Тиристордың пайдалану өрісі

Тиристорлдардың пайдалану ө рісі айтарлық тай кең.Бір кездерде ол тіпті ә ртү рлі генераторлар, триггерлер т.б. аз қ уатты қ ұ рылғ ылар жасауғ а да пайдаланылды. Дегенмен, микроэлектрониканың жедел дамуына байланысты тиристорлар ааталғ ан бағ ыттардан ығ ыстырып шығ арылып, ө з игілігіне тек жоғ ары қ уатты ө рісті ғ ана қ алдырды. Нақ ты айтқ анда, олар тө мендегідей бағ ыттарды игеріп отыр. Біріншіден, олар басқ арылмалы тү зеткіштерде кең інен қ олданылады, мұ нда оның бір бағ ытта ғ ана ток ө ткізіп, токтың немесе кернеудің белгілі бір бө лігін ғ ана ө ткізу қ асиеті пайдаланылады.Қ андай бө лігін ө ткізеді деген сұ рақ қ а басқ ару электродына берілген кернеу (тұ рақ ты немесе импульстік)жауап береді. 9-суретте келтірілген диаграммада тиристордың ашылуы a бұ рышына кешеуілдетілген импульспен басқ арылып, кернеу мен токтың жү ктемедегі пішіні осы бұ рыш шамасына шегеріле шығ ып отыр. Нақ ты суретте кө рсетілгендей a=90⁰ болса, онда жү ктемеге берілген кернеудің шамасы екі есе аз болады. Ал кернеудің толық шамасын алу ү шін a=0 болуы керек те, бұ л басқ арылмайтын тү зеткіштердің қ асиеттеріне тә н болады.

Сонымен, басқ ару импульсінің берілетін мезетін (бұ рышын) ө згерте отырып, жү ктемедегі кернеуді де аламыз. Тү зеткіштің басқ арылмалы деп айтылатын себебі де содан.

Тү зеткіштік немесе вентильдік қ асиет диодтардың бір жақ ты ө ткізу қ асиеті.Бірақ тирисордың басқ арылу мү мкіндігін екі жақ ты ө ткізу кезінде де пайдалануғ а болады.Екінші бағ ытта ө ткізуді қ арсы қ осылғ ан екінші тиримтормен қ амтамасыз етуге болады. Осы екі тиристор бірге жасалса симистордв плпмыз.Сонымен, симистор деп ток шамасын екі бағ ытта да реттей алатын электрондық аспапты айтамыз.

Сондық тан да оны айнымалы токты басқ аратын электрондық аспап деп те атайды. Жү ктеме кернеуіндегі боялғ ан бө ліктер тиристордың кө мегімен жү ктемеге ө ткізілмеген кернеу бө ліктері.

7.5 Тиристордың сипаттамалары мен кө рсеткіштері

Тиристордың негізгі вольтамперлік шығ ыс сипаттамасы жоғ арыда келтірілді. Оларғ а қ осымша оның кірістік басқ ару сипаттамасын да атап ө туге болады. Басқ ару тізбегінің p-n ауысуынан тұ ратындығ ын ескере отырып оның сипаттамасы бізге белгілі деп есептеуімізге болады. Ол p-n ауысуының немеае диодтың сипаттамасын қ айталайды.

Тиристор жалпы қ уатты электрондық аспап.Оның ток шамасы килоамперге, ал кернеу шамасы бірнеше киловольтқ а жетуі мү мкін. Транзистормен салыстырып, оның қ олдану аймағ ын айқ ындағ анда да осы жағ дай ескеріледі. Қ азіргі кезде шамамен 10 кВт-қ а дейінгі аралық ты транзисторлар ''жайласа'', одан жоғ ары қ уат шамаларында, cө з жоқ, тиристорлардың артық шылық тары еркіндік алады.

Ә рбір тиристордың шектік мү мкіндіктерін байқ апб оның пайдалану ауқ ымын белгілеу ү шін анық тамаларда оның кө рсеткіштеріне бағ а бере білу керек. Пайдалану барысында олардың сенімді жұ мыс атқ аруы ү шін біз оның қ андай кернеу тү суінешыдайтынын білуіміз керек. Осы мү мкіндіктерді кө рсету ү шін анық тама кітапшаларында ашық тиристордың ток шегі мен жабық тиристордың кернеу ұ стау шегі белгіленеді. Токтың негізінен орташа, тұ рақ ты шамасы кө рсетілсе (I_тp) кернеудің кө бінесе қ айталанатын жә не қ айталанбайтын шектерінің мә ндері белгіленеді.

