Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
позволяет значительно сократить вес и габариты, а также повысить к.п.д. В
импульсных источниках с непосредственным питанием обычно переменное
напряжение сети с частотой 50 Гц выпрямляется и с помощью высоковольтных
переключающих транзисторов или тиристоров производится прерывание
полученного напряжения с высокой частотой (обычно 20 кГц - 2 МГц). Именно
в этом месте регулируется коэффициент заполнения, чтобы получить тре-
9.12.2 Импульсные источники с непосредственным питанием от сети
Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов 239
буемую стабилизацию. Полученное колебание теперь можно сразу выпрямлять,
в результате чего получается стабильное постоянное выходное напряжение.
Но во многих случаях все же необходим трансформатор, изолирующий сеть от
постоянного выходного напряжения, однако, поскольку частота высокая,
трансформатор обычно изготавливается на ферритовых сердечниках и
оказывается легким и компактным. Накапливающие конденсаторы также
относительно малы, поскольку частота пульсаций очень высокая.
Здесь уместно сделать предупреждение. Хотя импульсные источники питания с
прямым питанием от сети, благодаря указанным выше достоинствам, все чаще
используются в промышленной аппаратуре, их практическое конструирование
выходит за рамки этой книги. Имеется не только очевидный риск с точки
зрения безопасности, связанный с макетированием и испытанием схемы, но
еще необходимы специальные заградительные фильтры на сетевом входе, чтобы
предотвратить проникновение электромагнитных помех в сеть. Существенна
также защита от кратковременных высоковольтных "пиков" напряжения на
входе, чтобы избежать пробоя переключающих транзисторов, в результате
которого они выходят из строя.
9.13.Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов
9.13.1 Общие сведения о тиристоре
Рассмотрение источников питания и регуляторов мощности не будет полным,
если не сказать о тиристорах - полупроводниковых переключателях,
обладающих как высоким напряжением пробоя, так и очень большим
коэффициентом усиления тока. Слово тиристор происходит от греческого
thyra, означающего дверь, и указывает на то, что он может быть или
открыт, или закрыт. Другое название у этого прибора - кремниевый
управляемый вентиль (КУВ). Последнее название указывает на то, что
тиристор ведет себя как диод с дополнительной возможностью управлять
мощностью, направляемой в нагрузку.
Тиристор не будет проводить до тех пор, пока не протечет импульс тока в
цепи запуска. Если запуск произошел, то в действие вступает
регенеративный процесс и тиристор продолжает проводить до тех пор, пока
источник напряжения не будет удален. Рис. 9.40 иллюстрирует это свойство
на простой схеме, где выпрямляется некоторая часть входного переменного
напряжения. Проводящее состояние тиристора не наступает до тех пор, пока
импульс тока не протечет от управляющего электрода к катоду; поэтому фаза
последовательности запускающих импульсов по отношению к переменному
напряжению источника определяет долю периода, в пределах которой
открывшийся тиристор пропускает сигнал. Тиристор автоматически выходит из
состояния проводимости в конце каждого полупериода, поскольку входное
напряжение уменьшается до нуля.
240 Источники питания и управление мощностью
Цоколевка
С106
О
С А С
IS.
2< 10 S3.
С * s >, Sc
J______I______L
Время •
Рис. 9.40. Простая тиристорная схема, иллюстрирующая работу управляемого
выпрямителя.
9.13.2 Конструкция и принцип действия тиристора
Тиристор, как показано на рис. 9 41(a), является четырехслойным
устройством (р-п-р-п). Однако его условное обозначение (рис. 9.41(A))
выглядит просто как выпрямляющий диод с дополнительным управляющим
электродом.
(а) (Ь) (с) (ф
Рис. 9.41. Тиристор: (а) структура, (Л) условное обозначение, (с)
транзисторный эквивалент, (d) эквивалентная схема с транзисторами.
Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов 241
Наиболее удачным подходом к объяснению принципа действия тиристора
является представление четырех его слоев в виде двух взаимно связанных
транзисторов, как показано на рис. 9.4Ht,d). Мы сейчас придем к выводу о
совместном регенеративном поведении р-п-р и п-р-п транзисторов, опираясь
на схему, приведенную на рис. 9.42, где указаны ток нагрузки IL, пусковой
ток 10, коллекторный ток транзистора Г, (/С1) и коллекторный ток
транзистора Т2 (/а). Обозначим через hFEl и hFE2 коэффициенты усиления
постоянного тока транзисторов Тх и Т2, включенных по схеме с общим
эмиттером.
Рис. 9.42. Схема, объясняющая работу тиристора с точки зрения
транзисторного эквивалента.
Согласно рис. 9.42,
ток базы транзистора 7) = 1С2 + /0, ток базы транзистора Т2 = 1С\ >
поэтому
ток коллектора /п = hFEl(lc2 +1с)
и
1С2 = hFl.:2In.
Подставляя значение 1С2 в предыдущее равенство, получаем h \ н:\(И,.Е-,1
С1 +/(;)= hmhhE2I('\ +hFFAIG
поэтому
h:\ 0 -Vai V/-.2) = i:\hi, то есть
j ft/Ai hi (9.8)
