Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Wydział Telekomunikacji i Elektrotechniki
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI		1. Cisowski Andrzej 2. Zając Piotr
Laboratorium Elementów i Układów Elektronicznych
Temat : Tyrystor		Numer grupy : VI Semestr III
Data wykonania ćwiczenia : 27.11.2006r	Data oddania ćwiczenia :	Ocena :

1.Cel ćwiczenia.

Wyznaczenie charakterystyk i zapoznanie się z zasadą działania tyrystora oraz jego podstawowymi parametrami .

2.Wykaz przyrządów.

- zasilacz stabilizowany

- transformator

- miliamperomierz

- oscyloskop dwukanałowy

- rezystor dekadowy

- woltomierz cyfrowy

3.Pomiar charakterystyki wejściowej , minimalnego prądu i napięcia załączania w obwodzie bramki:

3.1. układ pomiarowy:

Schemat 1

3.2. minimalny prąd I_GO , minimalne napięcie U_GO ,oraz minimalna moc P_min załączania tyrystora:

≈U [V]	IGO [mA]	UGO [V]	P [mW]
4	3,70	0,7728	2,86
6	3,65	0,7738	2,82
12	3,62	0,7762	2,81
24	3,62	0,7810	2,82

Minimalna moc załączania bramki.

P_min=2,81 mW

3. charakterystyka wejściowa tyrystora IG=f( UG ) , U_AK=0:

Ug [V]	0	0,052	0,099	0,175	0,254	0,328	0,59	0,813	0,844	0,93	0,967	1,013	1,08
Ig [mA]	0	0,10	0,16	0,72	1,10	1,40	2,60	4,10	4,50	7,20	8,60	10,80	14,60
Pg [mW]	0	0,005	0,016	0,126	0,279	0,459	1,524	3,333	3,798	6,696	8,316	10,940	15,768

1,192	1,285	1,437	1,459	1,48	1,505	1,532	1,561	1,592	1,643
21,60	28,40	41,00	42,80	44,80	47,00	49,60	52,20	55,20	60,00
25,747	36,494	58,917	62,445	66,304	70,735	75,987	81,484	87,878	98,580

Wnioski:

Wraz ze wzrostem napięcia U_AK obserwujemy zmniejszenie się minimalnej mocy potrzebnej do włączenia tyrystora. Zaobserwowane zjawisko wynika z własności złącza p-n w stanie zaporowym. W takim właśnie stanie znajduje się złącze środkowe tyrystora w stanie blokowania. Przez złącze to przepływa niewielki prąd nasycenia którego wartość wpływa na wielkość impulsu prądowego który należy doprowadzić do bramki w celu włączenia tyrystora. Ponieważ prąd nasycenia od pewnej wartości U_AK przestaje od niego zależeć i praktycznie się nie zmienia, moc potrzebna do włączenia tyrystora również przestaje maleć

3.4 Charakterystyka wyjściowa tyrystora dla różnych wartości prądu bramki (I_G) oraz

prąd podtrzymania I_H = 4,14mA.

Układ wyzwalania tyrystora prądem bramki oraz schemat zastępczy układu

,

przy czym:

Wartość napięcia progowego odczytana z charakterystyki wynosi ok.Ugk= 0,8V.

- napięcie w momencie załączania tyrystora( z oscylogramów)

- rezystancja zastępcza w bramce

lp	Uak	R1	R2	Eg	Rg	Ugk	Ig [mA]
1	32,5	8272	820	2,93	746,0	0,8	2,85
2	25	6321	820	2,87	725,8	0,8	2,85
3	18	4524	820	2,76	694,2	0,8	2,82
4	9	2455	820	2,25	614,7	0,8	2,36

3.5. Wartość maksymalna I_Am :

1. R_D= 8272Ω I_Am = 697mA

2. R_D= 6321Ω I_Am = 699mA

3. R_D= 4524Ω I_Am = 696mA

4. R_D= 2455Ω I_Am = 700mA

średnia wartość:

I_Am = 698mA

średnie napięcie przewodzenia:

U_AK = 1,5V

4.Pomiar charakterystyk wyjściowych oraz określenie kątów przewodzenia tyrystora.

