Что такое динистор мы с вами разобрали на , сегодня перед нами еще один прибор – симметричный динистор или, как его еще называют любители говорить не по-русски — диак. Это тоже двухэлектродный прибор, осталось узнать почему симметричный и как это влияет на его работу. На принципиальной схеме симметричный динистор обозначают по–разному. К примеру, так:
Исходя из логики и предыдущего опыта можно предположить, что симметричный динистор – это два обычных, соединенных (если верить графическому обозначению) встречно-последовательно. Но если это так, то как ни подавай на прибор напряжение, в любом случае один из динисторов окажется включенным в обратном направлении и как ни крути, прибор просто не будет пропускать ток. Ни туда, ни сюда (динистор при обратном напряжении, как мы помним, закрывается). Зачем он тогда нужен? Или в наших теоретических выкладках ошибка? Что ж, давайте проверим. Снова собираем нашу гипотетическую схему, но вместо обычного динистора ставим симметричный:
Начинаем уменьшать сопротивление резистора, напряжение на динисторе растет, тока нет. В определенный момент времени наш прибор открывается полностью, как обычный динистор и отключится только тогда, когда ток через него не станет меньше тока удержания (I уд ). Пока перед нами классический динистор. Меняем полярность батареи и повторяем опыт:
Результат тот же: прибор «молчит» до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет определенной его параметрами величины – напряжения открывания (U откр ). Потом открывается полностью и не закроется до тех пор, пока ток через него мы не уменьшим до определенного уровня – тока удержания (I уд ). Картина получается прямо противоположной той, которую мы вычислили путем логики. Симметричный динистор – два однотипных обычных динистора, включенных встречно, но не последовательно, как показано на графическом обозначении выше, а параллельно:
Так какое условное графическое обозначение (УГО) соответствует истине? Конечно второе, но на принципиальных схемах симметричный динистор может обозначаться и так, и так, и еще много как.
Сегодня рассмотрим динистор, принцип его работы, обозначение, в каких схемах встречается и для чего он нужен. Динистор относиться по своему составу к полупроводникам, точнее к тиристорам, и имеет в своем составе целых три p-n перехода. У него нет управляющего электрода, и его применение в электронике, довольно скудно.
Принцип работы динистора
Попробую разъяснить принцип работы динистора, доступным языком. Начнем с того, при прямом включении динистора в цепь, он начнёт пропускать ток, только когда напряжение на нем, вырастит до необходимой величины, несколько десятков вольт. В отличие от диода, он открывается от нескольких долей вольта.
Когда динистор откроется, величина тока в цепи, будет зависеть только от сопротивления самой цепи, ключ сработал. Динистор называется не полностью управляемый ключ, его можно выключить, если снизить ток, проходящий через элемент.
Теперь нам необходимо его закрыть, начинаем снижать напряжение на концах динистора. Соответственно снижается ток, проходящий через прибор. При определенном значении тока, проходящего через элемент, динистор закроется. Ток в цепи мгновенно упадёт до нуля, ключ закрывается.
Все можно понять из графика, кому тяжело и не совсем понятно, подытожим. Динистор открывается при определённом напряжении, а закрывается при некотором значении тока.
Как обозначается динистор на схеме? Практически как диод, только посередине имеет вертикальную черту. Хотя это не единственное его обозначение, все они относятся к классу тиристоров, отсюда и разнообразие.
Где используются динисторы
Используется в основном в регуляторах мощности и импульсных генераторах. Пылесосы, настольные, люминесцентные лампы, в электронных трансформаторах. УШМ, дрели и прочий инструмент.
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.
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
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.
