SU744988A1 - Тиристорный ключ - Google Patents

Description

Изобретение относится к области импульсной техники и переключающим устройствам с S —образной характеристикой на основе диодных и триодных тиристоров, предназначенных для использования в цепях электронной техники, автоматики и ⁵ телемеханики.

Известен полупроводниковый переключающий прибор - диодный тиристор, способный переключаться из состояния низкой проводимости (закрытое) в состояние высокой проводимости (открытое) при приложении к электродам прибора напряжения определенной полярности и величины, превышающей величину напряжения включения, ₎₅ являющегося одним из основных электрических параметров диодных тиристоров fl].

В известном переключателе напряжение включения значительно изменяется не тллько в диапазоне температур,- ио даже в нормальных условиях, что обусловлено физическими принципами, положенными в основу его работы, и технологическими особенностями, изготовления.

Известен также полупроводниковый переключатель - тиристорный ключ, с фиксированным значением величины напряжения включения, стабильным в достаточно широком температурном диапазоне представляющий собой сочетание триодного тиристора со стабилитроном в цепи управления, катод которого электрически соединён с анодом триодного тиристора[2].

Подобная схема включения стабилитрона в цепь управления триодного тиристора позволяет получить тиристорный ключ с практически не меняющимся, заранее заданным значением напряжения включения при изменении температуры окружающей среды, однако этот переключатель обладает недостаточной чувствительностью и устойчивостью к эффекту du/dt .

Цель изобретения - повышение чувствительности в широком диапазоне температур.

Указанная цель достигается тем, что тиристорный ключ, содержащий основной тиристор и основной стабилитрон, катод которого подключен к аноду основного тиристора, а анод - к его первому управляющему электроду, снабжен дополнительным стабилитроном, при этом катод основного стабилитрона соединен с катодом дополнительного тиристора, анод которого соединен с анодом основного тиристора, а вторые управляющие электроды тиристоров, электрически связанные с их базами, .соединены между собой с катодом дополнительного стабилитрона, анод которого соединен с первым управляющим электродом: дополнительного тиристора.

Напряжение стабилизации дополнительного стабилитрона должно превышать напряжение стабилизации основного стабилитрона.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема тиристорного ключа.

Ключ содержит основной тиристор 1, шунтирующий резистор 2, основной стабилитрон 3 и дополнительные стабилитрон и тиристор 5.

При реализации тиристорного ключа в качестве основного 1 и дополнительного тиристоров использованы экспериментальные образцы четырехвыводных переключающих приборов - тетродных тиристоров, с управлением по П -базе, шунтирующий резистор 2 типа МЛТ-0,5 сопротивлением 200-500 Ом, основной стабилитрон 3 типа Д814Д с напряжением стабилизации 13,5 В, дополнительный стабилитрон типа Д816В с напряжением стабилизации 33В. В качестве составляющих элементов тиристорного ключа могут быть использованы и другие типы попупроводНИКОВЫХ приборов, обеспечивающие получение требуемых характеристик.

Принцип работы тиристорного ключа состоит в следующем: напряжение источника питания, включенного последовательно с нагрузкой, подается на электроды А и К тиристорного ключа. Полярность напряжения такова, что плюс источника питания соединен с анодами тиристоров. При величине напряжения на электродах А и К тиристорного ключа, не превышающей суммы значений величин напряжений Стабилизации обоих стабилитронов 3 и 4, тиристорный ключ находится в закрытом состоянии и ток через него определяется суммарным током утечки составляющих его элементов.

Увеличение напряжения источника питания до значения, при котором происходит совместный пробой последовательно вклю- ченных стабилитронов 3 и 4, приводит к резкому лавинообрнзному нарастанию тока через управляющий электрод дополнительного тиристора 5. При увеличении этого тока до значения, равного току включения дополнительного тиристора 5, этот тиристор переключается в открытое состояние. Импульс тока протекает при этом через управляющий электрод основного тиристора 1, переключая его в открытое состояние. Напряжение на тиристорном ключе падает до значения, равного остаточному напряжению 1. а тиристор 5 переключается в закрытое состояние.

Из описанного выше принципа действия тиристорного ключа видно, что такие его электрические параметры, как напряжение включения и ток включения определяются соответственно суммарным напряжениям пробоя последовательно включенных стабилитронов 3 и 4 и значением тока управления тиристора 5, образующим ток запуска. Остаточное напряжение тиристорного ключа и ток удержания - минимальное значение тока через тиристорный ключ в открытом состоянии - определяются, параметрами тиристора 1. При выборе составляющих элементов тиристорного ключа необходимо принимать во внимание то обстоятельство, что напряжение переключения тиристоров 1 и 5 из закрытого’ состояния в открытое превышало суммарное напряжение пробоя стабилитронов 3 и 4 в требуемом температурном диапазоне.

