Материал: Физические основы электроники

По отношению к тиристору VS – это прямая полярность, но в отличие от обычного диода тиристор может включиться только при подаче на его управляющий электрод сигнала управления от управляющего устройства – системы управления (СУ). До поступления сигнала тиристор будет находиться в закрытом состоянии и тока пропускать не будет, несмотря на то, что к его аноду приложен положительный потенциал относительно катода. Пусть сигнал управления поступит от системы управления на тиристор в точке θ1 (со сдвигом на угол α относительно

начала координат) и начнет проводить ток нагрузки (рис. 5.17, г):

В точке полярность e2 изменится на противоположную и тири-

стор закроется (естественная коммутация), т. к. по отношению к нему эта полярность будет обратной, запирающей. На интервале ( π 2π) тиристор открываться не может. В точке 2π полярность снова станет прямой по отношению к тиристору, но он откроется только в точке ( 2π α), когда снова поступит сигнал управления, и т. д.

Рис. 5.16. Схема (а) и временные диаграммы (б, в, г) управляемого выпрямителя

Постоянную составляющую напряжения на нагрузке (выпрямленного напряжения) найдем как:

176

Если менять угол α в пределах от 0 до , то получим:

т. е., меняя угол α от 0 до π, изменяем постоянную составляющую выпрямленного напряжения в пределах от Ud max 0,45E2 до 0 .

Угол α называется углом управления.

По этому же принципу осуществляется регулирование выпрямленного напряжения во всех других (рассмотренных ранее) схемах выпрямления, если вместо обычных силовых диодов у них использовать управляемые вентили – тиристоры.

5.5.2. Регуляторы переменного напряжения

Для регулирования переменного напряжения в нагрузке широкое применение получили тиристорные регуляторы. Простейшая схема такого регулятора приведена на рис. 5.17, а.

Два тиристора – VS1 и VS2 – включены встречно-параллельно в цепь нагрузки zн. Каждый тиристор работает на своем полупериоде

(положительном или отрицательном). Причем открываются они с углом управления α (рис. 5.17, б), а закрываются в момент перехода тока нагрузки через нуль. Регулируя угол α, можно регулировать напряже-

ние Uн в широких пределах от Uн max Uс до Uн min 0 .

Однако такой способ регулирования сильно искажает форму кривой напряжения и изменяет фазу его первой гармоники, поэтому в ряде случаев более предпочтительными могут оказаться импульсные регуля-

177

торы переменного напряжения, простейшая схема которого представлена на рис. 5.18.

Здесь в цепь нагрузки zн включена последовательно обмотка w2

высокочастотного трансформатора T , которая периодически замыкается накоротко ключом K1, а первичная обмотка w1 периодически под-

ключается ключом K2 на напряжение питающей сети Uc . Ключи K1 и K2 работают с основной частотой fK fc , причем работают они в противофазе, рис. 5.19.

напряжение питающей сети Uc . Полагая полупериод (0 T2 ) положи-

тельным, обозначим полярность его на рис. 5.18 без скобок. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет:

178

На интервале (t1 t2 ) ключ K1 замкнут, а K2 – разомкнут. Пер-

вичная обмотка трансформатора отключена от питающей сети, а вторичная замкнута накоротко ключом K1. Поэтому на этом интервале

Далее процессы повторяются.

Таким образом, мгновенное значение напряжения на нагрузке будет представлять собой зубчатую кривую (рис. 5.19), а его среднее значение Uн ср можно регулировать в пределах от Uн max Uс до

Uн Uc e2 , в зависимости от соотношения времени замкнутого состояния ключей K1 и K2. Учитывая, что частота fK , на которой работают ключи, значительно больше частоты сети fc , высокочастотные пульса-

ции напряжения нагрузки можно легко убрать при помощи простейших фильтров. Рассмотренный пример позволяет регулировать выходное напряжение только вниз от напряжения сети Uc , т. е. осуществляется

вольтоотбавка. Если поменять местами начало и конец какой-либо из обмоток трансформатора ( w1 или w2 ), то получим вольтодобавку

и выходное напряжение Uн и можно будет регулировать в сторону увеличения по отношению к напряжению питающей сети Uc . Существуют

схемы регуляторов, которые обеспечивают регулирование выходного напряжения и вверх, и вниз по отношению к Uc .

Контрольные вопросы и задания

1.Что такое тиристор?

2.Какие разновидности тиристоров существуют?

3.Почему коллекторный переход тиристора оказывается смещенным в обратном направлении при переключении тиристора из закрытого состояния в открытое?

4.В чем преимущества тринистора перед динистором?

5.Какими способами можно перевести тиристор из открытого состояния в закрытое?

6.Что такое двухоперационный тиристор?

7.Какова структура и принцип действия симметричных тиристоров?

8.Чем отличается управляемый выпрямитель от неуправляемого?

9.Что такое импульсный регулятор напряжения?

179

6. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Оптоэлектроника – раздел науки и техники, в котором изучаются вопросы генерации, обработки, запоминания и хранения информации на основе совместного использования оптических и электрических явлений.

Всовременной технике находят широкое применение оптоэлектронные полупроводниковые приборы.

Оптоэлектронный полупроводниковый прибор – это полупровод-

никовый прибор, излучающий или преобразующий электромагнитное излучение, чувствительный к этому излучению в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой областях спектра или использующий подобное излучение для внутреннего взаимодействия его элементов.

Воптоэлектронике в качестве носителя информации используются электромагнитные волны оптического диапазона. Длины волн оптического излучения лежат в диапазоне от 1 нм до 1 мм (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Шкала электромагнитных волн

180