Запирание тиристора

тирующая магнитодвижущая сила м. д. с. F=o#K1—и$к? создает в*сердечнике трансформатора магнитный поток Ф такого направления,: что наведенная э. д. с. в обмотках обратной связи w'oc, w'^ еще больше будет увеличивать ток i'K1 транзистора TI и уменьшать ток iK2 транзистора Т2. Изменения токов заканчиваются тогда, когда транзистор TI полностью откроется, а транзистор Т2 закроется. Процесс изменения коллекторных токов, а следовательно, отпирания и запирания транзисторов происходит лавинообразно,

На 13.1, а, б показаны структура и эквивалентная схема про-стейщей фотоприемной ячейки соответственно. Она представляет собой МДП-транзистор с каналом /?-типа с увеличенной областью истока /, причем р-п переход исток—подложка выполняет функцию фотодиода. Затвор транзистора соединен с шиной строки X, а сток 2 — с шиной столбца Y. Фотоприемное устройство работает следующим образом. На все шины Y подается отрицательное напряжение, а на все шины X — импульс, отпирающий транзисторы в ячейках. На фотодиодах устанавливаются одинаковые обратные напряжения, которые после окончания импульса и запирания транзисторов поддерживаются емкостями р-п переходов. Этот этап называется стиранием информации. Далее следует этап экспонирования, в процессе которого через диоды протекают фототоки, пропорциональные освещенности. Эти токи разряжают емкости р-п переходов, поэтому к концу этапа экспонирования напряжения на анодах диодов будут разными; их значения пропорциональны освещенности и времени экспонирования. При подаче импульса выборки на одну из шин строки транзисторы ячеек этой строки отпираются и напряжение с диодов проходит на шины Y, которые в этот момент являются «плавающими». Так осуществляется считывание информации.

Схема на 10.23 работает в жестком режиме возбуждения, что может послужить причиной срыва автоколебаний при включении релаксатора. Срыв автоколебаний происходит из-за одновременного насыщения или запирания транзисторов в инверторах логических элементов. Это состояние оказывается устойчивым, поэтому приводит к нарушению нормальной работы релаксатора. Его можно исключить, если предотвратить насыщение или запирание транзисторов, охватив логические элементы нелинейной обратной связью при помощи диода Д и резистора R, как это показано на 10.24. Однако исключение режима насыщения сжижает стабильность частоты колебаний, уменьшает амплитуду выходных импульсов.

как на базу 7\, так и на базу Тг. Транзистор 7\, который по-прежнему полагаем запертым, в течение длительности запускающего импульса поддерживается в этом состоянии. Транзистор Т2, который был насыщен, запирается. Оба транзистора во время действия запускающего импульса оказываются запертыми. Однако несмотря на это, напряжения на их колллекторах не равны, и запретное для триггера состояние (Q = 1, Р — 1) не возникает. После запирания транзисторов входное сопротивление триггера определяется сопротивлениями резисторов /?6i и R62, подключенных к базам транзисторов непосредственно, и сопротивлениями резисторов RK2, RKi, подключенных к базам по переменной составляющей сигнала через ускоряющие конденсаторы Cj и С2. Входное сопротивление запертого триггера #вх.зап = RKi II

в точку, резистор rs и эмиттерный переход насыщенного транзистора Ti. Резистор гя небольшого сопротивления ограничивает ток коллектора при заряде времязадающего конденсатора Cj на допустимом для выбранного транзистора уровне. Аналогично конденсатор С2 заряжается через эмиттерный переход насыщенного транзистора Г2, ограничительный резистор rt и участок «коллектор — эмиттер» насыщенного транзистора T.z. По мере заряда конденсаторов зарядные токи уменьшаются. Ток коллектора каждого транзистора приближается к значению E/RH, ток базы уменьшается, стремясь к значению E/Rg. Когда ток базы снизится до /дн, условия насыщения транзисторов соблюдаться не будут, и транзистор с меньшим значением В выйдет из насыщения. Это приведет к последующему выходу из насыщения второго транзистора и возникновению лавинного процесса запирания транзисторов Т, и Т,.

За время лавинного запирания транзисторов напряжение на конденсаторах не успевает существенно измениться и остается близким к ?/дгаах. После

запирания транзисторов правая (см. 6.92) обкладка конденсатора Ci через резистор rt оказывается связанной с корпусом устройства. Отрицательное напряжение на левой обкладке конденсатора С1( приложенное к базе Г1( запирает указанный транзистор. Аналогично, напряжение на конденсаторе С2 поддерживает в запертом состоянии транзистор Г2. Пренебрегая обратными токами запертых транзисторов, цепь разрядки времязадающих конденсаторов можно привести к виду, показанному на 6.93. Эта цепь имеет постоянную времени

= J синхр IJ ген-РеЖИМ деления частоты требует определенной амплитуды синхронизирующих импульсов, так как при большей амплитуде транзистор будет открываться одним из предыдущих импульсов. При большом коэффициенте деления частоты необходимая амплитуда синхронизирующих импульсов может оказаться столь малой, что при изменении уровня запирания транзисторов синхронизация станет неустойчивой. Обычно на практике коэффициент деления редко выбирают больше 5 —6, а для получения ббльших коэффициентов деления применяют несколько делителей, включенных последовательно. При этом общий коэффициент деления частоты будет равен произведению коэффициентов деления всех делителей.

