Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Робота 5. Дослідження тиристорного регулятора струму
5.1. Мета роботи
Ознайомитися з характеристиками та особливостями роботи тиристорів. Вивчити роботу тиристора в схемі регулювання струму. Прослідкувати за зміною форми струму при зміні кута керування.
5.2. Теоретичні відомості
Тиристором називається напівпровідниковий прилад з трьома p-n переходами, на вольт-амперній характеристиці якого є ділянка з від'ємним диференціальним опором і котрий має два стійкі стани - закритий і відкритий. У закритому стані опір тиристора великий, а у відкритому - незначний.
Тиристори широко використовуються в електронних пристроях як керовані випрямлячі, перетворювачі частоти, регулятори змінного струму, порогові, комутуючі та підсилювальні елементи.
Тиристори поділяються на діодні (динистори), тріодні (тринистори), запірні і симетричні (симистори).
Рис.5.1. Структура динистора (a) і його
вольт-амперна характеристика (б).
Діодні тиристори виготовляються з кремнію і мають шарувату p-n-p-n структуру (рис.5.1,а). Крайні області структури називаються емітерами, а внутрішні - базами. Виводи, що мають омічні контакти з крайніми областями називаються анодом і катодом. Зовнішня напруга до динистора прикладається так, щоб крайні переходи П1 і П3 були відкриті, а середній П2 - закритий . В результаті, майже вся напруга живлення виявляється прикладеною до закритого переходу П2.
Для основних носіїв, інжектованих з емітерів в бази, поле переходу П2 є прискорюючим, тому деяка їх частина проходить через цей перехід, створюючи невеликий струм через закритий динистор. Рух носіїв через перехід П2 спричиняє зниження потенціального бар'єру переходу. При підвищенні прикладеної напруги струм через динистор спочатку майже не змінюється, аж поки напруга не досягне критичного значення , рівного напрузі вмикання .
При цьому відбувається лавиноподібне зростання числа носіїв заряду через перехід П2 і різке зниження потенціального бар'єру до повного відкривання динистора. Струм через динистор різко зростає і обмежується лише опором навантаження, тобто динистор переходить із закритого стану у відкритий. Cпад напруги на відкритому динисторі значно зменшується. Подальше збільшення напруги живлення приводить до ще більшого зростання струму через динистор. На рис.5.1,б. приведено вольт-амперну характеристику динистора. Ділянка ОА відповідає вимкненому (закритому) стану з великим диференціальним опором. Ділянка АБ є нестійкою з від'ємним диференціальним опором, ділянка БВ відповідає ввімкненому (відкритому) стану динистора з низьким диференціальним опором.
При зниженні прикладеної напруги струм через динистор зменшується і при досягненні другого критичного значення Iкр.2 тиристор переходить у закритий стан, а струм через нього практично припиняється.
Рис.5.2. Структура тринистора (a) і його
вольт-амперні характеристики (б)
Тріодні тиристори відрізняються від діодних додатковим керуючим електродом, введеним в p-область (рис.5.2,а). За допомогою цього електрода можна керувати моментом ввімкнення тиристора, (а в запірних і моментом вимкнення), впливаючи на процес інжекції електронів з емітера в базу.
На рис.5.2,б приведена сім'я вольт-амперних характеристик тринистора для різних величин струму керування. З рис.5.2,б видно, що при зростанні струму керування напруга вмикання зменшується. Характеристика для співпадає з характеристикою динистора. При достатньо великому струмі керування , який називають струмом спрямлення, характеристика тиристора наближається до характеристики звичайного діода у прямому включенні. Вольт-амперні характеристики тиристорів при оберненому включенні не відрізняються від характеристик звичайних діодів.
Пошарову структуру p-n-p-n типу можна розглядати як структуру з двох транзисторів p-n-p та n-p-n типів (рис.5.3), в якій колектор одного транзистора є базою іншого і навпаки. Так як керуючий струм є одночасно і базовим для транзистора Т2, то він спричиняє появу його колекторного струму Iк2 . Цей струм, у свою чергу, є базовим для транзистора Т1 і зумовлює появу його колекторного струму . Однак колекторний струм транзистора T1 є одночасно і базовим cтрумом транзистора T2, що створює замкнуте коло зворотного додатного зв'язку. Отже, при появі керуючого струму така система за рахунок внутрішнього додатного зворотного зв'язку може перекинутися в інший (відкритий) стан і перебувати у ньому навіть при припиненні керуючого струму.
Рис.5.3. Двотранзисторна модель роботи тиристора.
До основних параметрів тиристора відносяться:
1. Напруга вмикання - основна напруга в точці вмикання.
2.Струм вмикання -основний струм в точці вмикання.
3.Утримуючий струм - найменший основний струм, при якому тиристор утримується у відкритому стані.
