Знакомьтесь: динисторы. Полупроводниковые диоды Для схемы "Тиристорный зарядный блок"

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.

Принцип работы триггерного диода

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.

Диодные тиристоры - динисторы находят широкое применение в различных устройствах автоматики. Однако такое использование динисторов имеет ряд недостатков, главный из которых заключается в следующем.

Напряжение включения самого низковольтного отечественного динистора КН102А составляет 20 В, а падение напряжения на нем в открытом состоянии - менее 2 В. Таким образом, к управляющему переходу тиристора после включения динистора прикладывается напряжение около 18 В. В то же время максимально допустимое напряжение на этом переходе для распространенных тиристоров серии К У 201, К У 202 равно всего лишь 10 В. А если еще учесть, что напряжение включения динисторов даже одного типа имеет разброс, достигающий 200%, то станет ясно, что управляющий переход тиристора испытывает чрезмерно большие перегрузки. Это и ограничивает применение динисторов для управления триодными тиристорами.

В подобных случаях можно использовать двухполюсники - аналоги динисторов , отличающиеся тем, что их напряжения включения могут быть гораздо меньше напряжения включения самого низковольтного динистора.

Схема одного из аналогов - транзисторного динистора показана на рис. 1. Он состоит из транзисторов разной структуры, включенных так, что ток базы одного из них является током коллектора другого и наоборот. Другими словами, это устройство, охваченное глубокой положительной обратной связью.

Рис. 1

При подключении питания через эмиттерный переход транзистора Т1 течет ток базы, в результате чего транзистор открывается, а это вызывает появление тока базы транзистора Т2.

Открывание этого транзистора приводит к росту тока базы транзистора Т1 , и, следовательно, дальнейшему его открыванию. Процесс протекает лавинообразно, поэтому очень скоро оба транзистора оказываются в насыщенном состоянии.

Напряжение включения такого устройства при использовании, например, транзисторов МП116 и МП113 равно всего лишь нескольким долям вольта, то есть практически не отличается от напряжения насыщения этой пары транзисторов. Это не позволяет использовать такой двухполюсник в качестве переключающего прибора. Если же эмиттерные переходы транзисторов Т1 и Т2 шунтировать резисторами, как показано на рис. 2, то напряжение включения устройства значительно возрастет.

Рис. 2

Причина этого явления - в уменьшении глубины положительной обратной связи, так как в базу каждого транзистора теперь ответвляется только часть коллекторного тока другого. В результате лавинообразный процесс открывания транзисторов протекает при более высоком напряжении. Напряжение включения можно изменять с помощью резисторов R1 и R2 .

Так, при их сопротивлениях, равных 5,1 кОм, напряжение включения составляет 9 В, при 3 кОм- 12 В. Результаты получены при плавном повышении напряжения на двухполюснике. Если же напряжение имеет импульсный характер, то включение может произойти и при меньших его величинах. Дело в том, что транзисторный аналог, как и обычный динистор чувствителен не только к величине приложенного к нему напряжения, но и к скорости его нарастания. Исключить возможность включения при напряжениях, меньших напряжения включения, можно, если шунтировать двухполюсник конденсатором С1 (см. рис. 2).

Рис. 3

Как и у динистора, напряжение включения транзисторного аналога уменьшается при повышении температуры. Этот недостаток легко устраним заменой резисторов R1 и R2 терморезисторами.

Схема другого аналога динистора показана на рис. 3. Напряжение включения такого двухполюсника определяется цепочкой, образованной стабилитроном Д1 и управляющим переходом тиристора Д2 , между которыми распределяется напряжение, приложенное к выводам двухполюсника. Когда это напряжение становится равным напряжению включения, стабилитрон пробивается, и через управляющий переход тиристора течет ток. Тиристор открывается, шунтируя стабилитрон и напряжение на выводах двухполюсника резко уменьшается. Напряжение включения устройства, показанного на рис. 3, равно 8 В.

Рис. 4

На рис. 4 приведена схема на триодном тиристоре Д5, в цепи управления которым применен последний из рассмотренных двухполюсников (стабилитрон Д6 и тиристор Д7). При закрытом тиристоре Д5 конденсатор С1 заряжается через нагрузку и резистор R2 током, выпрямленным диодами Д1-Д4.

Когда напряжение на конденсаторе становится равным напряжению включения двухполюсника, стабилитрон Д6 пробивается и открывает тиристор Д7. Конденсатор С1 разряжается через управляющий переход тиристора Д5 , в результате чего он также открывается и подключает нагрузку к выпрямителю на время, оставшееся до конца полупериода сетевого напряжения. В конце его тиристор закрывается, так как ток через него уменьшается до нуля, после чего цикл повторяется.

С помощью переменного резистора R2 можно изменять ток заряда конденсатора С2, а следовательно, и момент открывания тиристора Д5, то есть регулировать среднюю величину напряжения на нагрузке.

Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А - анод, К - катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр, то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U < Uпр), если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.
В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:
- если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0;
- если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд.
- подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).
Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.
Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов.

В качестве динистора используем КН102А-Б.
Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн, через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи). Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор - С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2.
При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом, не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н.
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (большее напряжения пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт, что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.

Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит. Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды. Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается. В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1. Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн. В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод - замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется».
Загорается лампочка по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор - замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго.
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн. При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается». Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).
Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208.

Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог.
Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3.

Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.
Аналог тиристора имеет два управляющих входа. Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер - база транзистора Тр1). Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).
Аналог имеет: А – анод, К - катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.
Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А - анод и К - катод.
Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд), будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2. А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4.

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1), вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5).
Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт. Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора. Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания. Потом можно заменить его на постоянный резистор.
Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке. Если ток в нагрузке превысит 1 ампер, сработает защита.

Стабилизатор состоит из:
- управляющего элемента – стабилитрона КС510, который определяет напряжение выхода;
- исполнительного элемента –транзисторов КТ817А, КТ808А, исполняющих роль регулятора напряжения;
- в качестве датчика перегрузки используется резистор R4;
- исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503.

На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1. Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510, величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт. Резистор R4, величиной 1,0 Ом, включен последовательно в цепь нагрузки. Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.
Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току. В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт., Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4. При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 - 2,0 вольта. Это есть напряжение перехода анод - катод открытого тиристора. Одновременно загорается светодиод Д1, сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 - 2,0 вольта.
Что бы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн, сбросив блокировку защиты. На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт, а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3, можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более. Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

В современных радиоэлектронных устройствах используется весьма широкий ассортимент самых разнообразных электронных приборов. Порой отсутствие одного или нескольких таких элементов может затормозить или даже прервать выполнение работы по монтажу или макетированию схемы.

Очень часто встречаются ситуации, когда необходимо один элемент заменить другим . Если речь идет о простой замене одного номинала резистора или конденсатора на другой, то решение задачи замены или подбора заменяющего номинала очевидно. Менее очевидны замены радиоэлементов, имеющих специфические, только им присущие свойства.

Ниже будут рассмотрены вопросы замены некоторых специальных полупроводниковых приборов их эквивалентами, выполненными из более доступных элементов.

В импульсной технике широко используют управляемые и неуправляемые коммутирующие элементы, имеющие вольт-амперную характеристику с N- или S-образным участком. Это лавинные транзисторы, газовые разрядники, динисторы, тиристоры, симисторы, однопереходные транзисторы, лямбда-диоды, туннельные диоды , инжекционно-полевые транзисторы и другие элементы.

В релаксационных генераторах импульсов, различных преобразователях электрических и неэлектрических величин в частоту широко используют биполярные лавинные транзисторы. Следует отметить, что специально такие транзисторы почти не выпускают. На практике в этих целях используют обычные транзисторы в необычном включении или режиме эксплуатации.

Эквивалент лавинного транзистора и динистора

Лавинный транзистор — полупроводниковый прибор, работающий в режиме лавинного пробоя. Такой пробой обычно возникает при напряжении, превышающем предельно допустимое значение.

Не допустить теплового пробоя (необратимого повреждения) транзистора можно при ограничении тока через транзистор (подключением высокоомной нагрузкой).

Лавинный пробой транзистора может наступать в «прямом» и «инверсном» включении транзистора. Напряжение лавинного пробоя при инверсном включении (полярность подключения полупроводникового прибора противоположна общепринятой, рекомендованной) обычно ниже, чем для «прямого» включения.

Вывод базы транзистора часто не используется (не подключается к другим элементам схемы). В ряде случаев базовый вывод соединяют с эмиттером через высокоом-ный резистор (сотни кОм — ед. МОм). Это позволяет в некоторых пределах регулировать величину напряжения лавинного пробоя.

На рис. 1 приведена схема равноценной замены «лавинного» транзистора интегрального прерывателя К101КТ1 ее дискретными аналогами. Интересно отметить, что при ближайшем рассмотрении эта схема тождественна эквивалентной схеме динистора (рис. 1), тиристора (рис. 2) и однопереходного транзистора (рис. 4).

Отметим попутно, что и вид вольт-амперных характеристик всех этих полупроводниковых приборов имеет общие характерные особенности. На их вольт-амперных характеристиках имеется S-образный участок, участок с так называемым «отрицательным» динамическим сопротивлением. Благодаря такой особенности вольт-амперной характеристики перечисленные приборы могут использоваться для генерации электрических колебаний.

Рис. 1. Аналог лавинного транзистора и динистора.

Эквивалент тиристора

Тиристоры, динисторы и им подобные элементы способны при весьма незначительных внутренних потерях управлять большими мощностями, подводимыми к нагрузке.

Тиристоры — приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (проводимость отсутствует, прибор заперт) и состоянием высокой проводимости (проводимость близка к нулю, прибор открыт). Представители класса тиристоров [Вишневский А.И]:

• диодные тиристоры (динисторы , диаки), имеющие два вывода (анод и катод), управляемые путем подачи на электроды напряжения с высокой скоростью его нарастания или повышения приложенного напряжения до величины, близкой к критической;
• триодные тиристоры (тринисторы , триаки), трехэлектродные элементы, управляющий электрод которых служит для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое;
• тетродные тиристоры , имеющие два управляющих электрода;
• симметричные тиристоры — симисторы , имеющие пятислой-ную структуру. Иногда этот полупроводниковый прибор называют семистором.

Диодные тиристоры (динисторы) , ассортимент которых не столь велик, различаются, главным образом, максимально допустимым постоянным прямым напряжением в закрытом состоянии.

Так, для динисторов типов КН102А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И (2Н102А — И) значения этих напряжений составляют, соответственно, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 50 В при обратном токе не более 0,5 мА. Максимально допустимый постоянный ток в открытом состоянии для этих полупроводниковых приборов равен 0,2 А при остаточном напряжении в открытом состоянии 1,5 В.

На рис. 1 приведена эквивалентная схема низковольтного динистора. Если принять R1=R3=100 Ом, можно получить динистор с управляемым (с помощью резистора R2) напряжением переключения от 1 до 25 В [Войцеховский Я., Р 11/73-40, Р 12/76-29]. При отсутствии этого резистора и при условии R1=R3=5,1 кОм напряжение переключения составит 9 Б, а при R1=R3=3 кОм —12 В.

Аналог тиристора р-п-р-п-структуры, описанный в книге Я. Войцеховского, показан на рис. 2. Буквой А обозначен анод; К — катод; УЭ — управляющий электрод. В схемах (рис. 1, 2) могут быть использованы транзисторы типов КТ315 и КТ361.

Необходимо лишь, чтобы подводимое к полупроводниковому прибору или его аналогу напряжение не превышало предельных паспортных значений. В таблице (рис. 2) показано, какими величинами R1 и R2 следует руководствоваться при создании аналога тиристора на основе германиевых или кремниевых транзисторов.

Рис. 2. Аналог тиристора.

В разрывы электрической цепи, показанные на схеме (рис. 2) крестиками, можно включить диоды, позволяющие влиять на вид вольт-амперной характеристики аналога. В отличие от обычного тиристора, его аналогом (рис. 2) можно управлять, используя дополнительный вывод — управляющий электрод УЭдоп, подключенный к базе транзистора VT2 (верхний рисунок) или VT1 (нижний рисунок).

Обычно тиристор включают кратковременной подачей напряжения на управляющий электрод УЭ. При подаче напряжения на электрод УЭдоп тиристор, напротив, можно перевести из включенного состояния в выключенное.

Аналог управляемого динистора

Аналог управляемого динистора может быть создан с использованием тиристора (рис. 3) [Р 3/86-41]. При указанных на схеме типах элементов и изменении сопротивления резистора R1 от 1 до 6 кОм напряжение переключения динистора в проводящее состояние изменяется от 15 до 27 В.

Рис. 3. Аналог управляемого динистора.

Эквивалент однопереходного транзистора

Рис. 4. Аналог однопереходного транзистора.

Эквивалентная схема используемого в генераторных устройствах полупроводникового прибора — однопереходного транзистора — показана на рис. 4. Б1 и Б2 — первая и вторая базы транзистора.

Эквивалент инжекционно-полевого транзистора

Инжекционно-полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с S-образной ВАХ. Подобные приборы широко используют в импульсной технике — в релаксационных генераторах импульсов, преобразователях напряжение-частота, ждущих и управляемых генераторах и т.д.

Такой транзистор может быть составлен объединением полевого и обычного биполярного транзисторов (рис. 5, 6). На основе дискретных элементов может быть смоделирована не только полупроводниковая структура.

Рис. 5. Аналог инжекционно-полевого транзистора п-структуры.

Рис. 6. Аналог инжекционно-полевого транзистора р-структуры.

Эквивалент низковольтного газового разрядника

На рис. 7 показана схема устройства, эквивалентного низковольтному газовому разряднику [ПТЭ 4/83-127]. Этот прибор представляет собой газонаполненный баллон с двумя электродами, в котором возникает электрический межэлектродный пробой при превышении некоторого критического значения напряжения.

Напряжение «пробоя» для аналога газового разрядника (рис. 7) составляет 20 В. Таким же образом, может быть создан аналог, например, неоновой лампы.

Рис. 7. Аналог газового разрядника - схема эквивалентной замены.

Эквивалентная замена лямбда-диодов

Совершенно особым видом ВАХ обладают полупроводниковые приборы типа лямбда-диодов , туннельных диодов . На вольт-амперных характеристиках этих приборов имеется N-об-разный участок.

Лямбда-диоды и туннельные диоды могут быть использованы для генерации и усиления электрических сигналов. На рис. 8 и рис. 9 показаны схемы, имитирующие лямбда-ди-од [РТЕ 9/87-35].

Практически в генераторах чаще используют схему, представленную на рис. 9 [ПТЭ 5/77-96]. Если между стоками полевых транзисторов включить управляемый резистор (потенциометр) либо транзистор (полевой или биполярный), то видом вольт-амперной характеристики такого «лямбда-диода» можно управлять в широких пределах: регулировать частоту генерации, модулировать колебания высокой частоты и т.д.

Рис. 8. Аналог лямбда-диода.

Рис. 9. Аналог лямбда-диода.

Эквивалентная замена туннельных диодов

Рис. 10. Аналог туннельного диода.

Туннельные диоды также используют для генерации и усиления высокочастотных сигналов. Отдельные представители этого класса полупроводниковых приборов способны работать до мало достижимых в обычных условиях частот — порядка единиц ГГц. Устройство, позволяющее имитировать вольт-амперную характеристику туннельного диода, показано на рис. 10 [Р 4/77-30].

Схема эквивалента варикапа

Варикапы — это полупроводниковые приборы с изменяемой емкостью. Принцип их работы основан на изменении барьерной емкости полупроводникового перехода при изменении приложенного напряжения.

Чаще на варикап подают обратное смещение, реже — прямое. Такие элементы обычно применяют в узлах настройки радио- и телеприемников. В качестве варикапов могут быть использованы обычные диоды и стабилитроны (рис. 11), а также их полупроводниковые аналоги (рис. 12 , рис. 13 [ПТЭ 2/81-151]).

Рис. 11. Варикап.

Рис. 12. Схема аналога варикапа.

Рис. 13. Схема аналога варикапа на основе полевого транзистора.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1).

Серийно выпускаемые динисторы по электрическим параметрам не всегда отвечают творческим интересам радио­любителей-конструкторов Нет, например, динисторов с напряжением вклю­чения 5...10 и 200...400 В. Все дииисторы имеют значительный разброс значения этого классификационного параметра, который к тому же зависит еще от тем­пературы окружающей среды Кроме то­го. они рассчитаны на сравнительно малый коммутируемый ток (менее 0.2 А), а значит, небольшую комму­тируемую мощность. Исключено плав­ное регулирование напряжения включения, что ограничивает область при­менения динисторов. Все это заставляет радиолюбителей прибегать к созданию аналогов динисторов с желаемыми па­раметрами.

Поиском такого аналога дииистора длительное время занимался и я. Исходным был вариант аналога, состав­ленный из стабилитрона Д814Д и тринистора КУ202Н (рис i).

Пока напряжение на аналоге меньше напряжения стабилизации стабилитрона, аналог закрыт и ток через него не течет. При достижении напряжения стабилизации стабилитрона он открывается сам, от крывает триннстор и аналог в целом. В результате в цепи, в которую аналог включен, появляется ток. Значение это­го тока определяется свойствами тринистора н сопротивлением н aг рузки. Ис­пользуя тринисторы серии КУ202 с буквенными индексами Б, В, Н и один и тот же стабилитрон Д814Д, произведено 32 измерения тока и напряжения вклю­чения аналога дииистора. Анализ показывает. что среднее значение тока включения аналога равно примерно 7 мА. а напряжения включения - 14,5±1 В. Разброс напряжении вклю­чения объясняется неодинаковостью со­противления управляющих р-н перехо­дов используемых трннисторов.

Напряжение включения uвкл , такого аналога можно рассчитать по упрощенной формуле: uвкл =uст+ u yэ где uст - напряжение стабилизации стабилитрона, uуэ - падение наприжения на управляющем переходе тринистора.

При изменении температуры трини­стора падение напряжения на его управляющем переходе тоже изменя­ется, но незначительно. Это приводит к некоторому изменению напряжения включения аналога. Например, для три­нистора КУ202Н при изменении темпе­ратуры его корпуса от 0 до 50 °С на­пряжение включения изменялось в пре­делах 0.3...0,4 % по отношению к значе­нию этого параметра при темперагуре 25 С.

Семейство вольт - амперных характеристик такого варианта аналога показано на рис. 3, их пусковой участок - на рис 4. а зависимость напряжения включения от сопротивления резистора - на рис 5. Как показал анализ напряжение вклю­чения такого аналога прямо пропор­ционально сопротивлению резистора. Это напряжение можно рассчитать по формуле uвкл.р = uст+uуэ+iвкл.уэ*r1 где uв кл р - напряжение включения ре -гулируемого аналога, iвкл у э - ток включения регулируемого аналога ди­иистора по управляющему электроду.

Такой аналог свободен практически от всех недостатков динисторов, кро­ме температурной нестабильности Как известно, при повышении температуры тринистора его ток включения умень­шается. В регулируемом аналоге это приводит к уменьшению напряжения включения и тем значительнее, чем больше сопротивление резистора. По­этому стремиться к большому повышению напряжения включения перемен­ным резистором не cneдуeт, чтобы не ухудшать температурную стабильность работы аналога.

Как показали эксперименты, эта не­стабильность небольшая. Так, для ана­лога с тринистором КУ202Н при изме­нении температуры его корпуса в пределах 10...30 °С напряжение включения изменялось, с резистором i кОм - на ±1.8 %. при 2 кОм - на ±2,6 %, при 3 кОм - на ±3 %, при 4 кОм - на ±3,8 % . Увеличение сопротивления на i кОм приводило к повышению напря­жения порога включения регулируемого аналога в среднем на 20% по сравнению с напряжением включения исход­ного аналога динистора. Следовательно, средняя точность напряжения вклю­чения регулируемого аналога луч­ше 5 %.

Температурная нестабильность ана­лога с триннстором КУ101Г меньше, что объясняется относительно малым током включения (0,8...1,5 мА). Напри­мер. при таком же изменении температуры и резисторе сопротивлением 10, 20, 30 и 40 кОм температурная нестабильность была соответственно +-0.6 %, +-07.%, +-0.8%,+-1%. Уве­личение сопротивления резистора на каждые 10 кОм повышало уровень напряжения включения аналога на 24 % по сравнению с напряжением аналога без резистора. Таким образом, аналог с тринистором КУ101Г обладает высо­кой точностью напряжения включе­ния - его температурная нестабиль­ность менее i %, а с тринистором КУ202Н - несколько худшей точностью напряжения включений (в этом случае сопротивление резистора ri должно быть 4,7 кОм).

При обеспечении теплового контакта между тринистором и стабилитроном температурная нестабильность аналога может быть еще меньшей, поскольку у стабилитронов с напряжением стабили­зации больше 8 В температурный коэф­фициент напряжения стабилизации по­ложителен, а температурный коэффи­циент напряжения открывания тринисторов отрицателен.

Повысить термосгабильность регу­лируемого аналога дииистора с мощным тринистором можно включением переменного резистора в анодную цепь маломощного тринистора (рис. б).

Ре­зистор r 1 ограничивает ток управляю­щего электрода тринистора vsi и повышает напряжение включения его на 12%. А переменный резистор r 2 по­зволяет регулировать напряжение включения трниистора vs 2.

Улучшение температурной стабиль­ности такого варианта аналога обьясняется тем, что с увеличением сопро­тивления резистора r 2 уменьшается ток включения аналога но управляю­щему электроду и увеличивается ток включения ею по аноду. А так как с изменением температуры в этом случае ток управляющего электрода уменьша­ется меньше и что суммарный ток вклю­ чения аналога увеличивается, то для эквивалентного повышения напряжения включения аналога нужно меньшее соп­ротивление резистора r 2 - это и созда­ет благоприятные условия для повы­шения температурной стабильности аналога.

Чтобы реализовать термостабиль­ность такого аналога, ток открывания тринистора vs 2 должен быть 2...3 мА - больше тока открывания тринистора vs1 , чтобы его температурные измене­ния не влияли на работу аналога. Эксперимент показал, что напряжение включения термостабильного аналога при изменении температуры его элемен­тов от 20 до 70 °С практически не из­менилось.

Недостаток такого варианта аналога динистора - сравнительно узкие пре­делы регулировки напряжения включе­ния переменным резистором r 2. Они тем уже, чем больше ток включения тринистора vs 2. Поэтому, чтобы не ухуд­шать термостабильность аналога, надо использовать в нем тринисторы с воз­можно меньшим током включения. Диа­пазон регулировки напряжения включе­ния аналога можно расширить путем применения стабилитронов с различным напряжением стабилизации.

Регулируемые аналоги динистора найдут применение в автоматике и теле­механике, релаксационных генераторах, электронных регуляторах, пороговых и многих других радиотехнических устрой­ствах

Раздел: [Регуляторы мощности]
Сохрани статью в: