ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY. Doc.Ing.Václav Vrána,CSc. 03/2008

Podobné dokumenty
5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

MS - polovodičové měniče POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

Základy elektrotechniky

Střídavé měniče. Přednášky výkonová elektronika

Základy elektrotechniky

Zdroje napětí - usměrňovače

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Dioda jako usměrňovač

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

Polovodiče Polovodičové měniče

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

Studijní opory předmětu Elektrotechnika

Elektrotechnická zapojení

1.3 Bipolární tranzistor

A45. Příloha A: Simulace. Příloha A: Simulace

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

II. Nakreslete zapojení a popište funkci a význam součástí následujícího obvodu: Integrátor s OZ

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY

Statické měniče v elektrických pohonech Pulsní měniče Jsou to stejnosměrné měniče, mění stejnosměrné napětí. Účel: změna velikosti střední hodnoty

Součástky s více PN přechody

5. Diodové usměrňovače

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

1.1 Pokyny pro měření

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

AD1M14VE2. Přednášející: Ing. Jan Bauer Ph.D. bauerja2(at)fel.cvut.cz. Speciální aplikace výkonové elektroniky + řízení pohonů

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný osciloskopem. Jaké je efektivní napětí signálu?

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

Část pohony a výkonová elektronika 1.Regulace otáček asynchronních motorů

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_02_Jednofázové, třífázové a řízené usměrňovače Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

Rozvod elektrické energie v průmyslových a administrativních budovách. Sítě se zálohovaným a nepřetržitým napájením. A 5 M 14 RPI Min.

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Ukázka práce na nepájivém poli pro 2. ročník SE. Práce č. 1 - Stabilizovaný zdroj ZD + tranzistor

Neřízené polovodičové prvky

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA

Polovodiče, polovodičové měniče

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ NAPÁJECÍ ZDROJE

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

Manuální, technická a elektrozručnost

U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Studium tranzistorového zesilovače

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

Zvyšování kvality výuky technických oborů

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Využiti tam, kde je potřeba střídavého napětí o proměnné frekvenci nebo jiné než síťový kmitočet přímé (cyklokonvertory) konverze AC / AC velké výkony

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Elektronické praktikum EPR1

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor speciální polovodičová struktura IGBT se používá jako spínací tranzistor nejdůležitější součástka výkonové

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Stejnosměrné měniče. přednášky výkonová elektronika

9/10/2012. Výkonový polovodičový měnič. Výkonový polovodičový měnič obsah prezentace. Výkonový polovodičový měnič. Konstrukce polovodičových měničů

Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

Technická dokumentace. === Plošný spoj ===

Elektrotechnické obvody

Polovodičové usměrňovače a zdroje

8. MOŽNOSTI PRO OMEZOVÁNÍ HARMONICKÝCH Úvod. Míra vlivu zařízení na napájecí síť Je dána zkratovým poměrem (zkratovým číslem)

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

8. ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ SPÍNANÝCH ZDROJŮ

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROMECHANIKY A VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

1.1 Usměrňovací dioda

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY

Studium klopných obvodů

Napájecí zdroje. 1. Síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí. 1. Popište síťové napájecí zdroje stejnosměrného napětí.

Spínače s tranzistory řízenými elektrickým polem. Používají součástky typu FET, IGBT resp. IGCT

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Bezkontaktní spínací moduly typu CTU Úvod: spínací rychlost až 50x za sekundu nedochází k rušení ostatních elektronických zařízení

Usměrňovače, filtrace zvlněného napětí, zdvojovač a násobič napětí

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

Třísystémová lokomotiva ŠKODA 109E řada 380

elektronické moduly RSE SSR AC1A A1 FA 2 KM1 1 A FA 1 SA1 XV ma +24V +24V FA 2 24V AC RSE KT G12A 12 A FA 1 +24V 100 ma SA 1 XV 1

CTU02, CTU03, CTU33. CTU řada rychlých tyristorových modulů

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

VÝVOJOVÁ DESKA PRO JEDNOČIPOVÝ MIKROPOČÍTAČ PIC 16F88 A. ZADÁNÍ FUNKCE A ELEKTRICKÉ PARAMETRY: vstupní napětí: U IN AC = 12 V (např.

Základy polovodičové techniky

popsat činnost základních zapojení operačních usměrňovačů samostatně změřit zadanou úlohu

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ NA AKTIVNÍCH SOUČÁSTKÁCH

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Učební osnova vyučovacího předmětu elektronika Volitelný vyučovací předmět. Pojetí vyučovacího předmětu M/01 Strojírenství

Jednostupňové zesilovače

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky tranzistory, tyristory, traiky. Pro obor M/01 Informační technologie

ETC Embedded Technology Club setkání 6, 3B zahájení třetího ročníku

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Název: Tranzistorový zesilovač praktické zapojení, měření zesílení

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Transkript:

ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY Doc.Ing.Václav Vrána,CSc. 3/28