4. Напруга у відкритому стані - основна напруга у відкритому стані при вказаному струмі.
5.Відкриваючий постійний струм керування тиристора -мінімальне значення постійного струму керуючого електрода, яке забезпечує відкривання тиристора при вказаному режимі.
6.Максимально допустимий струм у відкритому стані -.
7.Максимально допустима зворотна напруга .
8.Максимально допустимий струм керуючого електрода .
9.Максимально допустима середня розсіювана потужність .
5.3 Програма роботи
1.Зібрати схему дослідження тиристорного регулятора струму.
2.Зняти осцилограму напруги живлення.
3.Зняти осцилограми напруг на навантаженні для різних кутів керування тиристором.
4.Зняти регулювальну характеристику .
5.З довідкової літератури виписати основні характеристики досліджуваного тиристора та замалювати розташування виводів на корпусі тиристора.
5.4. Схема дослідження роботи тиристора
В схемі тиристорного регулятора струму (рис.5.4) можна виділити два контури: силовий контур і контур керування. Силовий контур складається з джерела змінного струму, баластного резистора R1, навантаження HL1 і проміжку анод-катод тиристора VD1. В контур керування входить джерело живлення, резистори обмеження величини керуючого струму R2 i R3, випрямляючий діод VD2 і проміжок керуючий електрод-катод тиристора. В залежності від положення повзунка резистора R2 змінюється величина струму керування тиристора, а відповідно, і час затримки включення тиристора від початку додатного півперіоду прикладеної напруги. Закривається тиристор в кінці кожного півперіоду при зменшенні напруги додатної півхвилі до нуля.
Рис.5.4 Схема дослідження.
Резистори R1=27 Oм; R2=27 Ом; R3=47 кОм; діоди VD1 -КУ101Б;VD2-КД209Д; лампа розжарення HL1- МН 27- 01; вимірювальні прилади PA- Ц43101; PS- Ф4372.
Фазу коливання , що відповідає часу затримки включення тиристора від початку переходу через нуль, називають кутом керування. Зі зміною кута керування змінюється форма імпульсів струму через навантаження і середнє значення струму за період, рівне постійній складовій. Таким чином, змінюючи величину резистора R3, керують величиною розжаренням лампи HL1.
На рис.5.5 приведено часові діаграми змінної напруги живлення, прикладеної до схеми регулювання, та імпульсів струму через тиристор при куті керування, рівному 90 градусів.
Рис.5.5. Часові діаграми напруги
живлення і струму через тиристор.
5.5. Порядок виконання роботи
1.На монтажній панелі комплекту обладнання зберіть схему дослідження тиристора згідно з рис.5.4. Під'єднайте її до гнізд 24 V блока живлення і після перевірки викладачем ввімкніть живлення. Повертаючи ручку змінного резистора R3, слідкуйте за зміною розжарення лампи HL1, що є ознакою нормальної роботи схеми регулювання струму.
2.Встановіть тривалість розгортки 10 mS та чутливість входу Y осцилографа 10 V/под. Під'єднайте вхід осцилографа паралельно до виходу блока живлення 24 V. Зарисуйте осцилограму напруги живлення разом з масштабною сіткою, вказавши масштабні коефіцієнти.
3.Підключіть вхід осцилографа паралельно до гнізд лампи розжарення. Після цього зніміть осцилограми падіння напруги на навантаженні (лампі розжарення) для положень ручки змінного резистора R3, які відповідають кутам керування рівним 0, 45, 90 і 180. Кути керування визначають за формою імпульсів напруги на навантаженні, як показано на рис.5.5.
4.Для зняття регулювальної характеристики, вимірюйте постійну складову струму в навантаженні тестером Ц43101 при кутах керування 0, 45, 90 і 180. Дані занесіть до табл. 5.1.
. Таблиця 5.1.
|
a, град |
0 |
45 |
90 |
180 |
|
I, mA |
За даними табл.5.1 побудуйте графік регулювальної характеристики
5. З довідника випишіть основні параметри тиристора КУ101Б та замалюйте розташування виводів на корпусі тиристора.
5.6. Контрольні запитання
1. Поясніть механізм відкривання та закривання тиристора.
2. Поясніть особливості вольт-амперних характеристик тиристорів.
3. Поясніть роботу тиристора за його двотранзисторною моделлю.
4. Перерахуйте основні параметри тиристорів.
5. Які умовні позначення тиристорів на схемах?
6. Які мають переваги тиристори, як комутуючі елементи?
7.Поясніть принцип роботи тиристорного регулятора по схемі, приведеній на рис. 5.4.
8.Приладом якої системи можна виміряти постійну складову струму тиристора?
9.Наведіть інші приклади застосування тиристорів в електронних пристроях.
40