Elektronika

Maturitní otázky

SPÍNACÍ VÍCEVRSTVÉ SOUČÁSTKY

9. Spínací vícevrstvé součástky

Diak

Je to třívrstvá(může být i pětivrstvá) neřízená souměrná spínací součástka. Protože vlastnosti diaku jsou nezávislé na polaritě napětí, nejsou jeho vývody od sebe odlišeny.

                Při malém napětí mezi vývody (U< U_B0) vykazuje diak velký odpor (jako dioda ve zpětném směru). Říkáme, že v blokovacím(rozepnutém) stavu se chová jako rozpojený spínač. Za této situace je přechod PN bližší ke kladnému pólu působícího napětí otevřen (na P je plus). Druhý přechod je uzavřen, neboť  druhá vrstva vodivosti typu P je spojena se záporným pólem napětí U a zároveň na střední vrstvě vodivosti typu N působí kladné napětí pronikající sem z prvního, otevřeného přechodu. Po dosažení spínacího napětí U_B0 dochází k ionizaci krystalové mřížky v okolí přechodu, který byl uzavřen. Odpor diaku se prudce zmenší, napětí mezi vývody poklesne a proud v obvodu roste. Stejně se chová diak i při obrácené polaritě napětí. Pouze se činnost přechodů vymění.

                Z průběhu  voltampérové charakteristiky ke patrné, že v propustném směru má diak záporný diferenciální ( dynamický) odpor. Je to součástka neřízená, tzn. spínací napětí určitého diaku se nedá měnit.

                V katalogu se udávají tyto hodnoty:

                U_B0 – spínací napětí s dovolenými odchylkami

                U_B01 a U_B02 – přípustný  rozdíl spínacích napětí

                I_b0 – spínací proud (procházející těsně před sepnutím)

                DU – nejmenší pokles napětí po sepnutí a vzrůstu proudu na I_F

                P_max – největší výkonová ztráta

Hodnoty pro diak Tesla KR 105 : U_B0 =26±4V; I_B0<1mA; DU_min=4V při I_F=10mA; U_B01-U_B02<5V; P_max= 300mW

Použití diaku: jako pomocná spínací součástka k řízení tyristorů a triaků; jako přepěťová ochrana.

Tyristor

Jedná se  o čtyřvrstvou spínací součástku vyrobenou z Si, ve které jsou nad sebou vytvořeny tři přechody PN nad sebou. Vnější vrstva P je anodou, vnější vrstva N je katodou tyristoru. Těmito elektrodami prochází celkový výstupní proud, ten může u některých typů dosahovat až stovek ampérů!

                Jedna z vnitřních vrstev je vyvedena jako řídící elektroda G.

Bude-li  řídící elektroda odpojena a přiložíme-li na anodu malé klané napětí proti anodě, otevřou se přechody J₁ a J₃. Přechod J₂ zůstává uzavřen, neboť do vrstvy N proniká kladné napětí přes otevřený přechod J₁ a do vrstvy P záporné napětí přes otevřený přechod J₃. Nyní je tyristor zablokován. Odpor mezi katodou a anodou je několik megaohmů.

                Při zvyšování napětí mezi anodou a katodou dojde ke zvětšování intenzity elektrostatického pole v oblastiJ₂. Při určité velikosti tohoto napětí dosáhne intenzita pole své kritické hodnoty a dochází k ionizaci krystalové mřížky a odpor se rychle zmenší až na desetiny až setiny ohmu! Přestože stoupl proud, kleslo napětí na 1 až 2V. Tyristor přešel do sepnutého (vodivého) stavu. Doba potřebná k ionizaci se nazývá zapínací doba (asi 1ms a označuje se t_on).

                Pokud chceme sepnout tyristor již při nižším napětí než U_B0, musíme přivést do oblasti uzavřeného přechodu J₂ volné nosiče náboje (proudem do G). Elektrostatické pole je využije k vytrhávání nosičů náboje z vazeb a dojde až k sepnutí tyristoru. Velikostí proudu Ig můžeme řídit velikost spínacího napětí U_B. Pokud I_G = I_GT přechází tyristor plynule do sepnutí a jestliže I_G>= I_GT nevzniká blokovací stav tzn. Tyristor se chová jako usměrňovací dioda.

                Důležité je, že k udržení vzniklé ionizace krystalové mřížky postačí průchod anodového proudu většího než tzv. přídržný proud I_H. Proud I_G může zaniknout. Proto je možné uvést tyristor do trvale sepnutého stavu pouze krátkým impulsem I_G.

                Velikost spínacího napětí závisí také na rychlosti, kterou roste napětí mezi anodou a katodou. Jedná se o tzv. kritickou strmost růstu anodového napětí.(1 až 100 V/ms)

                K zablokování tyristoru může dojít buď snížením proudu I_F na menší než I_F nebo odsátím volných elektronů z J₂ velkým záporným impulsem. Pro obnovení blokovací činnosti je potřeba čas který označujeme t_off (běžně 10ky ms).

Použití tyristoru: jako řízený spínač v obvodech střídavých proudů technických frekvencí. Tyristor je možné použít pouze na kladné půlvlny střídavého proudu.

Triak

Je to obousměrná, spínací , pětivrstvá nesymetrická součástka.

                Triak můžeme použít pro regulaci proudu procházejícího v kladné i záporné půlvlně. Chování je podobné  jako dva tyristory zapojené antiparalelně ( každý spíná jednu půlvlnu napětí ). Jde o symetrický spínací prvek. Napětí U_A1A2, při kterém se triak sepne je  možné měnit velikostí proudu I_G, protékajícího obvodem G-A₂. K sepnutí dochází při kladné i záporném napětí U_A1A2. Přitom záleží pouze na velikosti řídícího proudu, nikoli na jeho smyslu.

                Při zapojení triaku se nesmí zaměnit obě anody A₁ a A₂, ač se podle nákresu vidět, že jde o symetrický řízený spínač. Mohlo by dojít ke zničení triaku.