1. Narysować charakterystykę statyczną diody mocy. Podać typową wartość napięcia przewodzenia diody przy prądzie znamionowym oraz wartość prądu wstecznego przy maksymalnym powtarzalnym napięciu wstecznym

Typowa wartość napięcia przewodzenia przy prądzie przewodzenia U_F(I_N) wynosi 1-1,6 V max 2V.

Wartość prądu wstecznego I_RM (U_RRM ) wynosi dla diody wysokonapięciowej 1-10mA

2. Co to jest TRIAK? Narysować symbol, nazwać elektrody i podać zastosowania. Zaznaczyć obwód sterujący i główny oraz możliwe kierunki prądów w tych obwodach.

TRIAK jest półprzewodnikowym elementem energoelektronicznym zaliczanym do grupy elementów nie w pełni sterowalnych. Zbudowany jest ze struktury 5 warstwowej tworzącej jak gdyby dwa tyrystory SCR połączone odwrotnie równolegle jednak posiada tylko jedna elektrodę sterującą .

TRIAK posiada 3 elektrody A₁ A₂ - tworzące obwód główny oraz elektrody G - tworzącej obwód sterujący. TRIAK może przewodzić w obydwu kierunkach , a załączenie jest spowodowanie podobnie jak w tyrystorze przez doprowadzenie impulsu prądowego do bramki. Może być sterowany ( - ) oraz ( + ) w obwodzie złożonym z elektrody GA₁ lub GA₂.

Najczęściej są produkowane traki które są przełączane w stan przewodzenia w jednym kierunku prądem o polaryzacji dodatniej, a w drugim kierunku - prądem o polaryzacji ujemnej.

Ponadto TRIAK można załączyć przekraczając napięcie przebicia między anodą1 a anodą2.

Zastosowania:

Łączniki dwukierunkowe.

Przekaźniki oraz regulatory mocy ze sterowaniem fazowym.

Regulatory oświetlenia

Regulatory zasilania nagrzewnic

3. Podać symbol graficzny tyrystora (SCR), nazwać jego elektrody, oznaczyć obwody: główny i sterujący oraz kierunek prądu w tych obwodach przy przewodzeniu.

Tyrystor SCR jest podstawowym elementem energoelektronicznym stosowanym powszechnie w przekształtnikach zaliczanym do elementów nie w pełni sterowalnych , o strukturze 4 warstwowej p.n.p.n. Posiada 3 elektrody : A-anoda , K- katoda , G- bramka. Załączenie tyrystora jest realizowane przez podanie impulsu prądowego do obwodu bramki , który jest jedynym dopuszczalnym i stosowanym sposobem załączania tyrystora.

Obwód główny : A-K

Obwód sterowniczy G-K

7. Narysować kompletną charakterystykę statyczną tyrystora. Podać typową wartość (rząd) prądu wstecznego średniego tyrystora (20-100A), przy maksymalnym powtarzalnym napięciu wstecznym (U_RRM).

• Napięcie blokowania U_D

• Napięcie przewodzenia U_T0

• Prąd przewodzenia I_T

• Powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U_RRM

• Niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U_RSM

• Powtarzalne szczytowe napięcie blokowania U_DRM

• Niepowtarzalne szczytowe napięcie blokowania U_DSM

• Napięcie przebicia tyrystora U_BR

• Napięcie przełączenia U_BO (bez prądu bramki)

8. Narysować schematy układów pomiarowych charakterystyk przewodzenia i zaporowych (blokowania) tyrystorów i diod. Wyjaśnić zasadę włączania przyrządów pomiarowych (dokładny pomiar napięcia lub prądu).

Układ poprawnie mierzonego napięcia + jest stosowany przy badaniu charakterystyk w stanie przewodzenia ze względu na znikomo małą rezystancję tych elementów w stanie przewodzenia.

Układ z poprawnie mierzonym napięciem

Prąd za zasilaniu nie może przekroczyć prądu znamionowego badanego Elementu

Napięcie na zasilaczu nastawimy większe od napięcia przewodzenia : 3 - 4 V

Regulujemy prąd I_F od wartości największej do zera i odczytujemy dU_T

Układ poprawnie mierzonego prądu został zastosowany do pomiaru charakterystyk diody i tyrystora w stanie zaporowym oraz tyrystora w stanie blokowania ze względu na dużą rezystancję tych elementów w stanie zaporowym [blokowania].

Układ z poprawnie mierzonym prądem

Regulujemy wartość napięcia zaporowego U_R od wartości największej do zera i odczytujemy wartość prądu I_R

11. Dla układów prostownika 1-fazowego półokresowego z obciążeniem: a) R, b) RL, narysować przebiegi prądu i napięcia obciążenia
. To samo zadanie wykonać dla wszystkich typów obciążenia z diodą zerową.

Rys.1 i_d u_d - obciążenie R

Rys.2 i_d u_d - obciążenie R + dioda zerowa ( bez zmian )

Rys.3 i_d u_d - obciążenie RL

Rys.3 i_d u_d - obciążenie RL + dioda zerowa

12. Zadanie 11 wykonać dla przypadku prostownika sterowanego 1-pulsowego dla kąta opóźnienia wysterowania: a) = 30, b) = 60 , c) = 90 , d) = 150

Rys.4 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =0

Rys.5 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =0

Rys.6 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =0

Rys.7 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =30

Rys.8 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =30

Rys.9 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =30

Rys.10 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =60

Rys.11 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =60

Rys.12 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =60

Rys.13 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =90

Rys.14 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =90

Rys.15 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =90

Rys.16 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =150

Rys.17 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =150

Rys.18 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =150

18. Podać definicję wartości średniej przebiegu okresowego. Zastosować wzór całkowy dla napięcia u prostownika: a) niesterowanego 1-pulsowego, obc. R

c) niesterowanego 1-pulsowego z obciążeniem RL+D

e) niesterowanego 6-pulsowego

(nie wymagane rozwiązanie).

Wartością średnią przebiegu okresowego nazywa się średnią arytmetyczną wartości bezwzględnych tego przebiegu w ciągu jednego okresu lub mówiąc inaczej- średnią arytmetyczną tylko jednej połówki przebiegu.

Wartość średnia przebiegu okresowego W_AV (average value ) nazywamy całkę za okres z przebiegu okresowego

Ad a

Ad c)

Ad. f

Ad g

Ad h)

19. Podać definicję wartości skutecznej przebiegu okresowego. Zastosować ją do przebiegów napięć i prądów dla prostownika;

a) niesterowanego 1-pulsowego, obc. R

c) niesterowanego 1-pulsowego z obciążeniem RL+D

e) niesterowanego 6-pulsowego

Wartość skuteczna jest to wartość średniokwadratowa z

a) niesterowanego 1-pulsowego, obc. R q=1

c) niesterowanego 1-pulsowego z obciążeniem RL+D q=1

g) niesterowanego 3-pulsowego q=3

h) niesterowanego 6-pulsowego q=6

21. Podać definicję współczynnika kształtu napięcia k

Pytanie 24. IGBT

Symbol graficzny tranzystora IGBT

Za Wartości napięć blokowania dochodzą do 6 kV, podczas gdy wartości prądów przełączanych przekraczają 3 kA. Napięcie przewodzenia wynosi w starszych typach 3-4V, kolejne generacjach 2-2,5V. Maksymalne częstotliwości wynoszą około 30kHz przy tzw. przełączaniu twardym (hard switching) do 80, a nawet 100 kHz przy przełączaniu typu miękkiego (soft switching).

Stosowanie

przekształtniki impulsowe( elektryczna trakcja kolejowa), W samochodach hybrydowych

stany pracy

Stan załaczania, przewodzenia, wyłączania, blokowan

Tranzystory IGBT mają zwykle budowę komórkową, dzięki czemu jest możliwe sterowanie większymi mocami Ich wymiary są około 3-ktotnie mniejsze od tranzystorów mocy MOSFET przy tych samych wartościach znamionowych napięć i prądów. Spadek napięcia w tranzystorach z izolowaną bramką i w tranzystorach BJT ma wartość zbliżoną, lecz jest znacznie mniejszy niż w tranzystorach polowych mocy

Pytanie 25 BJT

przetwornice w zasilaczach impulsowych

stopnie wzmacniacza dużej mocy

Tranzystory bipolarne - stany pracy tranzystora:

- stan odcięcia (jeżeli oba złącza spolaryzujemy w kierunku zaporowym)

stan nasycenia (jeżeli oba złącza spolaryzujemy w kierunku przewodzenia)

- stan pracy aktywnej / inwersyjnej (jeżeli jedno złącze spolaryzujemy w kierunku przewodzenia, a drugie w kierunku zaporowym)

Układ Darlington umozliwia uzyskanie dużego wzmocnienia prądowego przy stosunkowo małym współczynniku wzmocnienia każdego z tranzystorów.

1. a) układ darlingtona dla tranzystorów n-p-n

Pytanie 26 MOSFET

Sterowanie napięciem bramki

wysoka częstotliwość przełączania (do kikuset kHz, a nawet MHz),

Przełączanie tranzystora polowego zarówno w stan przewodzenia, jak i w stan blokowania odbywa się przy bardzo małych stratach w porównaniu z innymi elementami. Straty wydzielane w tranzystorze polowym w procesie przełączania są pomijalnie małe w stosunku do strat w stanie jego przewodzenia

Proces włączania i wyłączania tranzystora polowego przebiega znacznie szybciej niż we wszystkich pozostałych elementach. Dlatego też zakres częstotliwości przełączeń dla tych elementów wynosi ponad 1 MHz.

Stan załacz, przewodze, wyłacz, bkokowania

Zastosowanie

układy zasilania komputerów z bateryjnym zasilaniem

jeżeli napiecie bramka źródło UGs jest mniejsze od napiecia progowego Ut to prad dren-zródło jest zerowy

Uds=UGs-Ut

31. Wymienić znane łączniki energoelektroniczne, podać sposób sterowania (rodzaje sygnałów sterujących) oraz przedziały parametrów statycznych (prądów i napięć) produkowanych współcześnie elementów.

