Тиристор — управляемый полупроводниковый диод

На рис. 15.33, а изображена простейшая схема включения тиристора. Тиристор — это четырехслойный полупроводниковый прибор с тремя р—п-переходами (1, 2, 3). Напряжения на них обозначены и_г, и₂, и₃. ВАХр—п-переходов 1 и 3 изображены на рис. 15.32, б, ВАХ перехода 2 — на рис. 15.33, в (включен встречно р—п-переходам 1 и 3). При и₂ = и_заж в переходе 2 происходит лавинная ионизация (штриховая линия на рис. 15.33, в). Суммарная ВАХ трех переходов i = /(u), т. е. ВАХ всего тиристора, изображена на рис. 15.33, г. Она получена сложением абсциссы с рис. 15.33, в и двух абсцисс с рис. 15.33, б. Участок 1—2 на ней соответствует участку лавинной ионизации второго р—п-перехода.

Рис. 15.33.

Если при замкнутом ключе К (см. рис. 15.33, а) ЭДС Е станет немного больше и_заж, тиристор зажжется, т. е. перейдет в открытое состояние. Ток в цепи станет равным току i_p на рис. 15.33, д. Прямую 1 (рис. 15.33, д) называют нагрузочной. Для погашения тиристора необходимо, чтобы ток через него уменьшился до i < i₂ (рис. 15.33, г).

До сих пор рассматривалась работа тиристора при отсутствии управляющего сигнала (так работает динистор). При воздействии управляющего сигнала (импульса тока или напряжения) на управляющий электрод (расположенный вблизи р—п-перехода 2 на рис. 15.33, а) от вспомогательной цепи, не показанной на рис. 15.33, а, происходит лавинная ионизация р—п-перехода 2. Подавая импульсы управления, можно снижать напряжение зажигания (т. е. зажигать прибор при более низком и_заж).

Штриховой линией на рис. 15.33, д показано положение нагрузочной прямой 2 в управляемом тиристоре. Переход от закрытого состояния к открытому происходит за доли микросекунды. Тиристоры выполняют на токи от долей миллиампер до нескольких килоампер. На рис. 15.33, е, ж показано условное изображение тиристора на схемах: рис. 15.33, е соответствует управлению тиристором со стороны анода, рис. 15.33, ж — со стороны катода.

Общая характеристика методов анализа и расчета нелинейных электрических цепей переменного тока

Анализ нелинейных явлений и получение числовых соотношений в нелинейных цепях переменного тока являются более сложным и трудоемким, чем анализ и расчет линейных электрических цепей.

Как правило, в нелинейных электрических цепях содержатся либо нелинейные индуктивности, либо нелинейные конденсаторы, либо безынерционные в тепловом отношении нелинейные резисторы. Токи и напряжения в таких цепях в той или иной степени несинусоидальны.

Токи и напряжения в большей степени синусоидальны в цепях, содержащих только инерционные в тепловом отношении нелинейные резисторы.

Все методы анализа нелинейных цепей можно разделить на две большие группы: аналитические и графические. Аналитические методы в отличие от графических дают возможность проводить анализ в общем виде, а не только для частных значений параметров.

Недостатком аналитических методов является то, что приходится выражать аналитически характеристики нелинейных элементов, а это всегда связано с некоторой погрешностью. Расчет сколько-нибудь сложных нелинейных электрических цепей переменного тока можно провести лишь с известной степенью приближения.

Наиболее широко распространены следующие методы анализа и расчета нелинейных цепей переменного тока:

• 1) графический при использовании характеристик нелинейных элементов для мгновенных значений;
• 2) аналитический при использовании характеристик нелинейных элементов для мгновенных значений при их кусочно-линейной аппроксимации;
• 3) аналитический или графический при использовании ВАХ по первым гармоникам;
• 4) аналитический или графический при использовании ВАХ по действующим значениям несинусоидальных величин;
• 5) аналитический путем расчета по первой и одной или нескольким высшим или низшим гармоникам;
• 6) с помощью линейных схем замещения;
• 7) малого параметра;
• 8) интегральных уравнений;
• 9) моделирования.

В дальнейшем кратко охарактеризован каждый метод. Тот или иной метод целесообразно применять в зависимости от числа нелинейных элементов, формы их характеристик, а также от того, какое нелинейное явление в цепи исследуется. Чем сложнее характер нелинейного явления, тем более сложным и громоздким оказывается метод его анализа. И наоборот, анализ грубых нелинейных явлений выполняется простыми средствами.