Теоретическое обоснование

Характеристики диода и их использование для однофазных выпрямителей. Электропитание потребителей электрической энергии, коими являются электронные цепи радиотехнических, вычислительных устройств, устройств автоматики, датчики физических величин и т.д., осуществляется от источников постоянного напряжения. Поскольку промышленная выработка электроэнергии осуществляется в виде переменного тока, возникает необходимость преобразования переменного напряжения в постоянное. Для этой цели используются нелинейные элементы – диоды, характеризующиеся тем, что их динамическое сопротивление зависит от полярности приложенного напряжения. На рисунке 5.1 а приведено символическое изображение однополупериодного выпрямителя, на рисунке 5.1 б – вольт-амперная характеристика диода.

а) б)

Рисунок 5.1 – Однополупериодный выпрямитель и вольт-амперная характеристика диода

Временная диаграмма выпрямленного напряжения представлен на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Временная диаграмма выпрямленного напряжения

Средние значения выходных напряжений указанных выпрямителей , в зависимости от среднеквадратичного значения фазного входного переменного напряжения , для однополупериодного выпрямителя определяются следующим образом: .

– коэффициент полезного действия;

– коэффициент мощности;

– внутреннее сопротивление;

– размах пульсаций, или

– коэффициент пульсаций.

Характеристики стабилитрона. Характеристика полупроводникового стабилитрона, символическое изображение которого приведено на рисунке 5.3 а, отличается от характеристики диода формой ветви вольт-амперной характеристики в области отрицательных напряжений, как показано на рисунке 5.3 б.

а) б)

Рисунок 5.3 – Условно графическое обозначение стабилитрона и его

вольт-амперная характеристика

При некотором значении обратного напряжения на стабилитроне происходит пробой p - n -перехода в обратном направлении, носящий обратимый характер. При напряжении, равном значению пробоя, динамическое сопротивление стабилитрона резко уменьшается, в результате чего ток через стабилитрон определятся параметрами внешней цепи. Указанное напряжение пробоя называется напряжением стабилизации стабилитрона и является основной его характеристикой. Стабилитрон характеризуется также допустимой мощностью и обратным током. Диапазон напряжений стабилизации стабилитронов составляет от единиц до сотен вольт.

Характеристики тиристоров. Тиристор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор с дискретной (релейной) характеристикой управления. Символическое изображение однонаправленного тиристора представлено на рисунке 5.4, его типичная вольт-амперная характеристика на рисунке 5.4 б приведена.

а) б)

Рисунок 5.4 – Условно графическое обозначение стабилитрона и его

вольт-амперная характеристика

Функциональное назначение тиристора – замыкание участка электрической цепи по сигналу управления. Сигнал управления подается к управляющему электроду (У) по отношению к катоду (К). При отсутствии управляющего сигнала (тока управления) тиристор можно представить в виде разомкнутого участка электрической цепи. Это состояние тиристора называется запертым или непроводящим состоянием и характеризуется небольшим значением тока утечки, от единиц микроампер до единиц миллиампер, в зависимости от типа тиристора. При протекании определенного значения тока по цепи У-К и при наличии замкнутой цепи между источником напряжения, анодом (А) и катодом (К) тиристор переходит в проводящее состояние, т.е. отпирается, пропуская ток внешней цепи в направлении от А к К. Отпирание тиристора носит регенеративный характер, поэтому тиристор остается в проводящем состоянии после прекращения тока в цепи управления при условии, что ток в цепи А-К больше нуля. Переход тиристора из проводящего состояния в непроводящее, при отсутствии тока управления, происходит при некотором минимальном значении тока в цепи А-К, называемым током удержания I_УД. Значение I_УД является одним из характеристик тиристора. Ток управления тиристора, при котором последний переходит в проводящее состояние, зависит от напряжения между А и К. Чем меньше напряжение между А и К, тем больше необходимый ток управления для перехода тиристора в проводящее состояние, т.е. в состояние отпирания.

Диапазон рабочих напряжений и токов тиристоров, в зависимости от типа тиристора, составляет от десятков вольт до нескольких тысяч вольт, и от единиц ампер до нескольких тысяч ампер, соответственно. Область применения тиристоров – регулирование действующего значения переменного напряжения, управляемые выпрямители, преобразование постоянного напряжения в переменное, исполнительные узлы устройств автоматики и т.д.