Для анализируемого варианта мультивибратора условия насыщения и запирания транзисторов (см. гл. 2) можно записать соответственно в виде

диодов Дг и Д2. Положительный запускающий импульс, имеющий амплитуду, превышающую значение U6, отопрет оба диода, независимо от того, какое напряжение (+ ?/6 и — /7бн) имеется на катоде Диода. Через открывшиеся диоды Дг и Д2 положительный запускающий импульс передается как на базу 7\, так и на базу Т.2. Транзистор 7\, который по-прежнему полагаем запертым, в течение длительности запускающего импульса поддерживается в этом состоянии. Транзистор Т2, который был насыщен, запирается. Оба транзистора во время действия запускающего импульса оказываются запертыми. Однако несмотря на это, напряжения на их коллекторах не равны, и запретное для триггера состояние (Q=l, P—l) не возникает. После запирания транзисторов входное сопротивление триггера определяется сопротивлениями резисторов R6l, R62, подключенных к базам транзисторов непосредственно, и сопротивлениями резисторов RK2, RKl, подключенных к базам по переменной составляющей сигнала через ускоряющие конденсаторы С1 и С2. Входное сопротивление запертого триггера

После перехода транзисторов в режим насыщения начинается процесс фор-:::;розаиия выходного импульса мульт 1вибрлтора. При зтом оба транзистора н-еыщени. Конденсатор С] заряжается от источника питания -\-Е через участок ••••-: ,;иттор — коллектор» насыщенного трлп.зистора Т2, практически стянутый в точку, ' .-знстор r-s и эмиттерный переход насыщенного транзистора Tt. Резистор г3 1ч :ол..шоа величины ограничивает тек коллектора при заряде времязадающего г/.н;д;;:!сатора С\ на допустимом для выбранного типа транзисторов уровне. Ана-.••••гпчно конденсатор С2 заряжается через эмиттсрный переход насыщенного ';:/:\нзистора Г2, ограничительный резистор г\ и стянутый в точку участок «кол-,•:ктор—эмиттер» насыщенного транзистора '1\. По мере заряда конденсаторов значения зарядных токов уменьшаются. Ток коллектора каждого транзистора приближается к уровню E/RK, ток базы уменьшается, стремясь к значению ?//<б- Когда ток базы снизится до величины /gH, условия насыщения транзисторов соблюдаться не будут, и транзистор с меньшим значением коэффициента В сьшдет из режима насыщения. Это приведет к возникновению лавинного процесса запирания транзисторов.

При замыкании кнопки Кн положительная волна тока шунтируется вентилем Д0 и не проходит по вышеуказанной цепи. Это вызывает запирание тиристора, а емкость С2 больше не шунтируется. В этом случае отрицательная волна проходит по цепи: обмотка W3 — вентиль ДЗ — управляющий электрод тиристора Д6 — вентиль Дп — резистор R1 — вентиль Д4 — обмотка W3. В результате открывается тиристор Д6, который шунтирует цепь выпрямительного моста. Следовательно, цепь трансформатора Tpl замыкается, по обмотке W0 трансформатора Тр2 идет ток, на управляющих электродах силовых тиристоров В1—ВЗ появляется управляющий сигнал, тиристоры открываются и подключают двигатель Д к сети.

При запертом тиристоре ТР% и открытом тиристоре ТР\ за счет тока источника ? мощность от него поступает в нагрузку /?„ и конденсатор Ск, накапливающий энергию. При открытом тиристоре ТР2 и запертом тиристоре +0~ TPi (следующий полупериод) конденсатор, перезаряжаясь, отдает накопленную мощность в нагрузку. Таким образом, в нагрузку поступает мощность в течение всего периода. Запирание тиристора ТР{ в конце первого полупериода происходит автоматически по достижении напряжением на конден- рис 1)14

При 0 = зт ток вентиля и ток нагрузки становятся равными нулю, тиристор VI запирается. До отпирания тиристора V2 в нагрузке появляется бестоковая пауза, энергия в нагрузку на интервале л—(я+а) не передается. В момент 0 = я+а подается управляющий импульс на тиристор V2, тиристор открывается, на этом интервале «,; =—^2. т.е. к нагрузке приложено напряжение нижней полуобмотки трансформатора. Ток протекает через нижнюю полуобмотку, тиристор V2 и нагрузку, сохраняя прежнее направление. В момент Э = 2я происходит запирание тиристора V2.