4.1. Schemat układu pomiarowego z prądem bramki podawanym w sposób ciągły

Schemat 2

5. Pomiar charakterystyk i kątów przewodzenia tyrystora w układzie z wyzwalaniem impulsowym.

Schemat 3

5.1 Charakterystyki statyczne tyrystora .

I_B1 < I_B2 < I_B3

Istnieją trzy sposoby załączania tyrystora :

- prądem bramki I_B w granicach od 20 do 100 mA

- U_AK > U_Bmax

- duże dU/dt dla napięć U_AK

Parametrem charakterystyk anodowych tyrystora jest prąd bramki, za pomocą którego można zmieniać tzw. napięcie progu włączania U_B. Większym prądom bramki odpowiadają mniejsze anodowe napięcia włączenia. Sterowanie procesem włączenia odbywa się w obwodzie bramki. Po załączeniu tyrystora napięcie na nim spada do ok. 1V.

Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowy układ sterowany przez tyrystor. Odbiornikiem w tym przypadku może być grzejnik, a tyrystor będzie regulował temperaturę tego grzejnika, poprzez załączanie w określonej chwili sinusoidy.

α = α_g-α_z

α-kąt wyzwolenia

α_g - kąt wyłączenia

α_p - kąt przewodzenia

5.2 Kąty przewodzenia tyrystora dla układu 2 i 3:

Θ = (t*180)/10ms

α = (180 - Θ)

Przykład:

Θ =(4,1*180)/10 = 73,8°

α = 180 -78,66 = 106,2°

Układ 2:

R_D= 8272Ω Θ = 73,8º

R_D= 6321Ω Θ = 48,6º

R_D= 4514Ω Θ = 36,0º

R_D= 2455Ω Θ = 21,6º

Układ 3:

R_D= 11111Ω Θ = 173,28º

R_D= 23Ω Θ = 12,6º

1. Określenie wartości średniej prądu anodowego

gdzie

P_R= I_Aśr² * R_obc

R_obc= 50Ω

Układ 2:

RD [Ω]	Θ [º]	α [°]	t [s]	IAśr [A]	PR [W]
8212	73,8	106,2	4,2	0,128	0,819
6100	48,6	131,4	2,8	0,167	1,394
4100	36,0	144,0	1,9	0,181	1,638
2100	21,6	158,4	1,2	0,194	1,882

Układ 3:

RD [Ω]	Θ [º]	α [º]	t [s]	IAśr [mA]	PR [mW]
11111	173,28	12,86	9,62	2,55	1961
23	12,6	167,4	0,7	198	0,315

6. Pomiar prądu podtrzymania I_H tyrystora.

Prąd I_H wyniósł 4,36 mA

6. Wnioski i spostrzeżenia.

Zasadniczym celem naszego ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania oraz parametrami sterowanego elementu elektronicznego jakim jest tyrystor. Tyrystor składa się z czterech warstw półprzewodnika p-n-p-n, która może być uważana za połączenie dwóch tranzystorów n-p-n oraz p-n-p. Działanie tyrystora można prześledzić w oparciu o taki właśnie model dwutranzystorowy.

Napięcie zewnętrzne UAK przykładane między anodę i katodę, polaryzuje złącza emiter-baza i baza-kolektor tranzystora pierwszego w przeciwnych kierunkach.

Gdy anoda ma potencjał ujemny względem katody, to złącze emiter-baza jest spolaryzowane wstecznie, a złącze baza-kolektor w kierunku przewodzenia. W kierunku wstecznym spolaryzowane jest również złącze emiter-baza drugiego tranzystora. W obwodzie anoda-katoda płynie niewielki prąd wsteczny, rzędu kilku mikroamperów.