Тиристордың ө зіндік ерекше кө рсеткіштері ретінде оның анод тогы мен анод кернеуінің ө су жылдамдық тарының шектерін атап ө туге болады. Бұ ларды кө рсеткіш есебінде енгізудің себебін тү сіндіре кетейік.

Тиристорды тізбекке тез қ осқ анда, оның анод тогы белгілі бір жыодамдық пен ө седі. Ол бірте-бірте тиристордың кө лденең қ имасына тарала тү сіп, оны толық қ амтуғ а тырысады. Егер токтың ө су жылдамдығ ы қ има ауданының ө су жылдамдығ ынан артық болса, ток тығ ыздығ ы бірте-бірте ө се келіп, тиристорды істен шығ аруы мү мкін. Белгілі бір электрондық аспаптың белгілі бір ток қ имасының ө су жылдамдығ ы болғ андық тан, оның тогының ө су жылдамдығ ына да шек қ ойылып, ол анық тама кітаптарында арнайы кө рсетіледі

Оғ ан кернеу кенеттен жә не кө п тү ссе, одан соғ ұ рлым кө п ток ағ ып, оны есепке алуғ а мә жбү р боламыз.Тиристор қ ұ рамындағ ы ү ш бірдей А1 А2 А3 ауысуларының А2 ауысуы кері қ осылғ ан да, сырттан берілген кернеу негізінен сонда тү седі. Егер осы коллекторлық А2 ауысуының ө зіндік, паразиттік С_к сиымдылығ ында анод кернеуі ерекше тез ө згере қ алса, тиристор қ ұ рамында қ андай ө згерістер туар еді?! … Ә рине, болғ андық тан, кенеттен ө згеген кернеуден туатын ток та ү лкен болар еді. Енді а₁ мен а₂-нің токқ а тә уелді ө згерісін ескере отырып, тиристордың кү тпеген жерден іске қ осылып кету мү мкіндігін (басқ ару электродына ток берілмей тұ рып) жорамалдауымызғ а болады. Осындай мезгілсіз қ осылуды болдырмау ү шін тиристорғ а берілетін анод кернеуінің ө су жылдамдығ ына шек қ ойылып ол анық тамалық тарда арнайы кө рсетіледі.

7.6 Тристорларды таң балау

Тө менгі қ уатты тиристорлар басқ а жартылай ө ткізгіштік электрондық аспаптар сияқ ты таң баланады. Мысалы, КУ204А дегеніміз-кремнийден жасалынғ ан басқ арылатын (У-управляемый)орта жиілікте жұ мыс істейтін тө менгі қ уатты (204)тиристорлардың А тү рі. Бұ л МЕСТ 10862-72 бойынша алынғ ан. Қ азіргі қ олданылып жү рген ОСТ 11.336.918-81 туралы бұ рынғ ы тарауларда айтылғ ан болатын. Мұ ның бә рі электроника ө ндірісінің жү йесі бойынша алынғ ан.

Жоғ ары қ уатты жартылай ө ткізгіштік аспаптар электрлік техника ө ндірісінің жү йесі (МЕСТ 2085971-79) бойынша таң баланады. Бірнеше таң балау мысалдары келесі бетте келт3р3л3п отыр.

Кө ріп отырғ анымыздай тиристор кө рсеткіштерін кө рсетуге белгілері тағ ылады. Мә селен, соң ғ ы таң балаудағ ы шегінен топтарына 5 жә не 2 сандары тағ ылса, осы кө рсеткіштердің шын сан мндерін анық тама кітаптарында келтірілген сә йкестік қ ателеріне табамыз.

Бақ ылау сұ рақ тары

1. Тиристор тү рлері мен олардың схемалық белгілері қ андай?

2. Динистордың жұ мыс істеу принципі, ондағ ы физикалық процестер?

Динистордың екі транзисторлық баламалық схемасы қ андай негізде қ ұ рылғ ан?

3.Динистордың вольтамперлік сипаттамасы қ андай?