Для повышения чувствительности и устойчивости тиристорного ключа к эффекту du /dt стабилитрон 3 целесообразно выбрать с. минимальным значением емкости, предпочтительно в несколько раз меньшей емкости тиристора 5, поскольку ток в цепи запуска при наличии импулссных помех или резком нарастании напряжения на электроде А определяется суммарной емкостью элементов, составляющих цепь запуска тиристорного ключа,

С учетом этого обстоятельства предпочтительно, чтобы напряжение стабилизации Стабилитрона 4 по крайней мере превышало напряжение стабилизации стабилитрона 3, так как p-η -переходы с большими пробивными напряжениями имеют меньшую емкость, в сравнении с низковольтными р--η-переходами. Кроме того, это позволит, не ограничивая снизу сопротивление нагрузки, повысить устойчивость тиристорного ключа к эффекту du/ cit за счет увеличения тока спрямления тиристора 1, поставив резистор 2 большей величины.

Подключение катода стабилитрона 4 к управляющим выводам, соединенным с П -базой тетрадных тиристоров, улучшает 5 температурный коэффициент напряжения включения тиристорного ключа вследствие компенсирующего действия последовательно включенных эмиттерйых p-η -переходов тетрадных тиристоров. Ю

Указанная схема может быть реализована средствами современной полупроводниковой техники как монолитный интегральный модуль.

Применение предложенного тиристор- 15 ного ключа позволит также упростить многие технические решения в импульсной электронной технике за счет устранения усиливающих и помехозащищающих каскадов. Значительная величина отношения 20 тока удержания к току включения, которая может быть получена у такого тиристорного ключа, позволяет повысить рабочую частоту и стабильность импульсных устройств. 25

