют импульсный ток до 500 кА в схемах генераторов униполярных импульсов в частотном режиме многократного действия.

Рис. №3. Маркировка РВД используемого в моноимпульсном режиме.

Внешний вид ключей собранных на основе РВД

Рис. №4. Конструкция бескорпусного РВД.

Рси.№5. Конструкция РВД в метало-керамическом таблеточном герметичном корпусе.

Число РВД зависит от величины напряжения для рабочего режима коммутатора, если коммутатор рассчитан на напряжение 25 kVdc, то их число – 15 штук. Конструкция коммутатора на основе РВД схожа с конструкцией высоковольтной сборки с последовательно соединенными тиристорами с таблеточным устройством и с охладителем. И прибор, и охладитель выбираются с учетом рабочего режима, который задается пользователем.

Структура кристалла силового РВД

Полупроводниковая структура реверсивного-включаемого динистора включает в свой состав несколько тысяч тиристорных и транзисторных секций, обладающих общим коллектором.

Включение прибора происходит после изменения на короткое время полярности внешнего напряжения и прохождения через транзисторные секции короткого импульсного тока. Происходит инжектирование электронно-дырочной плазмы в n-базу, по плоскости всего коллектора создается тонкий плазменный слой. Насыщающийся реактор L служит для разделения силовой и управляющей части цепи, через доли микросекунды происходит насыщение реактора и к прибору приходит напряжение первичной полярности. Внешнее поле вытягивает дырки из слоя плазмы в p-базу, что приводит к инжекции электронов, происходит независимое от величины площади переключение прибора по всей его поверхности. Именно благодаря этому имеется возможность производить коммутацию больших токов с высокой скоростью нарастания.

Рис. №6. Полупроводниковая структура РВД.

Рис. №7. Типичная осциллограмма коммутации.

Перспектива использования РВД

Современные варианты динисторов изготовленных в доступном в настоящее время диаметре кремния позволяют коммутировать ток величиной до 1 млА. Для элементов в основу, которых положен карбид кремния характерна: высокая насыщенность скорости электронов, напряженность поля лавинного пробоя с высоким значением, утроенное значение теплопроводности.

Их рабочая температура намного выше из-за широкой зоны, вдвое превышающая радиационная стойкость – вот все основные преимущества кремниевых динистров. Эти параметры дают возможность повысить качество характеристик всех силовых электронных устройств, изготовленных на их основе.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Основное назначение симметричных динисторов - работа в симисторных регуляторах мощности. Интересно применение такого регулятора по типовой схеме для включения сетевого адаптера, рассчитанного на номинальное напряжение 120В, в сеть 220 В (рис. 1).

При использовании симистора указанного на схеме типа и металлопленочного конденсатора К73-17 на номинальное напряжение 63 В все элементы регулятора можно установить в корпусе дорабатываемого адаптера А1. Для настройки устройства к выходу адаптера следует подключить необходимую нагрузку и вольтметр, поставить вместо резистора R1 переменный 220 кОм и постоянный 51 кОм, включенные последовательно. Уменьшая сопротивление резистора R1, начиная от максимального значения, установить на нагрузке необходимое напряжение и заменить подобранные резисторы на один максимально близкого сопротивления.

При отсутствии симистора в пластмассовом корпусе можно использовать и обычный - КУ208В или КУ208Г. Конденсатор С1 должен быть металлопленочным или бумажным. Применение керамических конденсаторов нежелательно, так как температурная стабильность выходного напряжения будет низкой. На рис. 2 приведены зависимости выходного напряжения адаптера Panasonic KX-A09 (120 В, 60 Гц), которым комплектуются бесшнуровые телефоны KX-TC910-B, оттока нагрузки. Кривая 1 соответствует подаче на первичную обмотку напряжения 105 В частотой 50 Гц, кривая 2 - питанию от сети 220 В 50 Гц в соответствии со схемой рис. 1 и значению сопротивления резистора R1, при котором выходное напряжение равно 11,8 В, а ток нагрузки - 120 мА. Эта точка на кривой 1 была выбрана для сравнения различных вариантов включения адаптера в .

