Динистор принцип работы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Динистор – это двунаправленный триггерный неуправляемый диод, аналогичный по устройству тиристору небольшой мощности. В его конструкции отсутствует управляющий электрод. Он обладает низкой величиной напряжения лавинного пробоя, до 30 В. Динистор может считаться важнейшим элементом, предназначенным для переключающих автоматических устройств, для схем генераторов релаксационных колебаний и для преобразования сигналов.

Динисторы производятся для цепей максимального тока до 2 А непрерывного действия и до 10 А для работы в импульсном режиме для напряжений с величинами от 10 до 200 В.

Рис. №1. Диффузионный кремниевый динистор p-n-p-n (диодный тиристор) марки КН102 (2Н102). Устройство применяется в импульсных схемах и выполняет коммутирующие действия. Конструкция выполнена в из металлостекла и имеет гибкие выводы.

Принцип работы динистора

Прямое включение динистора от источника питания приводит к прямому смещению p-n-p-перехода П1 и П3. П2 работает в обратном направлении, соответственно состояние динистора считается закрытым, а падение напряжения приходится на переход П2.

Величина тока определяется током утечки и находится в границах от сотых долей мкрА (участок ОА). При плавном увеличении напряжения, ток будет расти медленно, при достижении напряжением величины переключения близкого к величине пробивного напряжения p-n-перехода П2, то ток его возрастает резким скачком, соответственно напряжение падает.

Положение прибора открытое, его рабочая составляющая переходит в область БВ. Дифференциальное сопротивление устройства в этой области имеет положительное значение и лежит в незначительных границах от 0,001 Ом до нескольких единиц сопротивления (Ом).

Чтобы выключить динистор необходимо уменьшить величину тока до значения тока удержания. В случае приложения к прибору обратного напряжения, переход П2 открывается, переход П1 и П3 закрыты.

Рис. №2. (а) Структура динистора; (б) ВАХ

Область применения динистора

Реверсивно-включаемые мощные динисторы

Широкое распространение получила разновидность динисторов, обладающих реверсивно-импульсными свойствами. Эти приборы позволяют выполнить микросекундную коммутацию в сотни и даже в миллионы ампер.

Реверсивно-импульсные динисторы (РВД) используются в конструкции твердотельного ключа для питания силовых установок, РВД и работают в микросекундном и субмиллисекундном диапазонах. Они коммутируют импульсный ток до 500 кА в схемах генераторов униполярных импульсов в частотном режиме многократного действия.

Рис. №3. Маркировка РВД используемого в моноимпульсном режиме.

Внешний вид ключей собранных на основе РВД

Рис. №4. Конструкция бескорпусного РВД.

Рис.№5. Конструкция РВД в метало-керамическом таблеточном герметичном корпусе.

Число РВД зависит от величины напряжения для рабочего режима коммутатора, если коммутатор рассчитан на напряжение 25 kVdc, то их число – 15 штук. Конструкция коммутатора на основе РВД схожа с конструкцией высоковольтной сборки с последовательно соединенными тиристорами с таблеточным устройством и с охладителем. И прибор, и охладитель выбираются с учетом рабочего режима, который задается пользователем.

Структура кристалла силового РВД

Полупроводниковая структура реверсивного-включаемого динистора включает в свой состав несколько тысяч тиристорных и транзисторных секций, обладающих общим коллектором.

Включение прибора происходит после изменения на короткое время полярности внешнего напряжения и прохождения через транзисторные секции короткого импульсного тока. Происходит инжектирование электронно-дырочной плазмы в n-базу, по плоскости всего коллектора создается тонкий плазменный слой. Насыщающийся реактор L служит для разделения силовой и управляющей части цепи, через доли микросекунды происходит насыщение реактора и к прибору приходит напряжение первичной полярности. Внешнее поле вытягивает дырки из слоя плазмы в p-базу, что приводит к инжекции электронов, происходит независимое от величины площади переключение прибора по всей его поверхности. Именно благодаря этому имеется возможность производить коммутацию больших токов с высокой скоростью нарастания.

Рис. №6. Полупроводниковая структура РВД.

Рис. №7. Типичная осциллограмма коммутации.