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области импульсной техники и переключающим устройствам с S -образной характеристикой на основе диодных и триодных тиристоров, предназначе1шых дл  использовани  в цеп х электронной техники, автоматики и телемеханики. Известен полупроводниковый переключающий прибор - диодный тиристор, способ ный переключатьс  из состо ни  низкой проводимости (закрытое) в состо ние высокой проводимости (открытое) при приложении к электродам прибора напр жени  определе1шой пол рности и величины, превышающей величину напр жени  включени ,  вл ющегос  одним из основных электрических параметров диодных тиристоров i В известном переключателе напр жение включени  значительно измен етс  не тллько в диапазоне температур, но даже в нормальных услови х, что обусловлено физическими принципами, положенными в основу его работы, и технологическими особенност ми, изготовлени . Известен также полупроводниковый переключатель - тиристорный ключ, с фиксированным значением величины напр жени  включени , стабильным в достаточно широком температурном диапазоне представл ющий собой сочетание триодного тиристора со стабилитроном в цепи управлени , катод которого электрически соед1шён с анодом триодного тиристора 2. Подобна  схема включени  Стабилитрона в цепь управлени  триодного тиристора позвол ет получить тиристорный ключ с практически не мен ющимс , заранее заданным значением напр жени  включени  при изменении температуры окружающей среды, однако этот переключатель обладает недостаточной чувствительностью и устойчивостью к эффекту du/dt Цель изобретени  - повьпление чувствительности в щироком диапазоне температур . Указанна  цель достигаетс  тем, что тиристорный ключ, содержащий основной тиристор и основной стабилитрон катод которого подключен к аноду основного тиристора , а анод - к первому гправл ю щему электроду, снабжен дополнительным стабилитроном, при этом kaтoд основного стабилитрона соединен с катодом дополнительного тгфистора, анод которого соединен с анодом основного тиристора, а вторые управл ющие электроды тиристоров , электрически св занные с их базами . соединены мелоду собой с катодом дополнительного стаб1шитрона, анод которого соединен с первым управл ющим электродом; дополнительного тиристора. Напр жение стаби.пизации дополнительного стабилитрона должно превышать напр жение стабилизации основного стабилитрона . На чертеже представлена пришшпиальна  электр1гаеска  .схема тиристорного кл ча. Ключ содержит основной Т5фистор 1, шунтирующий резистор 2, основной стабилитрон 3 и дополни;телы1ые стабилитрон 4и тиристор 5. При реализации тиристорного ключа в качестве основного 1 и дополнительного 5тиристоров использованы экспериментальные образцы четырехвыводных пер(э- ключающнх приборов - тотродных тиристо ров, с управлением по П -базе, шунтируЕо щий резистор 2 типа МЛТ-0,5 сопротивл нием 2ОО-500 Ом, основной стабилитрон 3 типа Д814Д с напр жением стаби и- аации 13,5 В, дополнительный стабилитрон Tima Д816В с напр жением стабшшаадии ЗЗВ. В качестве состэ-вл ющих эле ментов тиристорного ключа могут быть и пол1эЗова1й 1 и другие типы полу провод шко вых приборов, обеспечивающие попуч тю требуемых хар актеристшс. Пр1шщш работы тиристорного ашюча состоит в следующем напр жещш источника питашг51, включе1-шого последователь но с нагрузкой, подаетс  зш электроды А и К тиристорного ключа. Полйрность напр же;еш  такова, что плюс источшжа питани  соед1шен с анодами Т1фисторов. При величине напр жени  на электродах А и К тиристорного ключа, не превышающей суммы значений величин напр жений Стабилизации обоих стабилитронов 3 и 4 гиристорный ключ находитс  в закрытом состо шш и ток через него определ етс  суммарным током утеч1Ш составл ющих его элементов. Увеличение налр жеш   источника пит ни  до значешш, при котором происходит совместный пробой последовательно вклю стабилитронов 3 и 4, приводит к резкому лавинообразному нарастанию тока через управл ющий электрод допо/шительного тиристора 5. При увеличении этого тока до значени , равного току включени  дополш1тель)1ого тиристора 3, этот тиристор переключаетс  в О1жрытое состо ние. Импульс тока протекает при этом через управл ющий электрод основного тиристора 1, переключа  его В открытое состо ние. Напр же1ше на тшисторном ключе падает до значени , равного остаточному напр жению 1 а т фистюр Б переключаетс  в закрытое состо ние. Из описанного выше пршаилпа действи  тиристорного 1слюча видно, что такие его электрические параметрь, как нагф жепие В}шюче)ш  и ток включени  определ ютс  соответственно суммарным напр жени м пробо  поспедовательно включенп1лх стабилитронов 3 и 4 и значением тока управлени  тиристора 5, образующим ток запуска . Остаточное напр жение тиристорного ключа и ток удержани  - минимальное значение тока через т;фисторный ключ в открытом СОСТОЯ1ШИ - определ ютс ,, параметрами тиристора 1. При выборе сое- татш ющих элементов тиристорного ключа необходимо принимать во внимание то обсто ахзльство; что напр жение переключени  Т1фисторов 1 и 5 из закрытого состо }ш  в открытое превышало суммар}1О9 папр .жение щэобо  С1 чбилитропов 3 и 4 в требуемом температурном диапазоне. Дл  повьплени  чувствительности и устойчивости тиристорного ключа к эффекту с1ы /dt стабилитрон 3 целесообразно выбрать с минимальным значением емкости , предпочтН1хэльно в несколько раз меньшей емкости тщзистора 5, поскольку ток в цепи запуска при налич1ш импулссных помех или резком нарегстании ншф жепи  на электроде А определ етс  суммарной емкостью элементов, сод тавл юших цепь запуска тиристорн.ого ключа, С учетом этого обсто тельства предпочтительно , чтобы напр жение стабилизации с-табилитрона 4 по крайней мере, превьплало напр жение стабилизации стабилитрона 3, так как р-п -переходы с большими пробивными напр жени ми имеют меньшую емкость, в сравнении с низковольтными р п-переходами. Кроме того, это позволит, не ограничива  снизу сопротивление нагрузки, повысить устойчивость тиристорного ключа к э({хректуС Ы/ dt за счет увеличени  тока спр млени  тиристора 1, пск:тавив резистор 2 большей величины. Подключение катода стабилитрона 4 к управл ющим выводам, соединенным с П -базой тетрадных тиристоров, улучшает температурный коэффициент напр жени  включени  тиристорного ключа вследствие компенсирующего действи  последовательно включенных эмиттерйых р-п -переходо тетрадных тиристоров. Указанна  схема может быть реализована средствами современной полупроводниковой техники как монолитный интегральный модуль. Применение предложенного тиристорного ключа позволит также упростить мно гие технические решени  в импульсной электронной технике за счет устранени  усиливающих и помехозащищающих каскадов . Значительна  величина отношени  тока удержани  к току включени , котора  может быть получена у такого тиристорного ключа, позвол ет повысить рабочую частоту и стабильность импульсных устройств . Формула изобретени  Тиристорный ключ, содержащий основной тиристор, шунтирующий резистор и ос новной стабилитрон, катод которого подключен к аноду основного тиристора, а анод - к его первому управл ющему электроду , отлич ающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности в широком диапазоне температур, он снабжен дополнительным тиристс ом и дополнительным стабилитроном, при этом катод основного стабилитрона соединен с катодом дополнительного тиристора, анод которого соединен с анодом основного тиристора, а вторые управл ющие электроды тиристоров, электрически св занные с их базами, соединены между собой и с катодом дополнительного стабилитрона , анод которого соединен с первым управл ющим электродом дополнительного тиристора. Источники информации, прин тые ВО внимание при экспертизе 1.Беленьков Н. М. и др. Электронна  ромышленность. Научно-технический сборник . М., 1974, No 4, с. 4О.
2. 2.Патент США № 3427512, л. 317-235, опублик. 1969 (проотип ).

   -Ь О