Кривая 3 снята при сопротивлении R1, обеспечивающем паспортное выходное напряжение адаптера 12 В и ток нагрузки 200 мА. Кривая 2 близка к кривым 2 и 3 в , полученным для включения адаптера в сеть 220 В через резистор, но КПД варианта включения через си-мисторный регулятор значительно больше, а суммарная рассеиваемая адаптером мощность - меньше. Однако пульсации выходного напряжения несколько возросли.

Интересно, что такие устройства понижения напряжения для питания бытовых приборов - фенов, электробритв и др. - выпускаются зарубежными производителями и продаются в России. Одно из них, с которым пришлось иметь дело автору, называлось в переводе на русский примерно так: "Спутник американского туриста во Франции".

Пожалуй, самым интересным является использование симметричного динистооа для стабилизации напряжения бестрансформаторного блока питания с гасящим конденсатором. Схема такого устройства приведена на рис. 3.

Работает оно примерно так, как и блок со стабилитроном [З], но при зарядке конденсатора фильтра С2 до напряжения включения динистора VS1 (с точностью до падения напряжения на выпрямительном мосте) он включается и шунтирует вход диодного моста. Нагрузка получает питание от конденсатора С2. В начале следующего полупериода С2 вновь подзаряжается до того же напряжения, процесс повторяется. Нетрудно видеть, что начальное напряжение разрядки конденсатора С2 не зависит от тока нагрузки и напряжения сети, поэтому стабильность выходного напряжения блока очень высокая. Падение напряжения на динисторе во включенном состоянии невелико, рассеиваемая мощность, а значит, и нагрев значительно меньше, чем при установке стабилитрона.

Расчет блока питания с симметричным динистором производится по тем же формулам, что и для источника со стабилитроном [З], но минимальный ток через стабилизирующий элемент Icт min следует подставить равным нулю, что несколько уменьшает требуемую емкость гасящего конденсатора.

Экспериментально был проверен такой источник с конденсатором С1 емкостью 0,315 и 0,64 мкф (номиналы 0,33 и 0,68 мкФ) и динисторами КР1125КПЗА и КР1125КПЗБ. Типы и номиналы других элементов соответствовали приведенным на рис. 3. Напряжение на выходе блока составляло около 6,8 и 13,5 В для динисторов КР1125КПЗА и КР1125КПЗБ соответственно. При напряжении сети 205 В и емкости конденсатора С1 =0,315 мкф увеличение тока нагрузки от 2 до 16 мА приводило к уменьшению выходного напряжения на 70 мВ (т. е. на 1%) и на 100 мВ для С 1=0,64 мкф и изменению тока от 4 до 32 мА. Дальнейшее увеличение тока нагрузки сопровождалось резким падением выходного напряжения, а положение точки излома нагрузочной характеристики с большой точностью соответствовало расчету в соответствии с [З].

При необходимости соединения одного из выходов источника с сетевым проводом можно применить однопо-лупериодный выпрямитель с гасящим конденсатором (рис. 4).

В этом случае для уменьшения потерь используют только один из динисторов микросхемы КР1125КПЗ. Диод VD1 также служит для уменьшения потерь и не обязателен, поскольку в динисторе КР1125КПЗ есть диод для пропускания тока в обратном направлении. Наличие или отсутствие такого диода в динисторах серии КР1125КП2 в документации не отражено, а приобрести такую микросхему автору для проверки не удалось.

Максимальный постоянный или пульсирующий ток через динистор определяется рассеиваемой им мощностью и составляет около 60 мА. Если для получения необходимого выходного тока этого значения недостаточно, можно "умощнить" динистор си-мистором (рис. 5,а) для использования в источнике по схеме рис. 3 или тринистором (рис. 5,6) для устройства по схеме рис. 4.

Преимущества источников питания с динистором - меньшая рассеиваемая мощность и большая стабильность выходного напряжения, недостаток - ограниченный выбор выходных напряжений, определяемый напряжениями включения динисторов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов А. Симисторный регулятор мощности с низким уровнем помех. - Радио, 1998, №6, с. 60, 61.
2. Бирюков С. Подключение малогабаритных выносных 120-вольтных блоков питания к сети 220 В. - Радио, 1998, №7, с. 49,54.
3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1997, №5, с. 48-50.
4. Бирюков С. Симисторные регуляторы мощности. - Радио, 1996, №1, с. 44-46.