Таким образом, существуют тиристоры, запираемые и не-эапираемые по управляющему электроду. Запираемый тиристор — это тиристор, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот при подаче на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности. Но и для запираемого тиристора существует максимально допустимый постоянный запираемый ток /Зтах — наибольшее значение основного тока, до которого допускается запирание тиристора по управляющему электроду. При использовании в мощных устройствах запираемые тиристоры обладают преимуществами перед транзисторами, поскольку тиристоры способны выдерживать значительно большие напряжения в закрытом состоянии.

В схемах, подобных показанной на 6-30,6, процесс отключения цепи двухступенчатый: сперва открывается тиристор VS1, ток переводится в цепь тиристора и контакт К размыкается без дуги. Затем открытием тиристора VS2 осуществляется разряд конденсатора С и запирание тиристора VS1, достигается полное бездуговое отключение тока (искусственная коммутация тиристоров более подробно рассмотрена в главе 23).

При глубоких изменениях нагрузки от холостого хода до короткого замыкания инвертор теряет работоспособность. При больших Rn срыв инвертирования происходит из-за того, что процессы в контуре становятся апериодическими, время восстановления уменьшается и не обеспечивается запирание тиристора, заканчивающего работу. Переход к апериодическому режиму происходит при равенстве нулю подкоренного выражения в формуле (8.20),

Процессы, протекающие при выключении тиристоров, часто определяют предельное быстродействие, энергетические показатели и надежность работы тиристорного устройства. Параметры, характеризующие процесс выключения, оказывают решающее влияние на выбор элементов, обеспечивающих запирание тиристора (узлов коммутации). Тем самым эти параметры в значительной степени определяют массу, габаритные размеры, стоимость, КПД и ряд других технико-экономических показателей тиристорной аппаратуры в целом. Зачастую именно параметры процесса выключения обусловливают выбор схемы тиристорного устройства.

При 8 = я ток вентиля и ток нагрузки становятся равными нулю, тиристор VI запирается. До отпирания тиристора V2 в нагрузке появляется бестоксвая пауза, энергия в нагрузку на интервале я—(я+а) не передается. В момент 6 = я+а подается управляющий импульс на тиристор V2, тиристор открывается, на этом интервале иа=—е%, т. е. к нагрузке приложено напряжение нижней полуобмотки трансформатора. Ток протекает через нижнюю полуобмотку, тиристор V2 и нагрузку, сохраняя прежнее направление, В момент 9 = 2я происходит запирание тиристора V2.

потенциального барьера до области анодного перехода. Таким образом, времена задержек и фронт включения являются относительно малыми и не превосходят нескольких десятков наносекунд (15...60 не). Более сложной является картина физических процессов выключения, связанная с рассасыванием накопленного избыточного заряда. В индукционном тиристоре (см. раздел 2.2.4) при прямом смещении анодного перехода и обратном управляющего возникает паразитный биполярный р-л-р-транзистор (с эмиттером в виде анода и коллектором—затвором). Процесс отсекания базового вывода (истоковой области тиристора) потенциальным барьером, как уже упоминалось, происходит достаточно быстро. Дальнейшее запирание тиристора происходит аналогично запиранию р-л-р-транзистора с оборванной базой с постоянной времени, равной времени жизни накопленных дырок. В цепи управляющего электрода при этом протекает значительный по амплитуде импульс обратного тока ( 6.25), связанный с процессом экстракции носителей обратносмещенным переходом Поскольку амплитуда обратного тока примерно равна величине тока нагрузки, в мощных ключах на основе индукционных тиристоров следует учитывать влияние сопротивления в цепи генератора RIN, которое в данном случае должно быть значительно уменьшено. Вытекающий обратный ток затвора создает на р+-областях управляющего электрода, имеющих конечное сопротивление, дополнительное падение напряжения, которое совместно с внутренним сопротивлением цепи генератора RIN уменьшает запирающее смещение:

Запирание тиристора происходит при отсутствии тока в управляющем электроде и при прохождении через нуль тока, протекающего в силовых электродах. Напряжение питания мультивибратора подается через трансформатор Г и выпрямитель с фильтром.

Запирание тиристора можно осуществить за счет подключения параллельно ему jLC-контура ( 12.21, 6). При запертом состоянии тиристора конденсатор С заряжен до напряжения источника питания U. В момент отпирания тиристора конденсатор перезаряжается через индуктивность L та. через полпериода собственной частоты .LC-контура полярность его меняется на обратную. В следующий полупериод ток перезаряда конденсатора протекает в цепи тиристора VS навстречу току нагрузки. Когда суммарный ток станет равным нулю, тиристор VS закроется.