Перспектива использования РВД

Современные варианты динисторов изготовленных в доступном в настоящее время диаметре кремния позволяют коммутировать ток величиной до 1 млА. Для элементов в основу, которых положен карбид кремния характерна: высокая насыщенность скорости электронов, напряженность поля лавинного пробоя с высоким значением, утроенное значение теплопроводности.

Их рабочая температура намного выше из-за широкой зоны, вдвое превышающая радиационная стойкость – вот все основные преимущества кремниевых динистров. Эти параметры дают возможность повысить качество характеристик всех силовых электронных устройств, изготовленных на их основе.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось - это поможет развитию канала

Среди огромного количества всевозможных полупроводниковых приборов существует динистор.

В радиоэлектронной аппаратуре динистор встречается довольно редко, ходя его можно встретить на печатных платах широко распространённых энергосберегающих ламп, предназначенных для установки в цоколь обычной лампы. В них он используется в цепи запуска. В маломощных лампах его может и не быть.

Также динистор можно обнаружить в электронных пускорегулирующих аппаратах, предназначенных для ламп дневного света.

Динистор относится к довольно большому классу тиристоров .

Динисторы

Условное графическое обозначение динистора на схемах.

Для начала узнаем, как обозначается динистор на принципиальных схемах. Условное графическое обозначение динистора похоже на изображение диода за одним исключением. У динистора есть ещё одна перпендикулярная черта, которая, судя по всему, символизирует базовую область, которая и придаёт динистору его свойства.

Условное графическое обозначение динистора на схемах

Также стоит отметить тот факт, что изображение динистора на схеме может быть и другим. Так, например, изображение симметричного динистора на схеме может быть таким, как показано на рисунке.

Возможное обозначение симметричного динистора на схеме

Как видим, пока ещё нет какого-либо чёткого стандарта в обозначении динистора на схеме. Скорее всего, связано это с тем, что существует огромный класс приборов под названием тиристоры. К тиристорам относится динистор, тринистор (triac), симистор, симметричный динистор. На схемах все они изображаются похожим образом в виде комбинации двух диодов и дополнительных линий, обозначающих либо третий вывод (тринистор) либо базовую область (динистор).

В зарубежных технических описаниях и на схемах, динистор может иметь названия trigger diode , diac (симметричный динистор). Обозначается на принципиальных схемах буквами VD, VS, V и D.

Чем отличается динистор от полупроводникового диода?

Во-первых, стоит отметить, что у динистора три ( ! ) p-n перехода. Напомним, что у полупроводникового диода p-n переход всего один. Наличие у динистора трёх p-n переходов придаёт динистору ряд особенных свойств.

Принцип работы динистора.

Суть работы динистора заключается в том, что при прямом включении он не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определённого значения. Значение этого напряжения имеет определённую величину и не может быть изменено. Это связано с тем, что динистор является неуправляемым тиристором – у него нет третьего, управляющего, вывода.

Известно, что и обычный полупроводниковый диод также имеет напряжение открытия, но оно составляет несколько сотен милливольт (500 милливольт у кремниевых и 150 у германиевых). При прямом включении полупроводникового диода он открывается при приложении к его выводам даже небольшого напряжения.

Чтобы подробно и наглядно разобраться в принципе работы динистора обратимся к его вольт-амперной характеристике ( ВАХ ). Вольт-амперная характеристика хороша тем, что позволяет наглядно увидеть то, как работает полупроводниковый прибор.

На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics ) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколёвки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).

Вольт-амперная характеристика симметричного динистора

На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.

График имеет три области, каждая из которых показывает режим работы динистора при определённых условиях.

Красный участок на графике показывает закрытое состояние динистора. Ток через него не течёт. При этом напряжение, приложенное к электродам динистора, меньше напряжения включения V_BO – Breakover voltage.

Синий участок показывает момент открытия динистора после того, как напряжение на его выводах достигло напряжения включения (V_BO или U_вкл.). При этом динистор начинает открываться и через него начинает протекать ток. Далее процесс стабилизируется и динистор переходит в следующее состояние.

Зелёный участок показывает открытое состояние динистора. При этом ток, который протекает через динистор ограничен только максимальным током I_max, который указывается в описании на конкретный тип динистора. Падение напряжения на открытом динисторе невелико и колеблется в районе 1 – 2 вольт.

