Experimentos divertidos: uma família de tiristores. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante

 Comentários do artigo

Muitas vezes você pode ouvir e ler a palavra “tiristor” em revistas populares de engenharia de rádio. Estamos falando de um dispositivo semicondutor. Mas, infelizmente, tal dispositivo não existe, uma vez que os tiristores são uma classe de dispositivos. Inclui um dinistor (tiristor de diodo), um trinistor (tiristor triodo) e um triac (tiristor simétrico). Iremos conhecê-los através de experiências divertidas. Vamos começar com dinistor.

Cada dispositivo semicondutor da classe dos tiristores é uma “torta” de várias camadas que formam uma estrutura semicondutora de junções pn alternadas. O dinistor possui três dessas transições (Fig. 1), mas as conclusões são tiradas apenas das regiões extremas (p e n). A superfície do cristal “torta” com condutividade elétrica tipo n é geralmente soldada na parte inferior da caixa - este é o cátodo do dinistor, e a saída da superfície oposta do cristal é feita através de um isolador de vidro - este é o ânodo.

Externamente, o dinistor (a série KN102 com índices de letras AI e seu análogo com a designação 2N102 é comum) não difere dos diodos retificadores da série D226. Como no caso de um diodo, uma tensão de alimentação positiva é fornecida ao ânodo do dinistor e uma tensão negativa ao cátodo. E certifique-se de incluir uma carga no circuito dinistor: um resistor, uma lâmpada, um enrolamento do transformador, etc.

Se você aumentar gradualmente a tensão, a corrente através do dinistor aumentará inicialmente ligeiramente (Fig. 2). O dinistor está praticamente fechado. Este estado continuará até que a tensão no dinistor se torne igual à tensão de ativação Uon. Neste momento, ocorre um processo semelhante a uma avalanche de aumento de corrente na estrutura de quatro camadas e o dinistor entra no estado aberto. A queda de tensão através dele diminui drasticamente (isso pode ser visto na característica), e a corrente através do dinistor será agora determinada pela resistência da carga, mas não deve exceder o Iopen.max máximo permitido. Para todos os dinistores KN102 série, esta corrente é de 200 mA.

A tensão na qual o dinistor abre é chamada de tensão de ativação (Uon), e a corrente correspondente a este valor é a corrente de ativação (Ion).Cada dinistor tem sua própria tensão de ativação, por exemplo, para KN102A - 20 V, e para KN102I - 150 V. O mesmo A tensão de comutação para todos os dinistores da série é de 5 mA.

O dinistor pode permanecer no estado aberto desde que a corrente contínua que passa por ele exceda a corrente mínima permitida Isp, chamada de corrente de retenção.

O ramo reverso da característica do dinistor é semelhante ao mesmo ramo de um diodo convencional. Fornecimento de tensão reversa ao dinistor acima do Urev.max permitido. pode danificá-lo. Para todos os dinistores e Uob.max. é 10 V, enquanto a corrente Irev.max. não excede 0,5 mA.

Agora que você se familiarizou com alguns parâmetros do dinistor, você pode montar dois geradores e experimentá-los.

Gerador de flash de luz (Fig. 3). Ele permite que você obtenha flashes de luz de uma lâmpada incandescente. Quando o plugue X1 do gerador é inserido em uma tomada elétrica, o capacitor C1 começará a carregar (somente durante semiciclos positivos). A corrente de carga é limitada pelo resistor R1. Assim que a tensão através dele atingir a tensão de ativação do dinistor, o capacitor será descarregado através dele e da lâmpada EL1. Embora a tensão no capacitor seja muito maior (8 vezes!) que a tensão de operação da lâmpada (2,5 V), ela não queimará porque a duração do pulso da corrente de descarga é muito curta.

Depois que o capacitor for descarregado, o dinistor fechará e o capacitor começará a carregar novamente. Em breve aparecerá um novo flash, seguido do próximo, etc. Com os detalhes indicados no diagrama, os flashes seguirão a cada 0,5 s.