Obsah 1. Úvod 2. Polovodičové prvky 2.1. Polovodičové diody 2.2. Tyristory 2.3. Triaky 2.4. Tranzistory 3. Polovodičové měniče 3.1. Usměrňovače 3.2. Střídače 3.3. Střídavé měniče napětí 3.4. Pulzní měniče 3.5 Měniče kmitočtu

DIODA závěrný směr propustný směr schematická značka p k K A Obr.2-2 Hydraulická analogie diody a schématická značka

DIODA - VA CHARAKTERISTIKA Ideální Skutečná I I [A] A K (+) ) (-) Propustná větev U BR U Závěrná větev A K (-) (+) U P U [V]

Zenerova dioda VA charakteristika i K (-) A (+) -u U z u K (+) A (-) I z max P max -i Obr. 2-5 - VA charakteristika Zenerovy diody

TYRISTOR z a) b) c) p k G i g K A I Obr. 2-7 Hydraulická analogie tyristoru: a)závěrný směr, b)propustný směr, c)schematická značka

TYRISTOR VA charakteristika Ideální skutečná I [A] propustná část A (+) I K (-) G(+) I G I G U U [V] U BR závěrná část I L I H blokovací část U [V] I G >> I G = A K (-) (+) G(+) I G I [ma ]

TRIAK a) b) c) I A z I A G Obr.2-9 Analogie triaku: a)hydraulická, b)pomocí dvou tyristorů, c)schematická značka

TRIAK VA charakteristika I[A] A 2 (+) A 1 (-) G(+) I G I ST U U A 2 (-) A 1 (+) G(+) I G I[A] Obr. 2-8 Zjednodušená VA charakteristika triaku

Tranzistory C EMITOR (E) BÁZE (B) KOLEKTOR (C) B PNP - P N P TRANZISTOR E C EMITOR (E) BÁZE (B) KOLEKTOR (C) B NPN - N P N TRANZISTOR E Obr. 2-1 Tranzistor PNP a NPN

TRANZISTOR schématicka značka zjednodušená VA charakteristika I C C I B > B I B E I C U CE I B < U CE

Tranzistor zapojení se společným E Zesílení tranzistoru : h 21E = I C /I B = 1 až 1 U vst Malý proud I B R g Vstup B Malý vstupní odpor R vst C E Velký proud I C Velký výstupní odpor Rvýst Výstup Obr. 2-11 Zapojení tranzistoru se společným emitorem

Tabulka srovnání spínacích vlastností jednotlivých polovodičových prvků K Napětí na diodě je: ZAP: v propustném směru VYP: v nepropustném (závěrném) směru G A K A VYP ZAP 1. Napětí na tyristoru je: ZAP: v propustném směru VYP: v nepropustném (závěrném) směru 2. ZAP: I G > I Gmin ; nebo I A > VYP: I G = ; I A G ZAP: I G > I Gmin ; nebo I A > VYP: I G = ; I A B I B C E ZAP: 1. Správná polarita přiváděných napětí dle typu (PNP, NPN) 2. : I B I Bmin (I B >) VYP: I B < I Bmin (I B = )

Polovodičové měniče Druh měniče usměrňova ovače střída dače fázov zově řízen zené měni niče střídav davého napětí (softstart softstartéry ry) pulsní měni niče měni niče kmitočtu tu Vstupní veličina Střídavá (AC) s U 1, f 1 Stejnosměrná (DC) s U 1 Střídavá (AC) s U 1, f 1 Stejnosměrná (DC) Střídavá (AC) s U 1, f 1 Výstupní veličina (u řízených variabilní) Stejnosměrná (DC) s U 2 (pulzující) Střídavá (AC) s f 2, U 2 Střídavá (AC) s U 2, f 1 Stejnosměrná (DC) U 2 =U d (pulzní) Střídavá (AC) s f 2, U 2

USMĚRŇOVA OVAČE Rozdělen lení podle charakteru výstupních veličin in (dle použitých polovodičových ových ventilů Neřízený usměrňovač Řízený usměrňovač AC ~ = DC AC ~ = DC var Neřízené (diodové) Řízené (tyristorové, tranzistorové)

Rozdělen lení podle druhu napájec jecího zdroje (počtu fází): f jednofázov zové (m=1), třifázové, (m=3) m-fázové ~ ~ ~ Jednofázové Třifázové

Rozdělení podle zapojení měniče (uspořádání jeho výkonového obvodu) z hlediska tvaru proudu na vstupní straně (svorkách) bloku usměrňovače Jednocestné (proud na vstupních svorkách je jednosměrný) Dvoucestné (proud na vstupních svorkách je obousměrný) Rozdělení podle zapojení zdroje a jednotlivých VPS Uzlové (všechny VPS a napěťové zdroje jsou jedním shodným pólem spojeny do uzlu stkové (vnější svorky stejné polarity jsou společné a výstupní, středy skupiny jsou vstupní) Můstkov

Sestava polovodičov ového usměrňova ovače P Jednokvadrantov Napájecí zdroj m, U, I Blok usměrňovače U d, I d Zátěž (R,L.C,U i ) Vstupní, AC strana usměrňovače Výstupní, DC strana usměrňovače Značka usměrňovače ve schématech (bloková) m AC + DC -