Получается, что динистор в своей работе похож на обычный полупроводниковый диод за одним исключением. Если пробивное напряжение или по-другому напряжение открытия для обычного диода составляет значение менее вольта (150 – 500 мВ), то для того, чтобы открыть динистор необходимо подать на его выводы напряжение включения, которое исчисляется десятками вольт. Так для импортного динистора DB3 типовое напряжение включения (V_BO) составляет 32 вольта.

Чтобы полностью закрыть динистор, необходимо уменьшить ток через него до значения меньше тока удержания. При этом динистор выключиться – перейдёт в закрытое состояние.

Если динистор несимметричный, то при обратном включении ("+" к катоду, а "-" к аноду) он ведёт себя как диод и не пропускает ток до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет критического для данного типа динистора и он сгорит. Для симметричных, как уже говорилось, полярность включения в схему не имеет значения. Он в любом случае будет работать.

В радиолюбительских конструкциях динистор может применяться в стробоскопах, переключателях мощной нагрузки, регуляторах мощности и многих других полезных приборах.

Что такое динистор? История его создания

Динистор это – одна из разновидностей тиристоров, представленная неуправляемым триггерным диодом с двумя направляющими. Характеризуется низкой величиной напряжения электрического пробоя (не выше 30 в) и наличием трех p-h переходов в его четырехслойной структуре.

Хотя задокументированных сведений на сегодняшний день не обнаружено, считается, что идея создания первого динистора принадлежит Уильяму Шокли. На основе этой идеи в 1955 году Фрэнком Гутцвиллером в лаборатории Дженерал Электрик был впервые создан этот прибор, который в дальнейшем получил широкое распространение и смог заменить тиратроны и другие актуальные на тот момент аналоги.

Однополярный. Способен работать исключительно при положительном смещении. Превышение обратного напряжения максимального уровня приведёт к тому, что данный полупроводник перегорит;
Симметричный. Представляет собой устройство с равнозначными выводами, что позволяет ему работать как при положительном, так и при обратном смещении.

Схематическое изображение динисторов может быть представлено по-разному, ниже приведен один из вариантов

Динистор характеризуется возможностью перехода из закрытого состояния в открытое. Закрытое состояние определяет низкую проводимость тока, т.е. в таком состоянии динистор ток практически не проводит, за исключением утечки тока. Открытое состояние обеспечивает высокую проводимость тока. Данный переход удается осуществить путем воздействия на динистор напряжением нужного уровня (напряжение включения).

Основные плюсы динистора:

Он обеспечивает небольшую потерю мощности;
Выдает высокий уровень напряжения на выходе.

Из минусов отмечается только тот факт, что динистор является неуправляемым полупроводником, то есть, нет возможности управления его работой.

Динистор способен работать в следующих диапазоне температур от -40 до +1250 С.

Устройство динистора

У каждого динистора имеется анод, катод и определенный уровень неизменяемого Uвкл (напряжение включения). В его четырехслойной структуре выделяются три pn перехода. При этом, 2 pn перехода из них прямого направления, а именно pn1 и pn3, это элиттерные переходы. А переход pn2 имеет обратную направленность с большим сопротивлением, он называется коллекторный переход. Именно он снижает почти всё напряжение, которое действует на динистор. Схема устройства динистора представлена на рисунке №2.

Принцип работы

Во время включения динистора от источника питания происходит накопление напряжения на его выводах. Определенный уровень напряжения приводит к открытию динистора. Он начинает пропускать ток.

Так как динистор представляет собой неуправляемый триггерный диод (т.е. отсутствует управляющий вывод), напряжение необходимое для его открытия всегда неизменное.

Для выключения динистора следует:

Снизить величину тока ниже значения тока удержания;
Разорвать цепь питания;
Изменить полярность напряжения на аноде.

Как работает динистор

Когда напряжение, приложенное к динистору, достигает уровня необходимого, т.е. напряжения включения (Uвкл), происходит электрический пробой в pn2 переходе. Данный пробой носит лавинообразный характер.

В результате этого пробоя происходит нарастание тока в динисторе. Что приводит к его переключению.

В результате переключения динистор переходит в открытое состояние и начинает проводить ток. Величина проводимого тока определяется сопротивлением цепи и сопротивлением данного полупроводника.