Substitua o resistor por outro, digamos, de menor resistência. A frequência dos surtos aumentará. E com um resistor de maior resistência diminuirá. Um resultado semelhante será obtido diminuindo ou aumentando a capacitância do capacitor.

Voltando ao circuito gerador original, instale um capacitor C2 adicional (pode ser papel ou óxido) com capacidade de vários microfarads para uma tensão de pelo menos 400 V. Os flashes desaparecerão. A solução é simples. Quando este capacitor não estava presente, o resistor recebeu Fig. 3 meios ciclos da tensão da rede, ou seja, variou de zero ao valor máximo de amplitude. Portanto, após descarregar o capacitor C1, a corrente através do dinistor em algum ponto (quando a senóide passa por zero) caiu para zero e o dinistor desligou. Com a conexão do capacitor C2, a tensão no terminal esquerdo do resistor conforme diagrama já fica pulsante, pois o capacitor passa a atuar como filtro para um retificador de meia onda e a tensão nele não cai a zero. E portanto, após a abertura do dinistor e o primeiro flash da lâmpada, uma pequena corrente continua fluindo por ele, ultrapassando a corrente de retenção. O dinistor não desliga, o gerador não funciona.

É verdade que o gerador pode funcionar (e você pode verificar isso) se aumentar a resistência do resistor, mas os flashes ocorrerão muito raramente. Para aumentar a frequência do flash, tente reduzir a capacitância do capacitor C1. O que acontecerá é que a energia armazenada no capacitor não será suficiente para manter o brilho suficiente dos flashes.

O dinistor neste dispositivo pode ser, além do indicado no diagrama, KN102B. Capacitor C 1 - óxido de qualquer tipo com tensão nominal não inferior a 50 V, diodo - com corrente não inferior a 50 mA e tensão reversa não inferior a 400 V, resistor - com potência de pelo menos 2 W, lâmpada - com tensão de operação de 2,5 V e corrente de 0,26 A.

Gerador de frequência de áudio (Fig. 4). Seu circuito é semelhante ao anterior, mas a lâmpada incandescente é substituída por uma carga de maior impedância - fones de ouvido TON-2 (BF1), cujas cápsulas são retiradas da faixa de cabeça (não é necessário retirá-la) e conectados em série. A capacidade do capacitor de carga-descarga (C2) foi significativamente reduzida, devido ao qual a frequência do sinal gerado aumentou (até 1000 Hz). A resistência do resistor limitador (R2) no circuito dinistor também aumentou.

Os elementos restantes são um retificador de meia onda, no qual o capacitor C1 filtra a tensão retificada e o resistor R1 ajuda a reduzir a tensão reversa no diodo VD1. Se você usar uma tensão alternada de 45...60 V para alimentar o gerador, o resistor R1 não será necessário.

O capacitor C1 pode ser de papel, por exemplo MBM, C2 - qualquer tipo com tensão de pelo menos 50 V, um diodo - qualquer um com tensão reversa permitida de pelo menos 400 V.

Assim que o plugue X1 for inserido na tomada, um som de determinado tom aparecerá nos fones de ouvido. Substitua o capacitor C2 por outro de menor capacidade - e a tonalidade do som aumentará. Se você instalar um capacitor maior, os telefones produzirão um som mais grave. Os mesmos resultados serão obtidos ao alterar a resistência do resistor R2 - verifique isto. Observe que atualmente estão sendo produzidos microcircuitos com características próximas aos dinistor, podendo em alguns casos substituí-los (ver “Rádio”, 1998, nº 5, pp. 59-61).

E para concluir, algumas palavras sobre precauções de segurança. Ao realizar experimentos com geradores, não toque nos terminais das peças com as mãos quando o plugue X1 estiver conectado à rede, não toque nos fones de ouvido, principalmente não os coloque na cabeça, e durante todas as soldas ou conexões das peças, de -energizar a estrutura e descarregar (com uma pinça ou pedaço de fio de montagem) os capacitores.

O próximo dispositivo semicondutor da classe dos tiristores é o tiristor. Sua principal diferença em relação a um dinistor é a presença de uma saída adicional, denominada eletrodo de controle (CE), de uma das transições (Fig. 5) da estrutura de quatro camadas. O que esta conclusão fornece?

Suponhamos que o eletrodo de controle não esteja conectado em lugar nenhum. Nesta versão, o tiristor mantém as funções de um dinistor e liga quando a tensão anódica Uon é atingida (Fig. 6).

Mas assim que você aplicar pelo menos uma pequena tensão positiva ao eletrodo de controle em relação ao cátodo e, assim, passar uma corrente contínua através do eletrodo de controle - circuito catódico, a tensão de ativação diminuirá. Quanto maior a corrente, menor a tensão de ativação.

A tensão de ativação mais baixa corresponderá a uma certa corrente máxima Iу.е, que é chamada de corrente de retificação - o ramo direto é retificado tanto que se torna semelhante ao mesmo ramo do diodo.

Após ligar (ou seja, abrir) o SCR, o eletrodo de controle perde suas propriedades e será possível desligar o SCR reduzindo a corrente direta abaixo da corrente de retenção Isp, ou desligando brevemente a tensão de alimentação (um curto-circuito). circuito entre o ânodo e o cátodo é aceitável).

O tiristor pode ser aberto por corrente contínua que passa pelo eletrodo de controle ou por corrente pulsada, e a duração do pulso permitida é de milionésimos de segundo!

Cada tiristor (na maioria das vezes você encontrará tiristores das séries KU101, KU201, KU202) possui certos parâmetros, que são fornecidos em livros de referência e de acordo com os quais o tiristor geralmente é selecionado para a estrutura montada. Em primeiro lugar, esta é a tensão direta constante permitida (Upr) no estado fechado, bem como a tensão reversa constante (Urev) - não é especificada para todos os tiristores e, na ausência de tal valor, é indesejável aplicar tensão reversa para um determinado tiristor.

O próximo parâmetro é a corrente contínua no estado aberto (Ipr) em uma determinada temperatura permitida da caixa. Se o tiristor aquecer até uma temperatura mais alta, ele deverá ser instalado em um radiador - isso geralmente é relatado na descrição do projeto.

Não menos importante é um parâmetro como a corrente de retenção (Iud), que caracteriza a corrente anódica mínima na qual o tiristor permanece ligado após a remoção do sinal de controle. Os parâmetros limitantes para o circuito do eletrodo de controle também são especificados - a corrente máxima de abertura (Iу.оt) e a tensão de abertura constante (Uу.оt) em uma corrente não superior a Iу.оt.

Ao operar SCRs das séries KU201, KU202, é recomendado incluir um resistor shunt com resistência de 51 Ohms entre o eletrodo de controle e o cátodo, embora na prática, na maioria dos casos, uma operação confiável seja observada sem resistor. E mais uma condição importante para esses tiristores é que quando a tensão no ânodo for negativa, o fornecimento de corrente de controle não é permitido.

Agora vamos realizar alguns experimentos para entender melhor o funcionamento do SCR e as características de seu controle. Estoque um tiristor, digamos, KU201L, uma lâmpada incandescente em miniatura de 24 V, uma fonte de tensão constante de 18...24 V com uma corrente de carga de 0,15...0,17 A e uma fonte de tensão alternada de 12...14 V (por exemplo, uma rede de transformador de um receptor antigo ou gravador com dois enrolamentos secundários de 6,3 V com corrente de até 0,2 A, conectados em série).

Como abrir um trinistor (Fig. 7). Coloque o motor do resistor variável R2 na posição inferior de acordo com o diagrama e, em seguida, conecte a cascata de tiristores a uma fonte de corrente contínua. Ao pressionar o botão SB1, mova suavemente o controle deslizante do resistor variável para cima no circuito até que a lâmpada HL1 acenda. Isso indicará que o tiristor foi aberto. Você pode soltar o botão, a lâmpada continuará acesa.

