Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 21 Tyristor Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 TYRISTOR... 2 1.1 POPIS TYRISTORU... 2 1.2 VA CHARAKTERISTIKA TYRISTORU... 3 1.3 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem tyristoru. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Tyristor 1.1 Popis tyristoru Tyristor je řízená polovodičová součástka, která slouží ke spínání elektrických proudu (nejčastěji výkonových obvodů), fungující jako řízený elektronický ventil. Je sestaven ze čtyř vrstev polovodiče v uspořádání PNPN, takže v součástce jsou tři P-N přechody. Krajní vrstva s P vodivostí je spojena s anodou A, krajní vrstva s N vodivosti s katodou K. Řídící elektroda G (gate řídící elektroda) je spojena s P-bázi. Vnitřní vrstvy se nazývají N-báze a P-báze. Tyristor je vlastně spojení dvou bipolárních tranzistorů ve čtyřvrstvé struktuře s třemi PN přechody, které se značí J 1, J 2 a J 3, jejichž funkce jsou odlišné. V praxi je možné konstruovat tyristory typu PNPN a NPNP. Oba typy se rozlišují podle toho, ke které vnitřní vrstvě je připojena řídící elektroda - buď k vnitřní vrstvě P, nebo N. V praxi se používá pouze struktura PNPN. Obrázek 1 - struktura tyristoru + náhradní schéma tyristoru Tyristor se používá pro bezeztrátovou regulaci výkonu. Jeho použití je hlavně vhodné v obvodech střídavého napětí, neboť každý průchod napětí nulou automaticky vypne tyristor a ten čeká na další zapnutí. 2 Obrázek 2 - schématická značka tyristoru s obvodovými veličinami Tyristor je velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. Nejčastěji se používá v moderních elektrických lokomotivách pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů nebo taky pro regulaci otáček vrtaček, obecně v řízených usměrňovačích atd.
1.2 VA charakteristika tyristoru Charakteristiku lze rozdělit na tři části závěrnou, propustnou a blokovací. Obrázek 3 - tyristor Charakteristika v závěrném směru je v podstatě stejná jako charakteristika diody. Při určitém napětí dojde k průrazu. Protože tyristor má složitější strukturu než dioda, je náchylnější na průraz. Charakteristika v propustném směru s odpojenou řídící elektrodou je stejná jako charakteristika čtyřvrstvé diody. Při spínacím napětí nastane průraz na tom jednom přechodu, který je v závěrném směru, a napětí na tyristoru prudce klesne a proud rychle vzrůstá. I L přídržný proud, hlavní anodový proud, pokud se při sepnutí nedosáhne tohoto proudu tak tyristor vypne. I H vratný proud, při snížení proudu pod I H tyristor vypne. 1.3 Kontrolní otázky 1. S kolika vrstev se skládá tyristor? 2. Kolik má tyristor PN přechodů? Obrázek 4 - příklad VA charakteristiky tyristoru 3. Jak se nazývají jednotlivé vrstvy tyristoru? 4. Jak se nazývají vývody tyristoru? 5. K čemu se obecně používá tyristor? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - STRUKTURA TYRISTORU + NÁHRADNÍ SCHÉMA TYRISTORU... 2 OBRÁZEK 2 - SCHÉMATICKÁ ZNAČKA TYRISTORU S OBVODOVÝMI VELIČINAMI... 2 OBRÁZEK 3 - TYRISTOR... 3 OBRÁZEK 4 - PŘÍKLAD VA CHARAKTERISTIKY TYRISTORU... 3 6