Схема работы динистора

Работу динистора проще понять, если разбирать ее принцип на схеме графической зависимости тока от напряжения.

Красная линия на графике характеризует состояние динистора в то время, когда он не проводит ток. Напряжение здесь недостаточно для открытия полупроводника.

Синий линией обозначен этап открытия динистора в то время, когда уровень U достигает уровня включения (Uвкл). Он начинает проводить ток.

Симметричный динистор работает по такому же принципу, единственной отличительной его особенностью является тот факт, что для его работы условие соблюдения полярности не является обязательным, для этого варианта динисторов допускается обратное включение.

Не смотря на схожесть с работой полупроводникового диода, динистор имеет ряд существенных отличий от него:

В отличии от диода, который имеет один pn переход, динистор характеризуется наличием трех переходов, что и обуславливает его характеристики;
Для диода напряжение для его открытия необходимо меньше вольта (до 500 мВ), для открытия динистора же необходим более высокий вольтаж (так, для зарубежного симметричного динистора нужно напряжение включения 32В).

Область применения

Предназначение динисторов – запуск. Используются в тиристорах регуляторов мощности, в электронных преобразователях напряжения, в тепловых контролях.

Благодаря тому, что динистор обладает рядом особых свойств, и в тоже время является бюджетным вариантом, данный вид полупроводников получил широкое распространение во многих сферах.

Применяется в устройстве:

Преобразователей напряжения люминесцентных ламп, неоновых ламп, энергосберегающих ламп;
В электронных устройствах, которые осуществляют запуск и поддержку работы разрядных ламп;
Нашел своё применение в схемах радиоконструкций, некоторых старых моделях раций, радиомикрофонов;
Используется в схемах управления плавным спуском двигателей;
Обогревателей;

Это Интересно! Во времена активного пользования и широкого распространения стационарных телефонных аппаратов некоторые умельцы устанавливали динисторы с целью пресечения попыток прослушки, если имелось 2 и более телефона на одной линии.

Динистор! Редкий зверь в наших краях. У него уши вот такие, глаза - такие, и сам он такой. Сразу видно - пришло животное из далёких стран. Надо звать людей, пусть кто-нибудь расскажет, что это за скотина.

Секундочку, я уже здесь, только подгребу немного и переключусь на открытый канал.
Итак, давайте определимся, что такое ДИНИСТОР.
Когда молчит википедия - чёткой формулировки, переходящей от источника в источник, не существует, каждый трактует её по-своему, порой не совсем адекватно. Потренируемся и мы.

Динистор - это двухэлектродный ключевой полупроводниковый элемент, открытие которого происходит при достижении между выводами анода и катода определённого напряжения, зависящего от типа данного динистора, а закрытие - снижением до определённого уровня тока через него.
К количеству наращённых в динисторе p-n переходов отнесёмся идентифирентно, а вот ВАХ (вольт-амперные характеристики), как нельзя лучше, помогут нам разобраться в работе данного типа полупроводников.

На Рис.1 (слева) приведена ВАХ однополярного (несимметричного) динистора, который работает только при наличии положительного смещения. При обратном смещении, превышающем Uобр max, прибор может выйти из строя.

Симметричные (двухполярные) динисторы работают точно таким же образом, как и однополярные, только всё вышесказанное верно не только для положительных напряжений, но и для отрицательных. Проверяется незамысловатым изменением полярности подключённого источника питания.

Для наглядной иллюстрации изложенного материала, давайте рассмотрим работу динисторного генератора пилообразного напряжения.

Подобьём сказанное перечислением основных параметров динистора:

— Напряжение открывания (включения), Uвкл;
— Минимальный ток удержания, Iуд;
— Максимально допустимый прямой ток, Iпр;
— Ток утечки в закрытом состоянии, Iут;
— Максимально допустимое обратное напряжение, Uобр max;
— Падение напряжения на открытом динисторе, Uпр;
— Скорость нарастания напряжения при переключении, dUзакр/dt, либо
Время нарастания напряжения, tr.

Электрические характеристики распространённых однополярных динисторов КН102 и симметричных (двуполярных) DB3-D34 динисторов сведём в итоговую таблицу.

Читайте также: