1. Budowa, symbol graficzny, charakterystyka statyczna prądowo - napięciowa i najważniejsze parametry statyczne diody prostowniczej.

1. Dioda prostownicza

1. Głównymi parametrami diod prostowniczych jest:

-maksymalne dopuszczalne napięcie wsteczne

-maksymalny prąd przewodzenia
-przewodzenie prądu w jednym kierunku i blokowanie jego przepływu w drugim.

1. Budowa

Z dwóch warstw odmiennie domieszkowanego półprzewodnika, tworzących razem
złącze p-n.

1. Symbol

1. Charakterystyka prądowo-napięciowa

2. Budowa, symbol graficzny, sposób sterowania, charakterystyka statyczna prądowo - napięciowa i najważniejsze parametry statyczne tyrystora SCR.

1. Tyrystor SCR

1. Charakterystyka prądowo-napięciowa

1. symbol

1. budowa

element półprzewodnikowy składający się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych.

1. Najważniejsze parametry

-może pracować w trzech stanach: przewodzenia, blokowania i zaworowym

-po przejściu tyrystora w stan przewodzenia można odłączyć napięcie sterujące a mimo to, tyrystor pozostanie dalej w stanie przewodzenia.

-Tyrystor nie włączy się, jeśli impuls prądu I_G pojawi się w momencie, gdy tyrystor jest spolaryzowany w kierunku zaporowym

(- Graniczne napięcie powtarzalne URRM i graniczne napięcie niepowtarzalne URSM w kierunku zaporowym.

-Graniczne napięcie powtarzalne UDRM i graniczne napięcie niepowtarzalne UDSM w kierunku przewodzenia w stanie blokowania[a]. Napięcie pracy tyrystora nie powinno przekraczać 0,67 UDRM.

-Prąd graniczny obciążenia ITAVM, określany jako największa wartość średnia prądu tyrystora o kształcie półfalisinusoidy o częstotliwości sieci energetycznej (50 lub 60 Hz) w określonych warunkach chłodzenia

-Właściwości sterowania określone przez charakterystyki napięciowo-prądowe bramki UG = f (IG).)

1. Moment zapłony

Dopóki do bramki nie doprowadzi się napięcia, tyrystor nie przewodzi prądu. Doprowadzenie do bramki dodatniego napięcia względem katody spowoduje przepływ prądu bramkowego i właściwości zaporowe środkowego złącza zanikają w ciągu kilku mikrosekund; następuje wyzwolenie tyrystora. Moment ten nazywany bywa "zapłonem" tyrystora

3. Budowa, symbol graficzny, sposób sterowania, charakterystyka statyczna wyjściowa i najważniejsze parametry statyczne bipolarnego tranzystora złączowego (NPN).

1. Tranzystor bipolarny

1. symbol

1. charakterystyka wyjściowa

1. budowa

Tranzystor bipolarny składa się z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa: p-n-p lub n-p-n (istnieją więc dwa rodzaje tranzystorów bipolarnych: pnp i npn

1. sposób sterowania

Niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (nazywanymi bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między emiterem, a trzecią elektrodą (nazywaną kolektorem).

1. Parametry statyczne

-W normalnych warunkach pracy złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor - w kierunku zaporowym

-Stosunek prądu kolektora do prądu bazy nazywany jest wzmocnieniem prądowym tranzystora i oznacza się grecką literą β.

-Charakterystyki wyjscioweciowe Iwy=f(Uwy) przy Iwe=const.

4. Budowa, sposób sterowania, charakterystyka statyczna wyjściowa i najważniejsze parametry statyczne MOSFET (kanał typu N).

1. MOSFET

1. Symbol

1. Charakterystyka statyczna wyjściowa

1. Budowa

składają się z trzech warstw. Najniższa z nich to płytka wycięta z jednorodnego kryształu krzemu, ewentualnie z krzemu z domieszką germanu. Druga w kolejności warstwa to napylona bardzo cieniutka warstwa dielektryka czyli izolatora w postaci krzemionki lub tlenku metalu (tlenki glinu lub cyrkonu).Ostatnia warstwa to dobrze przewodzący metal. Najczęściej wykorzystuje się do tego celu złoto

1. Sposób sterowania

typowy MOSFET normalnie nie przewodzi prądu na drodze źródło-dren. Aby przełączyć taki tranzystor stan przewodzenia należy podać napięcie między źródło a bramkę

1. najważniejsze parametry statyczne MOSFET

5. Definicja kąta załączenia, wyłączenia i opóźnienia zapłonu dla tyrystora w układzie jednofazowym.

 Kąt załączenia, czyli kąt elektryczny pomiędzy punktem czasowym, w którym sinusoida napięcia zasilającego przechodzi przez zero, a punktem czasowym odpowiadającym załączeniu zaworu

Kąt załączania tyrystorów  jest związany z kątem opóźnienia wysterowania a zależnością: .Kąt załączania może być regulowany tylko w zakresie 0°, 180° ('pi')

 Kąt wyłączenia, czyli kąt elektryczny pomiędzy punktem czasowym , w którym sinusoida napięcia zasilającego przechodzi przez zero, a punktem czasowym odpowiadającym wyłączeniem zaworu

Kąt opóźnienia zapłonu jest to kąt pomiędzy punktem komutacji naturalnej a początkiem przewodzenia prądu przez tyrystor.