4.Тиристордағ ы басқ ару электродының рө лі.Тиристордың вольтамперлік сипаттамасы.

5.Тиристордың сипаттамалары мен кө рсеткіштері.

6.Тиристор негізіндегі электрондық кілттер.

7.Тиристорды токтарды реттеуде пайдалану.

8.Симистордыайнымалы токтарды басқ аруда пайдалану.

9. Қ уатты жартылай ө ткізгіштік электрондық аспаптардың таң балау жү йесі.

Лекция 8. Оптоэлектроника. Интегралдық микросхемалар мен оптоэлектрондық аспаптар. Оптоэлектрондық аспаптар ерекшеліктері. Электрондық кү шейткіштер жұ мыс істеу принциптері.

Қ азіргі кезде электрондық қ ұ рылғ ылар ө те кү рделі жә не кө п элементті болып келеді. Мысалы, электронды есептеуіш м ашиналарының қ ұ рамында 10⁷ шамасында элемент бар. Ә рине, элементтер саны кө бейген сайын қ ұ рылғ ының салмағ ы, кө лемі жә не бағ асы артады, ал сенімді жұ мыс жасау мү мкіндігі азаяды. Аталғ ан мә селелерді шешуде электрондық қ ұ рылғ ығ а кіретін элементттерді кішірейту жә не оларды атқ аратын міндетіне (қ ызметіне) қ арай топтастырып жасау маң ызды орын алады. Мысалы, кү шейткіш каскадты, тү рлендіргішті т.б. бір элемент етіп жасаса, қ ұ рылғ ыны жинастыру, жө ндеу жұ мыстарының жең ілдейтіні хақ. Бірнеше ұ сақ электронды элементтерден тұ ратын жә не белгілі бір жұ мысты атқ аратын электрондық нә рсені интегралдық микросхема деп атайды. Мұ ндағ ы «интегралдық» сө зі «жиынды» деген ұ ғ ымды білдіреді. Интегралдық микросхеманың негізгі параметрлері жинастыру тығ ыздығ ы мен интеграциялық дә режесі. Жинастыру тығ ыздығ ы деп интегралдық микросхеманың бір текше сантиметр кө лемінде орналасқ ан элементтердің санын айтады. Микросхеманың интеграциялық дә режесін оның қ ұ рамындағ ы элементтерінің жалпы саны анық тайды. Ә детте егер микросхеманың қ ұ рамында он элементке дейін болса бірінші интеграциялық дә режелі, оннан жү зге дейін элемент болса екінші интеграциялық дә режелі, жү зден мың ғ а дейін элемент болса ү шінші интеграциялық дә режелі т.с.с. деп саналады. Интеграциялық дә режесі мың нан артық интегралдық схемалар ү лкен интегралдық схема (большая интегральная схема БИС) деп аталады. Жасалу технологиясына қ арай интегралдық микросхемалар шала ө ткізгішті жә не гибридті болып бө лінеді. Шала ө ткізгішті интегралдық микросхемаларда оның барлық элементтері жә не оларды жалғ ау шала ө ткізгіш материалдың ішінде немесе ү стінде орындалады. Шала ө ткізгіштің ү сті диэлектрик болып есептелетін силицийдің қ ос тотығ ымен жабылғ ан, ал элементтердің арасындағ ы изоляция міндетін р - тү рлі силиций атқ арады. Элементтер металл қ абық шалармен жалғ анғ ан. Шала ө ткізгіштің кө лемі ішінде диодтарды, транзситоралрады, резисторларды, жә не конденсаторларды жасауғ а болады. Конденсаторлардың сыйымдылығ ы ретінде р-n ө тпесінің сыйымдылығ ы пайдаланылады. Шала ө ткізгішті интегралдық микросхемаларды жасау технологиясы ө те кү рделі жә не кө п қ аржы жұ мсауды керек етеді. Сондық тан оларды пайдалану ө те кө п мө лшерде шығ арғ анда ғ ана тиімді. Гибридті интегралдық микросхемаларда резисторлар, конденсаторлар мен индуктиыті шарғ ылар тө сеніштиің ү стіне ә ртү рлі ә діспен жұ қ тырылатын қ абық шалардың кө мегімен орындалады да, ал шала ө ткізгішті нә рселер тө сенішке жеке-жеке беріледі.Осылайша дайындалғ ан интегралдық микросхемалар қ ораптың ішіне орналастырылады да, сыротына керекті ұ штары шығ арылады.

Қ азіргі кезеде интегралдық микросхемалардың интергациялы дә режесі ө те жоғ ары жә не фукцниялық қ олданымы жан-жақ ты болып келеді. Интеграциялық микросхемалардың басты кемшілігі берер қ уатының аздығ ы (шамамен 50-100 мВт).

8.1 Оптоэлектрондық аспаптардың ерекшеліктері.

Оптоэлектрондық аспап сә уле шығ аратын жә не сә уле қ абылдайтын бө ліктерден тұ рады. Оның негізгі артық шылығ ына мыналар жатады.

1. Ө те жоғ ары жиілікте жұ мыс істей алуына байланысты оптоэлектрондық аспаптың ақ параттық сыйымдылығ ы ө те ү лкен. Ол қ азіргі ө ндірісте пайдаланып жү рген радио жолақ тарына қ арағ анда 10³ – 10⁵ есе артық.

2. Ө те қ ысқ а толқ ын (ұ зындығ ына (1 нм-ге дейін) байланысты оптоэлектрондық аспаптың аумағ ы мен массасы ө те шағ ын.

3. Оптоэлектрондық аспапты ө те тамаша гальваникалық алшақ тау (развязка) аспаптарының қ атарына жатқ ызуғ а болады. (гальваникалық алшақ тау дегеніміз – электрондық аспаптың кірісі мен шығ ысының ө зара тұ рақ ты тоқ пен байланыста болмауы).

Оптикалық сигналдар фотондар арқ ылы беріледі. Оптикалық сигналды, хабарды, жарық ретінде тіпті тү рлі-тү сті етіп те кө рсетуге болады. Сонымен оптикалық сигналды екі ө лшемде (кең істік пен уақ ыт) ө згертіп, модуляциялауғ а болады. Сонымен қ атар оптоэлект рондық аспаптардың кемшіліктері де баршылық. Олардың негізгілері:

1. Кү рделілігі

2. Соғ ан байланысты оның бағ асы қ ымбат жә не жұ мыс істеу сенімділігі тө мен.

3. Пайдалы ә сер коэффициенті де аз.

Дегенмен, жоғ арыда аталғ ан кө птеген артық шылық тары оптоэлектрондық аспаптардлың келешекте кең інен қ олданылуына жағ дай жасап отыр. Оптоэлектронды аспаптың ішіндегі ең кө п тарағ аны – оптрон. Ол сә уле шығ арғ ыш пен сә уле қ абылдағ ыштан тұ рады да, соң ғ ы аталғ ан аспап ө з алдына бө лек пайдаланыла береді.

8.2 Электрондық кү шейткіштер. Ү здіксіз негіздегі электрондық схемалардың ең ү лкен тобын қ ұ райды. Энергияның сақ талу жә не тү рлену заң ын еске ала отырып, «кү шейткіш» деген сө здің ө зін кейде ұ тымсыз деп айтуғ а болады. Ө йткені, электрондық кү шейткіштердің алдына қ ойылатын негізгі талап – берілген аз шаманы сигналдың басқ аруымен белгілі бір тұ рақ ты тоқ кө зінің энергиясын басқ ару сигналының тү ріне кү шейтілген тү рде дә л қ айталап беру. Сигналдың кө зінің тұ рғ ысынан қ арағ анда бұ л шынында да кү шейту болғ анымен, энергия кө зі тұ рғ ысынан - тек тү рлену ғ ана. Кү шейткіштердің жұ мыс істеу жолдарын толық қ арастыратын болсақ, онда олардың кө пшілігінің интегралдық тү рде жасалатынын кө реміз. Жұ мыс жасау тү рін толық ұ ғ ыну ү шін олардың жеке транзистор негізінде жасалынғ ан бір каскад тү рін Сіздер бағ дарлама басында кө рсетілген 1-ші ә дебиеттен 92 беттен оқ и аласыздар. Сонымен, қ орыта келе электрондық кү шейткіштерге анық тама берейік. Электрондық кү шейткіштер электр сигналдарын кү шейтуге арналғ ан. Энергия кө зін пайдаланып, берілген аз шамалы сигналды оның кү шейтілген тү ріне айналдырады.