Jednopulzní usměrňova ovač s odporovou zátěžz ěží. a) obvodové schéma zapojení b) náhradní schéma zapojení VPS, V V i d u v u v u u d U u R u d

Časové průběhy veličin in jednopulzního usměrňova ovače e s odporovou zátěžz ěží ; u U u d u V U d ; 18 π 36 2π 54 3π ω.t 72 4π U d π 2 = U av = U 2 π sin 2 π ( θ ) d ( θ ) = U =, 45 U

Jednopulsní usměrňova ovač s RC zátěžz ěží. a) Náhradní schéma zapojení b) Časové průběhy veličin V i v i R [] u d u v i c - 1 U u C R u d u i=i V i d =i R 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [ms]

Trojpulzní usměrňova ovač a) schéma zapojení b) průběhy veličin V1 i v1 u d u 1 u v V2 i v2 u 2 u v u 2 u 3 u 1 V3 i v3 i d u 3 u v i d R u d 3 π 2π U d 5π = 3 6 U sin 3 6 2 2 π 2 π 17 π 6 ( θ ) d( θ ) = U = 1, U,

Můstkové zapojení jednofázového usměrňovače ( - dvoupulzního ) Obvodové schéma Náhradní schéma Průběhy veličin U u i 1 u U i 1 V3 V1 V3,4 2 V1,2 V4 V2 u d V3 U d i d R R i d i d u d u d π 2 π ω. t U d = π 2 2 2 U sin ( θ ) d( θ ) = π π U =,9 U

Šestipulzní můstkové zapojení a) Obvodové schéma b) Náhradní schéma U 1,2,3 u 1 u 2 u 3 V4 V1 V4,5,6 3 V1,2,3 V5 V2 V6 V3 i d R i d R u u d U d = 2 / 3 6 π 2 π π / 3 2 U S sin ( θ) d( θ) = 3 2 π U S = 1,35 U = 2,34 S U f

c) Průběhy veličin ( ) ( ) = = = 3 2 3 135 2 3 2 2 6 / /, sin π π π θ θ π S S S d U U d U U u 12 π 2π u 23 u 31 u d i d

Řízené polovodičové usměrňovače Podle použitých polovodičových ových součástek stek dělíme d usměrňova ovače e na: plně řízené, (všechny řízenými PVS jsou řízené, např. tyristory), polořízen zené, (řízené i neřízené PVS např. diody a tyristory). Změny výstupního napětí u řízených usměrňova ovačů lze docílit: fázovým řízením. (nejčastěji). pulzním řízením (vypínatelné VPS např. tranzistory).

Řízený usměrňova ovač jednopulzní s odporovou zátěžz ěží. schéma zapojení, průběh obvodových veličin u v i i d u u u d U d u u d R ;; ; u v u v i d i d u G α π 2π ω.t

pro nulový úhel řízení α = 2 U dav = U π ( ), pro obecný úhel řízení α = o až cca 15 o U dav = 1 2 π 2 U sin ω t d ω t 2 U 1+ cosα = U 2π ( α ) ( ) ( ) ( ) dav ( ) = π 1+ cosα 2.

Řízený usměrňova ovač dvojpulsní průběh obvodových veličin pro úhel α = 9 o u i 1 u 1 u 2 V3 V1 u u d U d u v1 u v u v2 V4 V2 i d i d R u G π 2π u d α 1 α 2 ω.t

Měniče střídavého napětí schéma Triak tyristory Použití: u 1 řídící obvod u 2 Regulátory výst. napětí Bezkontaktní spínače u u 1 průběhy napětí u 2 α ω t i G řídící impulzy ω t

Střídače DC ~ AC var = Schéma jednofázového střídače a průběh výstupního napětí + T 1 T 3 u 2 Sepnutý stav T 1, T 4 T 1, T 4 u 2 u 1 u 1 T 2 Zátěž - spotřebič T 4 - t řídící obvod T 3, T 2

Měniče Šířkově pulzní modulace - ŠPM u, i u i (proud je vyhlazený, pokud zátěž obsahuje indukčnost) t Obr. 3-12 Princip puzně šířkové modulace

Pulzní měniče DC = DC var Zjednodušené schéma a časové průběhy veličin + V i d, I d u U U di t i V R U di i V I d t t z t v - T Použití: - mobilní prostředky (vozíky napájené z akumulátorů - trakce (tramvaje, trolejbusy, vlaky)

Měniče kmitočtu Přímé cyklokonvertory Nepřímé 3 (1 Usměrňovač ~ Střídač ~ 3 Obr. 3-15 Struktura nepřímého MK

Příklad praktického použití měničů pro náhradní (záložní) zdroje Vstup napájecí sítě 3 (1 Usměrňovač ~ Střídač Akumulátory ~ 3 Přepínač Výstup (záložní napájecí sítˇ) Obr Struktura záložního zdroje - UPS