Łączniki energoelektroniczne to elementy mocy służące do pracy dwustanowej - przełączającej. Cechują sie parametrami zbliżonymi do łącznika idealnego : napięcie przewodzenia bliskie zeru, nieznaczny prąd w stanie wyłączonym, wysokie napięcie przebicia , niewielkie starty mocy oraz krótki czasy przełączania.

Do elementów tych zaliczamy elementy elektroniczne o mocy znamionowej od 1 W i prądzie znamionowym 1 A .

Przyrządy pόłprzewodnikowe mogą załączać napięcia do kilku kilowatόw oraz przewodzą prądy do kilku kiloamperόw. Wśrόd pόłprzewodnikowych elementόw energoelektronicznych można wymienić diodę złączowa, tranzystor bipolarny, tranzystor MOS, tranzystor IGBT, tyrystor triodowy, tyrystor wyłączalny GTO.

Tranzystor bipolarny złączowy BJT

Posiada korzystnie niskie (1.5 - 2.0V) napięcie w stanie przewodzenia, dzięki czemu ma niskie straty przewodzenia. W celu utrzymania go w stanie przewodzenia konieczny jest ciągły przepływ prądu w obwodzie sterującym (baza-emiter). Wymaga to dość złożonych układów sterujących. Tranzystory te znajdują zastosowanie w układach przełączających pracujących z małą i średnią częst. (kilka kHz) przy znacznych, przekraczających 1kA prądach i napięciach powyżej 1kV

I_C - powyżej 1 kA

U_BR - powyżej 1 kV Sterowanie prądowe przepływ prądu w obwodzie sterującym

Tranzystor złączowy sterowany jest prądem w obwodzie baza-emiter.

Polowe tranzystory mocy (MOSFET)

Są one sterowane napięciowo, prąd obwodu głównego „dren-żródło” jest regulowany napięciem „bramka-żródło” o wartości kilku do kilkunastu woltów. Napięcie przewodzenia tranzystorów wysokonapięciowych osiąga wartość kilkunastu woltów.

I _D - powyżej 1 kA

U_DSS - powyżej 1 kV Sterowanie napięciowe

Tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT)

• Obecnie produkowane sa tranzystory o bardzo szerokim zakresie pradów (pojedyncze ampery do tysiąca amperów) i napięć (do1200V). Kolejna trzecia generacja tych tranzystorów umożliwia ich przełączanie z częst. do 80kHz a ich napięcie przewodzenia obniżono do 2.5-3V. Przemienniki częstotliwości i falowniki do regulacji silników prądu przemiennego przeznaczone do napędów trakcyjnych i przemysłowych;

• Sygnały sterujące są doprowadzane do bramki tranzystora MOS, a struktura bipolarna przewodzi prąd obciążenia. Tranzystory IGBT mają zwykle budowę komórkową, dzięki czemu jest możliwe sterowanie większymi mocami i uzyskuje się w stanach dynamicznych bardziej równomierny rozkład prądu w strukturze elementu.

I _C - powyżej 1 kA

U_BR - powyżej 1 kV Sterowanie napięciowe

Tyrystor MCT

Proces wyłączania przeprowadza się w nich przez załączenie tranzystora FET zwierającego zlącze baza-emiter.Zdolnosc wyłączania- 120A przy temp. złącza do 150 `C. W tyrystorze P-MCT tranzystor załączający z kanałem P załączany jest ujemnym napięćiem w celu wprowadzenia ładunku w obszar bazy dolnego tranzystora co powoduje zatrzaśnięcie tyrystora.

• tyrystor MCT, sterowany napięciowo - sterowanie ich odbywa się za pośrednictwem bramki o dużej rezystancji i nie wymagają dużych wejściowych sygnałów prądowych w procesie wyłączania.

Półprzewodnikowa dioda mocy :

I_F(AV) - to rząd kilka tysięcy Amperów

U_RRM - to rząd kilku tysięcy woltów - niesterowana

Tyrystor SCR trójelektrodowy :

I_DN- kilka amperów do kilka tysięcy amperów

U_RRM =U_DRM- to rząd od kilkunastu do kilku tysięcy woltów sterowanie prądowe ( 20 mA - 50 mA )

Tyrystor symetryczny TRIAK: parametry zbilzone do tyrystora SCR

36. Podać definicje: Kąt załączenia _z, kata opóźnienia wysterowania , kąta przewodzenia . w układach prostowniczych.

Kąt załączenia _z : jest to kat pomiędzy początkiem półfali prostowanego napięcia a początkiem

Przewodzenia prądu prze tyrystor.

Kąt opóźnienia wysterowania zapłonu  : jest to kat pomiędzy punktem komutacji naturalnej a początkiem przewodzenia prądu przez Tyrystor

Kąt przewodzenia  jest to kat pomiędzy

początkiem a końcem przewodzenia prądu

prze tyrystor

1

---