Динисторы средней и большой мощности. Динистор принцип работы. Свойства динистора и принцип его работы - Меандр - занимательная электроника

Среди огромного количества всевозможных полупроводниковых приборов существует динистор.

В радиоэлектронной аппаратуре динистор встречается довольно редко, ходя его можно встретить на печатных платах широко распространённых энергосберегающих ламп , предназначенных для установки в цоколь обычной лампы. В них он используется в цепи запуска. В маломощных лампах его может и не быть.

Также динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах, предназначенных для ламп дневного света.

Динистор относится к довольно большому классу тиристоров .

Условное графическое обозначение динистора на схемах.

Для начала узнаем, как обозначается динистор на принципиальных схемах. Условное графическое обозначение динистора похоже на изображение диода за одним исключением. У динистора есть ещё одна перпендикулярная черта, которая, судя по всему, символизирует базовую область, которая и придаёт динистору его свойства.

Условное графическое обозначение динистора на схемах

Также стоит отметить тот факт, что изображение динистора на схеме может быть и другим. Так, например, изображение симметричного динистора на схеме может быть таким, как показано на рисунке.

Возможное обозначение симметричного динистора на схеме

Как видим, пока ещё нет какого-либо чёткого стандарта в обозначении динистора на схеме. Скорее всего, связано это с тем, что существует огромный класс приборов под названием тиристоры. К тиристорам относится динистор, тринистор (triac), симистор, симметричный динистор. На схемах все они изображаются похожим образом в виде комбинации двух диодов и дополнительных линий, обозначающих либо третий вывод (тринистор) либо базовую область (динистор).

В зарубежных технических описаниях и на схемах, динистор может иметь названия trigger diode , diac (симметричный динистор). Обозначается на принципиальных схемах буквами VD, VS, V и D.

Чем отличается динистор от полупроводникового диода?

Во-первых, стоит отметить, что у динистора три (! ) p-n перехода. Напомним, что у полупроводникового диода p-n переход всего один. Наличие у динистора трёх p-n переходов придаёт динистору ряд особенных свойств.

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора 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.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике (ВАХ ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics ) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения V BO – Breakover voltage.

Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (V BO или U вкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.

Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током I max , который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (V BO) составляет 32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении ("+" к катоду, а "-" к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

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.

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

Условное графическое обозначение динистора на схеме немного напоминает полупроводниковый диод за одним отличием. У него есть перпендикулярная черта, которая символизирует базовую область, и придающая динистору его необыкновенные параметры и характеристики.

Но как это ни странно изображение динистора на ряде схем бывает и другим. Допустим, изображение симметричного динистора может быть таким:

Такой разброс в условно-графических обозначениях связан с тем, что существует огромный класс полупроводников тиристоров. К которым относится динистор, тринистор (triac), симистор. На схемах все они похожи в виде сочетания из двух диодов и дополнительных линий. В зарубежных источниках этот подкласс полупроводника получил название trigger diode (триггерный диод), diac. На принципиальных схемах он может обозначаться латинскими символами VD, VS, V и D.

Основной принцип работы динистора основывается на том, что при прямом включении он не пропустит электрический ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет заданной величины.

Обычный диод также имеет такой параметр как напряжение открытия, но для него оно лишь пара сотен милливольт. При прямом включении обычный диод открывается как только к его выводам приложить небольшой уровень напряжения.

Чтобы наглядно понять в принцип работы необходимо посмотреть на вольт-амперную характеристику, она позволяет наглядно рассмотреть, как работает этот полупроводниковый прибор.

Рассмотрим ВАХ самого часто встречающегося симметричного динистора типа DB3. Его можно монтировать в любую схему без соблюдения цоколевки. Работать он будет точно, а вот напряжение включения (пробоя) может немного отличаться, где-то на три вольта

Как мы можем видеть обои ветви характеристики, абсолютно одинаковы. (говорит о том, что он симметричный) Поэтому и работа DB3 не зависит от полярности напряжения на его выводах.

ВАХ имеет три области, показывающие режим работы полупроводника типа DB-3 при определенных факторах.

Голубой участок показывает начальное закрытое состояние. Ток через него не идет. При этом уровень напряжения, приложенный к выводам, ниже уровня напряжения включения V BO – Breakover voltage .
Желтый участок это момент открытия динистора когда напряжение на его контактах достигает уровня напряжения включения (V BO или U вкл .). При этом полупроводник начинает открываться и через него проходит электрический ток. Затем процесс стабилизируется и он переходит в следующее состояние.
Фиолетовый участок ВАХ показывает открытое состояние. При этом ток, протекающий через прибор ограничен только максимальным током I max , который можно найти в справочнике. Падение напряжения на открытом триггерном диоде невелико и составляет около 1 – 2 вольт.

Таким образом из графика четко видно, что динистор в своей работе похож на диод за одним большим "НО". Если его пробивное напряжение обычного диода составляет значение (150 – 500 мВ), то для открытия триггерного диода требуется подать на его выводы напряжение от пары десятки вольт. Так для прибора DB3 напряжение включения составляет 32 вольта.

Для полного закрытия динистора, необходимо снизить уровень тока до значения ниже тока удержания. В случае несимметричного варианта, при обратном включении он не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического уровня и он сгорит. В радиолюбительских самоделках динистор может использоваться в стробоскопах, переключателях и регуляторах мощности и многих других устройствах.

Основой конструкции является релаксационный генератор на VS1. Входное напряжение выпрямляется диодом VD1 и поступает через сопротивление R1 на подстроечник R2. С его движка часть напряжения следует на емкость С1, тем самым заряжая ее. Если напряжение на входе не выше нормы, напряжения зарядки емкости нехватит для пробоя, и VS1 закрыт. Если уровень сетевого напряжения увеличивается, заряд на конденсаторе тоже возрастает, и пробивает VS1. С1 разряжается через VS1 головной телефон BF1 и светодиод, тем самым сигнализируя об опасном уровне сетевого напряжения. После этого VS1 закрывается и емкость опять начинает накапливать заряд. Во втором варианте схемы подстроечное сопротивление R2 должно быть мощностью не ниже 1 Вт, а резистор R6 - 0,25 Вт. Регулировка этой схемы заключается к установке подстроечными сопротивлениями R2 и R6 нижнего и верхнего предела отклонения уровня сетевого напряжения.

Здесь используется широко распространенный двунаправленный симметричный динистор DB3. Если FU1 цел, то динистор закорочен диодами VD1 и VD2 во время положительного полупериода сетевого напряжения 220В. Светодиод VD4 и сопротивление R1 шунтируют емкость С1. Светодиод горит. Ток через него определяется номиналом сопротивления R2.

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.