W miarę zwiększania napięcia UAK, przy pewnej jego wielkości UBR następuje przebicie złącza e-b T1, a następnie e-b T2. W tym stanie pracy, nazywanym stanem wstecznym lub zaporowym, tyrystor zachowuje się jak dioda spolaryzowana wstecznie.

Przy polaryzacji anody napięciem dodatnim względem katody są możliwe dwa stany : blokowania i przewodzenia. Jeżeli napięcie UGK jest mniejsze od napięcia progowego złącza baza-emiter tranzystora T2, to złącze to również nie przewodzi. W obwodzie anoda-katoda płynie prąd o wartości zbliżonej do wartości prądu wstecznego. Stan ten nazywa się stabilnym stanem blokowania. Dodatnie sprzężenie zwrotne występujące w obwodzie wprowadza oba tranzystory w stan nasycenia. Złącze baza-emiter tranzystora T2 traci wtedy własności blokujące przepływ prądu, a tyrystor przechodzi w stan przewodzenia.

W zakresie przełączania napięcie na tyrystorze maleje pomimo wzrostu prądu. Odpowiada to ujemnej rezystancji dynamicznej w obwodzie. W stanie przewodzenia, gdy oba tranzystory są w stanie nasycenia, prąd w obwodzie anoda-katoda ma wartość zależną głównie od impedancji obciążenia. Spadek napięcia na tyrystorze ulega niewielkim zmianom, przy dużych zmianach prądu anoda-katoda.

Załączenie tyrystora, czyli przejście ze stanu blokowania w stan przewodzenia jest możliwe po przekroczeniu określonej wartości napięcia i prądu anodowego. Proces odwrotny - wyłączenie tyrystora, czyli przejście ze stanu przewodzenia w stan blokowania wymaga zmniejszenia prądu anodowego do wartości tzw. prądu podtrzymania IH lub też zmiany polaryzacji napięcia anoda-katoda.

W praktyce tyrystory wykorzystuje się tam, gdzie zachodzi potrzeba sterowania obwodem wysokonapięciowym ( wysokoprądowym ) za pomocą bezpiecznego napięcia (prądu).

W punkcie 3.1. dokonano pomiarów minimalnej wartości prądu IG0 i napięcia UG0 załączania tyrystora. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że wzrost napięcia polaryzującego anodę ma niewielki wpływ na wartość prądu i napięcia podtrzymania.

W punkcie 3.2. wyznaczono charakterystykę wejściową IG=f(UG). Ponieważ pomiędzy bramką a katodą istnieje tylko jedno złącze, charakterystyka wejściowa jest charakterystyką typowego złącza p-n. Wartość napięcia progowego odczytana z charakterystyki wynosi ok. 0,9 V. Na podstawie kształtu charakterystyki wejściowej można również stwierdzić, że szeroki zakres załączania tyrystora jest głównie ograniczony przez maksymalną moc wydzielaną w obwodzie bramki.

W punkcie 3.3. wyznaczono charakterystyki wyjściowe IA = f( UAK ) w zależności od zmian R. Regulując wartością rezystora R, a co za tym idzie zmieniając napięcie bramka-katoda, powodujemy zmianę napięcia na zaciskach tyrystora, natomiast prąd pozostaje niezmieniony. W zależności od wartości R tyrystor przewodzi mniejszą lub większą część połówki przebiegu sinusoidalnego doprowadzonego do jego zacisków. Wynika z tego, że zmieniając wartości napięcia na bramce regulujemy czas przewodzenia tyrystora (kąt przewodzenia tyrystora).

U_AK

I_AK

I_H

U_Bmax

I_B1

I_B2

I_B3

stan zaporowy

stan przewodzenia

stan blokowania

Układ sterowania

U₀

U_I

t

U_I, U₀

₁

₂

_P

t

Impulsy z układu sterującego

I_B

---