Więcej nt. rozdział 6 skryptu podroz. 6.1.2.1

6. Przebiegi napięcia i prądu na obciążeniu rezystancyjnym i rezystancyjno-indukcyjnym w układzie prostownika sterowanego jednofazowego dla kąta opóźnienia zapłonu równego /2 rad.

Przebiegi napięć i prądu w jednopulsowym
prostowniku sterowanym przy obciążeniu czysto rezystancyjnym

Przebiegi napięć i prądu w jednopulsowym prostowniku sterowanym obciążonym dwójnikiem RL

7. Najważniejsze parametry idealnego wzmacniacza operacyjnego.

- nieskończenie duże wzmocnienie przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego

- nieskończenie szerokie pasmo przenoszonych częstotliwości

- nieskończenie duża impedancja wejściowa

- impedancja wyjściowa równa zeru

- wejścia wzmacniacza nie pobierają żadnego prądu z obwodów zewnętrznych

- napięcie wyjściowe równe zeru przy równości napięć na obydwu wejściach

- wzmocnienie idealnie różnicowe

- nieskończenie duża szybkość narastania napięcia wyjściowego

- nieskończenie duży dopuszczalny prąd wyjściowy

- niezależność parametrów od temperatury

- brak efektów starzenia

8. Na czym polega ujemne sprzężenie zwrotne w układzie wzmacniacza odwracającego fazę zrealizowanego w oparciu o wykorzystanie scalonego wzmacniacza operacyjnego.

Sprzężenie zwrotne polega na doprowadzeniu do wejścia układu części sygnału wyjściowego. Ujemne sprzężenie zwrotne polega na takim dodaniu do sygnału wejściowego sygnału wyjściowego, aby skasować część sygnału wejściowego. W przypadku wzmacniaczy operacyjnych ujemne sprzężenie zwrotne realizuje się doprowadzając sygnał wyjściowy do wejścia odwracającego.

Zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego znakomicie poprawia właściwości całego układu

i powoduje min.:

- zmniejszenie wzmocnienia układu,

- zwiększenie pasma przenoszenia układu,

- zmniejszenie wrażliwości całego układu na zamianę parametrów pracy tranzystorów,

- zmniejszenie zniekształceń.

oraz umożliwia:

- kształtowanie wzmocnienia i charakterystyki częstotliwościowej układu,

- regulowanie poziomu impedancji wejściowej i wyjściowej układu.

9. Przebiegi napięcia i prądu na obciążeniu rezystancyjnym, prądu diody w układzie prostownika niesterowanego trójfazowego jednokierunkowego przy obciążeniu rezystancyjnym.

Przy obciążeniu rezystancyjnym przebieg napięcia i prądu są ze sobą w fazie, wiec będą wyglądały tak samo.

10. Omów zasadę regulacji wartości skutecznej napięcia w sterowniku mocy prądu przemiennego.

• Sterowanie impulsowe typu Załączony-Wyłaczony:

Sterownik mocy działa jak przekaźnik półprzewodnikowy. Moc odbiornika jest funkcją impulsowego sygnału sterującego. Prąd wyjściowy sterownika włączany jest synchronicznie z przejsciem napięcia zasilającego przez zero, po pojawieniu się stanu wysokiego napięcia na wejściu sterujacym.

• Sterowanie fazowe:

Przy równości kąta załączenia ϑ(theta)i kąta fazowego obciążenia φ(Phi) uzyskuje się ciągły przepływ prądu w obciążeniu. Zmniejszenie kąta załączenia poniżej jego wartości krytycznej ϑ= φ nie powoduje dalszych zmian prądu obciążenia.

• Sterowanie impulsowe ze zmianą częstotliwości impulsowania:

Przy tym rodzaju sterowania występuje równoczesna zmiana współczynnika wypełnienia i częstotliwości impulsów mocy odbiornika w funkcji sygnału sterującego, przy czym prąd wyjściowy sterownika włączany jest synchronicznie z przejściem napięcia zasilającego przez zero

11. Przez obciążenie przepływa prąd stały o natężeniu 1 A. Jaką wartość wskażą amperomierze odpowiednio magnetoelektryczny i elektromagnetyczny.

Przez obciążenie przepływa prąd stały o natężeniu 1 A. Jaką wartość wskażą amperomierze odpowiednio magnetoelektryczny i elektromagnetyczny.

Magnetoelektryczny:

Wartość napięcia na mierniku magnetoelektrycznym będzie niższa gdyż prąd musi przepłynąć przez rezystancje miernika(boczniki)

A więc wskazanie wyniesie <1A

Elektromagnetyczny:

 Amperomierze elektromagnetyczne są wykonywane jako bezpośrednie, tzn. że cały prąd mierzony płynie przez cewkę ustroju

A więc wskazanie wyniesie 1A

12. Porównaj pod względem sposobu sterowania tyrystor SCR oraz tranzystory BJT i MOSFET.

a) Sterowanie tyrystorem SCR
Jest to najwcześniejsza i najbardziej rozpowszechniona odmiana tyrystora, jest krzemowym przyrządem półprzewodnikowym o czterowarstwowej strukturze PNPN.

Złącza J₁ i J₃ są spolaryzowane zaporowo przy ujemnym napięciu na anodzie względem katody
(stan zaworowy), natomiast złącze J₂ spolaryzowane jest zaporowo przy dodatnim napięciu anody tyrystora (stan blokowania). Uniemożliwia to przepływ prądu przez strukturę tyrystora pod nieobecność prądu bramki. Wprowadzenie dodatniego impulsu prądu w obwód "bramka-katoda" tyrystora przy dodatniej polaryzacji anody względem katody umożliwia jego trwałe załączenie tj. stan, w którym napięcie na przewodzącym przyrządzie spada do nieznacznej wartości (ok. 1-2V - stan przewodzenia) Wyłączenie prądu tyrystora następuje po obniżeniu wartości prądu poniżej wartości prądu podtrzymania.

b) Tranzystor bipolarny złączowy (BJT)
Tranzystor ten posiada bardzo korzystne niskie napięcie w stanie przewodzenia (1,5-2V), dzięki czemu ma bardzo 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. W celu zmniejszenia mocy układów sterowania tranzystory BJT często konstruowane są jako scalone układy Darlingtona.

c) Polowe tranzystory mocy (MOSFET)
Ze względu na możliwość stosowania przy wysokich częstotliwościach przełączania wypełniają obszar zastosowań niedostępny dla tranzystorów bipolarnych. Są one sterowane napięciowo, prąd obwodu głównego "dren-źródło" jest regulowany napięciem "bramka-źródło" o wartości kilku do kilkunastu woltów. Bramka sterująca jest izolowana od struktury tranzystora warstwą tlenków. Układ "bramka-źródło" może mieć dość dużą, dochodzącą do kilkudziesięciu tysięcy pF pojemność. Wynikają stąd pewnie, warunki które powinien spełniać układ sterujący. Musi on, przy niewielkiej mocy sterownia, mieć możliwość szybkiego ładowania i rozładowania pojemności wejściowej, w celu utrzymania czasów przełączania tranzystora oraz związanych z nim strat, na możliwie niskim poziomie.

13. Czym różnią się tranzystory NPN od PNP?

Tranzystor bipolarny jest to element półprzewodnikowy o dwóch złączach pn i np,

wykonanych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy zachodzące w jednym złączu

oddziałują na drugie, a większościowymi nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony lub dziury, zależnie od obszaru: elektrony w obszarach typu n, dziury w obszarach typu p.
Możliwe jest przy tym dwojakie uszeregowanie obszarów o różnym typie przewodnictwa:
PNP (górny rysunek) i NPN (dolny rysunek), dające dwa przeciwne typy tranzystorów.
Obok rysunków z symbolicznym przedstawieniem obszarów przewodzenia zamieszczono
symbole odpowiadających im tranzystorów.
Zasada działania obydwu typów tranzystorów jest jednakowa, różnice występują tylko w
kierunku zewnętrznych źródeł napięcia i w kierunkach przepływu prądów. W tranzystorze
bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika stykające się z elektrodami są oznaczone:
E – emiter, C – kolektor, B – baza.

Więc ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy:
         - tranzystory p-n-p;
         - tranzystory n-p-n.

Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice występują tylko w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądów.

14. W prostowniku trójfazowym niesterowanym jednokierunkowym przy obciążeniu rezystancyjnym przez każdą diodę przepływa prąd o wartości średniej
1 A. Jaka jest wartość średnia prądu w przewodzie neutralnym?

Wartość średnia na przewodzie N wynosi też 1 A