Para fechar o tiristor e retorná-lo ao seu estado original, basta desligar a fonte de alimentação por um breve período. A lâmpada apagará. Ao pressionar o botão novamente, você abre o tiristor e acende a lâmpada. Agora tente apagá-lo de outra forma - com o botão liberado, brevemente, digamos, com uma pinça, feche os terminais do ânodo e do cátodo, como mostra a Fig. 7 por linha tracejada.

Para medir a corrente de abertura do SCR, conecte um miliamperímetro ao circuito aberto do eletrodo de controle (no ponto A) e, movendo suavemente o controle deslizante do resistor variável da posição inferior para a superior (com o botão pressionado), espere até que o lâmpada acende. A agulha do miliamperímetro registrará o valor atual desejado.

Ou talvez você queira saber qual é a corrente de retenção de um SCR? Em seguida, conecte o miliamperímetro ao circuito aberto no ponto B, e em série com ele um resistor variável (com valor nominal de 2,2 ou 3,3 kOhm), cuja resistência deve primeiro ser removida. Com o SCR aberto, aumente a resistência do resistor adicional até que o ponteiro do miliamperímetro retorne abruptamente a zero. A leitura do miliamperímetro antes deste momento é a corrente de retenção.

O trinistor é controlado por um impulso (Fig. 8). Altere ligeiramente o estágio do tiristor eliminando o resistor variável e introduzindo o capacitor C1 com capacidade de 0,25 ou 0,5 μF. Agora, a tensão CC não é fornecida ao eletrodo de controle, embora isso não torne o tiristor incontrolável.

Após aplicar tensão de alimentação à cascata, pressione o botão. O capacitor C1 carregará quase instantaneamente e sua corrente de carga na forma de pulso passará pelo resistor R2 e pelo eletrodo de controle conectado em paralelo. Mas mesmo um pulso de curto prazo é suficiente para o tiristor abrir. A lâmpada acenderá e, como no caso anterior, permanecerá neste estado mesmo após o botão ser liberado. O capacitor descarregará através dos resistores R1, R2 e estará pronto para o próximo pulso de corrente.

Agora pegue um capacitor de óxido C2 com capacidade de pelo menos 100 uF e conecte-o momentaneamente na polaridade apropriada aos terminais anódico e cátodo do SCR. Um pulso de corrente de carga também passará pelo capacitor. Como resultado, o tiristor será desviado (os terminais indicados serão fechados) e, naturalmente, fechará.

SCR no regulador de potência (Fig. 9). A capacidade do SCR de abrir em diferentes tensões anódicas dependendo da corrente do eletrodo de controle é amplamente utilizada em reguladores de potência que alteram a corrente média que flui através da carga.

Para conhecer essa “profissão” de trinistor, monte um layout a partir das peças mostradas no diagrama. Em um retificador de onda completa, tanto diodos individuais quanto uma ponte de diodos pronta podem funcionar, por exemplo, as séries KTs402, KTs405. Como você pode ver, não há capacitor de filtro na saída do retificador - ele não é necessário aqui. Para monitorar visualmente os processos que ocorrem na cascata, conecte um osciloscópio operando em modo automático (ou standby) com sincronização interna em paralelo à carga (lâmpada HL1).

Coloque o controle deslizante do resistor variável R2 na posição superior de acordo com o diagrama (a resistência é removida) e aplique tensão alternada à ponte de diodos. Pressione o botão SB1. A lâmpada acenderá imediatamente e uma imagem de meios ciclos de uma onda senoidal aparecerá na tela do osciloscópio (diagrama a), característica da retificação de onda completa sem capacitor de suavização.

Solte o botão e a lâmpada apagará. Tudo está correto, pois o tiristor fecha assim que a tensão senoidal passa por zero. Se um capacitor de óxido de filtragem for instalado na saída do retificador, ele não permitirá que a tensão retificada diminua para zero (o formato da tensão para esta opção é mostrado no diagrama com uma linha tracejada) e a lâmpada não apagará após liberando o botão.

Pressione o botão novamente e mova suavemente o controle deslizante do resistor variável para baixo ao longo do circuito (insira a resistência). O brilho da lâmpada começará a diminuir e a forma da “meia onda senoidal” começará a distorcer (diagrama b). Agora a corrente através do eletrodo de controle diminui em relação ao valor original e, portanto, o tiristor abre com uma tensão de alimentação mais alta, ou seja, parte da meia onda senoidal, o tiristor permanece fechado. Como isso reduz a corrente média que passa pela lâmpada, seu brilho diminui.

Com mais movimento do controle deslizante do resistor e, portanto, uma diminuição na corrente de controle, o tiristor pode abrir somente quando a tensão de alimentação atingir praticamente o seu máximo (diagrama c). Uma diminuição subsequente na corrente através do eletrodo de controle fará com que o SCR não abra.

Como você pode ver, alterando a corrente de controle e, portanto, a amplitude da tensão no eletrodo de controle, é possível regular a potência da carga dentro de uma faixa bastante ampla. Esta é a essência do método de amplitude para controlar um tiristor.

Caso seja necessário obter grandes limites de controle, utiliza-se o método de fase, no qual a fase da tensão no eletrodo de controle é alterada em comparação com a fase da tensão anódica.

Não é difícil mudar para este método de controle - basta conectar um capacitor de óxido C1 com capacidade de 100...200 μF entre o eletrodo de controle e o cátodo SCR. Agora o tiristor poderá abrir em pequenas amplitudes da tensão anódica, mas já na segunda “metade” de cada meio ciclo (diagrama d). Como resultado, os limites de mudança na corrente média através da carga e, portanto, na potência liberada sobre ela, se expandirão significativamente.

Analógico Trinistor. Acontece que não é possível adquirir o tiristor necessário. Ele pode ser substituído com sucesso por um analógico montado a partir de dois transistores de estruturas diferentes. Se uma tensão positiva (em relação ao emissor) for aplicada à base do transistor VT2, o transistor abrirá ligeiramente e a corrente de base do transistor VT1 fluirá através dele. Este transistor também abrirá ligeiramente, o que levará a um aumento na corrente de base do transistor VT2. O feedback positivo entre os transistores levará à sua abertura semelhante a uma avalanche.

Os transistores analógicos são selecionados dependendo da corrente máxima de carga e da tensão de alimentação. A transição de controle do analógico e do tiristor é fornecida com uma tensão (ou sinal de pulso) apenas de polaridade positiva. Se, devido às condições de operação do dispositivo que está sendo projetado, um sinal negativo puder aparecer, o eletrodo de controle deverá ser protegido, por exemplo, ligando um diodo (cátodo para o eletrodo de controle, ânodo para o cátodo do SCR).

O último dispositivo da família dos tiristores é um triac (Fig. 11), simétrico tiristor. Assim como o tiristor, ele é fabricado em um invólucro semelhante com o mesmo ânodo, eletrodo de controle e terminais catódicos. O triac possui uma estrutura multicamadas complexa com junções elétron-buraco. Uma saída de controle (CE) é feita a partir de uma das transições.

Como ambas as regiões extremas da estrutura possuem o mesmo tipo de condutividade, se houver uma tensão adequada nos eletrodos do triac, pulsos de corrente podem passar por ele em ambas as direções.

Os triacs comuns que você encontrará na prática do rádio amador são a série KU208.

Autor: B.Ivanov

Veja outros artigos seção Radioamador iniciante.

Leia e escreva útil comentários sobre este artigo.

<< Voltar

Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:

Uma nova maneira de controlar e manipular sinais ópticos 05.05.2024

O mundo moderno da ciência e da tecnologia está se desenvolvendo rapidamente e todos os dias surgem novos métodos e tecnologias que nos abrem novas perspectivas em vários campos. Uma dessas inovações é o desenvolvimento, por cientistas alemães, de uma nova forma de controlar sinais ópticos, que poderá levar a progressos significativos no campo da fotónica. Pesquisas recentes permitiram que cientistas alemães criassem uma placa de ondas sintonizável dentro de um guia de ondas de sílica fundida. Este método, baseado no uso de uma camada de cristal líquido, permite alterar efetivamente a polarização da luz que passa por um guia de ondas. Este avanço tecnológico abre novas perspectivas para o desenvolvimento de dispositivos fotônicos compactos e eficientes, capazes de processar grandes volumes de dados. O controle eletro-óptico da polarização fornecido pelo novo método poderia fornecer a base para uma nova classe de dispositivos fotônicos integrados. Isto abre grandes oportunidades para ... >>

Teclado Primium Seneca 05.05.2024

Os teclados são parte integrante do nosso trabalho diário com o computador. Porém, um dos principais problemas que os usuários enfrentam é o ruído, principalmente no caso dos modelos premium. Mas com o novo teclado Seneca da Norbauer & Co, isso pode mudar. O Seneca não é apenas um teclado, é o resultado de cinco anos de trabalho de desenvolvimento para criar o dispositivo ideal. Cada aspecto deste teclado, desde propriedades acústicas até características mecânicas, foi cuidadosamente considerado e equilibrado. Uma das principais características do Seneca são os estabilizadores silenciosos, que resolvem o problema de ruído comum a muitos teclados. Além disso, o teclado suporta várias larguras de teclas, tornando-o conveniente para qualquer usuário. Embora Seneca ainda não esteja disponível para compra, seu lançamento está programado para o final do verão. O Seneca da Norbauer & Co representa novos padrões em design de teclado. Dela ... >>

Inaugurado o observatório astronômico mais alto do mundo 04.05.2024

Explorar o espaço e seus mistérios é uma tarefa que atrai a atenção de astrônomos de todo o mundo. No ar puro das altas montanhas, longe da poluição luminosa das cidades, as estrelas e os planetas revelam os seus segredos com maior clareza. Uma nova página se abre na história da astronomia com a inauguração do observatório astronômico mais alto do mundo - o Observatório do Atacama da Universidade de Tóquio. O Observatório do Atacama, localizado a uma altitude de 5640 metros acima do nível do mar, abre novas oportunidades para os astrônomos no estudo do espaço. Este local tornou-se o local mais alto para um telescópio terrestre, proporcionando aos investigadores uma ferramenta única para estudar as ondas infravermelhas no Universo. Embora a localização em alta altitude proporcione céus mais claros e menos interferência da atmosfera, construir um observatório em uma montanha alta apresenta enormes dificuldades e desafios. No entanto, apesar das dificuldades, o novo observatório abre amplas perspectivas de investigação para os astrónomos. ... >>

Notícias aleatórias do Arquivo Relâmpago atinge o céu 14.06.2002 Durante uma tempestade tropical na costa de Porto Rico conseguiu fotografar o relâmpago "invertido". Ela bateu da nuvem não no chão, mas no céu, a uma altura de até 70 quilômetros. Em seu núcleo, era uma poderosa quebra elétrica entre as nuvens e a ionosfera. Os pesquisadores sugerem que essas descargas ocorrem com bastante frequência, mas nem sempre podem ser registradas. Os raios "invertidos" podem desempenhar um papel importante no balanço energético geral do planeta.

Outras notícias interessantes:

▪ Fichas após o dano podem ser restauradas

▪ Toshiba promete bateria de 10 anos

▪ Descobertos vestígios de uma colisão de duas super-Terras

▪ Novo registro de dados sem fio

▪ Smartphone para jogos Sony Xperia 1 IV

Feed de notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica

Materiais interessantes da Biblioteca Técnica Gratuita:

▪ seção do site Histórias da vida de radioamadores. Seleção de artigos

▪ artigo Recipiente de plástico. História da invenção e produção

▪ artigo O que é um AVC? Resposta detalhada

▪ artigo Oliva cultural. Lendas, cultivo, métodos de aplicação

▪ artigo Colorindo peles de ovelha tibetanas. receitas simples e dicas

▪ artigo Foco com uma tela e uma caixa. Segredo do foco

Deixe seu comentário neste artigo:

Todos os idiomas desta página

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site

www.diagrama.com.ua
2000-2024