Praktická elektronika/Složitější polovodičové

Diak

- diak je třívrstvová spínací součástka

- jde o součástku souměrnou, vývody diaku nejsou odlišeny, protože vlastnosti diaku nejsou závislé na polaritě působícího napětí

Struktura

Schématická značka

• Při malém napětí mezi vývody vykazuje diak velký odpor (jako dioda ve zpětném směru). Říkáme, že je v blokovacím (rozepnutém) stavu a že se chová jako rozpojený spínač. Za této situace je přechod PN bližší ke kladnému pólu působicího 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 tam přes první, otevřený přechod.Po dosažení spínacího napětí Ubo dochází k ionizaci krystalové mřížky v okolí přechodu, který byl uzavřen. Odpor diaku se prudce zmenší, napětí mezi vývody poklesne a proud v obvodu prudce roste.Stejně se chová součástka i při obrácené polaritě napětí. Pouze činnost obou přechodů se navzájem vymění.

• Při zapojení diaku do obvodu je vždy jeden PN přechod v propustném a jeden v závěrném směru. Přechod v propustném směru má o mnoho menší elektrický odpor než přechod v závěrném směru. Na přechodu v závěrném směru je tedy větší napětí (prakticky celé napětí na diaku). V okamžiku, kdy napětí dosáhne hodnoty průrazného napětí, se přechod stává vodivým - diak je v sepnutém stavu. Toto průrazné (spínací) napětí je obvykle 24 V - 48 V. I v sepnutém stavu má diak poměrně značný odpor - několik kiloohmů.

Voltampérová charakteristika

Z průběhu VA charakteristiky je patrné, že v propustném stavu má diak záporný diferenciální (dynamický) odpor. Je to součástka neřízená, spínací napětí irčitého diaku se nedá měnit.

Diak se používá jako pomocná spínací součástka k řízení tyristorů a triaků a jako přepěťová ochrana.

Tyristor

-Tyristor je polovodičová součástka sloužící ke spínání elektrického proudu (nejčastěji výkonových obvodů), fungující jako řízený elektronický ventil.

-Tyristor je čtyřvrstvá spínací součástka (obvykle PNPN), která nevykazuje usměrňující účinky jako dioda, avšak je možné ji ovládat (spínat) pomocí impulsu do řídicí elektrody G (Gate). Anoda (A) a katoda (K) se v obvodu nesmí zaměnit, zátěž je vždy připojena k anodě.

-Jedná se o velice účinný nástroj pro řízení velmi výkonných elektrických strojů. V moderních elektrických lokomotivách se používá nejčastěji pro pulzní regulaci výkonu trakčních motorů pro stejnosměrný proud. K regulaci výkonu asynchronních motorů se používají vyspělejší zařízení IGBT.

Struktura

Značka

Nahrazení struktury tyristoru dvěma tranzistory

• Není-li na řídící elektrodě G žádné napětí (proti katodě), je tranzistor 2 zavřený. Proto má velký odpor a je na něm celé napětí zdroje => žádné napětí "nezbude" na tranzistor 1 => ten je také zavřený.
• Přiložíme-li na G napětí, tranzistor 2 se otevře (teče proud do jeho baze - viz princip tranzistoru ¤) a tím může procházet proud i bazí tranzistoru 1 a ten se také otevře. I když bychom teď odstranili napětí na G, proud bude tranzistory procházet dále - oba se navzájem podporují v otevřeném stavu (stejně jako u čtyřvrstvé diody ¤). Proud přestane procházet až teprve při poklesu proudu mezi A a K na nulu nebo na určitou hodnotu tzv. přídržného proudu (danou typem tyristoru). Toto je tzv. tyristorový jev

Voltampérová charakteristika

• Charakteristika v závěrném směru je v podstatě stejná jako charakteristika diody. Při určitém napětí dojde k průrazu. Vzhledem k tomu, že tyristor má složitější strukturu než dioda, je náchylnější na průraz. Většinou se proto zapojuje sériově s další diodou.
• 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.
• Prochází-li proud řídící elektrodou, spínací napětí se snižuje. Je-li na tyristoru napětí menší, než je spínací napětí nutné pro sepnutí tyristoru s nulovým IG, můžeme tyristor sepnout krátkým proudovým impulsem do řídicí elektrody; to je nejběžnější způsob spínání tyristoru.

Použití Tyristoru

• Je-li odpor nastaven na nulu, spíná se tyristor prakticky okamžitě po průchodu napětí nulou, je-li odpor nastaven na větší hodnotu, zpožďuje se napětí na kondenzátoru za napětím na tyristoru a ten zapne až za určitý čas po průchodu napětí nulou; výkon na zátěži bude v tomto případě menší.
• Pomalu vzrůstající napětí na řídicí elektrodě tyristoru může vést k jeho zapínání v ne zcela přesně určený časový okamžik; proto se do obvodu zařazuje ještě diak ¤, který změní pomalý průběh napětí na kondenzátoru ve strmý proudový impuls.
• Tyristory se vyrábějí pro napětí od stovek voltů do několika kV a pro proudy od jednotek A do několika kA.
• Tyristorová regulace výkonu je značně rozšířená. Jde například o regulaci svitu žárovek, vrtačky s regulací otáček, svářečky, moderní tramvaje nebo elektrické lokomotivy.