Зазвичай в технічній літературі говориться, що сімістор є двухполуперіодним тиристором, який забезпечує проходження обох напівперіодів змінного струму в навантаження. Іноді це призводить до непорозумінь, оскільки незважаючи на те, що тиристор працює як однополуперіодний випрямляч, з цього не випливає, що сімістор є двухполуперіодним випрямлячем. У більшості ПІП на виході є стабілізовану постійна напруга. Звичайно, не обов’язково виключати сімістор, оскільки випрямлення завжди можна здійснити використовуючи управління цим сімістором. Більша перевага, що віддається тиристору, випливає з його випрямних властивостей і з того факту, що сімістори мають суттєві обмеження по напрузі, струму і номінальної потужності. Враховуючи це, не повинно викликати подиву, що сімістор не замінив тиристор в ПІП.

На рис. 13.12 зображена базова схема, використовувана для фазового двухполупериодного управління потужністю постійного струму з двома тиристорами, що працюють разом з парою звичайних випрямних діодів. Цей метод використовується в ПІП, показаному на рис. 8.3.

Рис. 13.12. Схема двухполупериодного управління потужністю на тиристорі. Схема по суті є модифікованим мостовим випрямлячем, в якому два звичайних діода замінені тиристорами.

Цікавий спосіб реалізації тієї ж самої ідеї з одним тиристором зображений на рис. 13.13. Схема запуску використовує релаксаційний генератор на одноперехідному транзисторі. Для простоти представлений варіант ручного управління – потужність, що підводиться до навантаження, регулюється за допомогою змінного резистора R (якщо схема генератора живиться від малопотужного допоміжного джерела постійного струму, а не від основного випрямного моста, як показано на малюнку, то можна отримати більш широкий діапазон регулювання). У ПІП резистор R можна замінити ланцюгом транзистора колектор-емітер; сформований на підставі отриманого постійної напруги сигнал неузгодженості можна тоді подати на базу, щоб змінювати струм заряду конденсатора З таким способом, який призводить до стабілізації постійного вихідного напруги.

Незалежно від того використовується ручне або автоматичне управління, релаксаційний генератор починає цикл коливання при кожному проходженні через нуль напруги з частотою 60 Гц. Таким чином, забезпечується синхронізація з мережею змінного струму, що є характерною особливістю методу. Ця особливість пов’язана з поданням на релаксаційний генератор нефільтрованого постійної напруги. Тому, якщо, як було запропоновано, використовується допоміжне джерело, то в ньому не повинно бути ніякого конденсатора для фільтрації.

Використання сімісторов, взагалі, обмежено низькочастотними схемами, хоча в майбутньому вони зможуть подолати цей недолік. Сімісторні схеми з фазовим керуванням подібні тиристорним схемами, але вони мають перевага полягає в тому, що сімістор вимагає тільки один сигнал запуску, а двухполуперіодної тиристорна схема зазвичай два. Сімістор може бути включений подачею на керуючий електрод постійного напруги будь полярності, хоча зазвичай він більш чутливий, коли запускає напруга має ту ж полярність, що і на аноді. Оскільки сімістори зазвичай використовуються для перемикання змінного струму, при розробці схеми запуску повинні бути прийняті до уваги найгірші умови включення. Як і у випадку з тиристором, найкраще забезпечити майже максимальний сигнал на керуючому електроді, що гарантує швидке включення і зниження потужності, що розсіюється.

Рис. 13.13. Альтернативний метод тиристорного двухполупериодного управління потужністю. У цьому пристрої єдиний тиристор забезпечує фазове управління вихідною потужністю для обох напівперіодів вхідного змінної напруги.

Рис. 13.14 показує умовне позначення сімістора і його вольтамперную характеристику. Сімістор має пряме і зворотне напруга пробою BVF і BVR. Вольтамперні характеристики сімістора симетричні, тому що запускає імпульс може включати сімістор при будь полярності напруги між анодом і катодом. (Безглуздо називати висновки сімістора анодом і катодом, тому що пристрій за природою є двонаправленим. Більшість виробників вводить нові позначення для цих електродів – А / 1 і М2. Однак поки Ви пам’ятаєте двонаправлену природу цих електродів, можна продовжувати використовувати терміни анод і катод, які є більш звичними.) Сімістор дуже нагадував би два зустрічно-паралельно з’єднаних тиристора, якби не наявність єдиного уп

керуючий електрода. В іншому його поведінка еквівалентно роботі тиристора і описи, що мають відношення до тиристорам зазвичай застосовуються до сімістора.

Рис. 13.14. Сімістор працює як симетричний перемикач змінної напруги, хоча має тільки один керуючий електрод. Висновки, через які протікає струм навантаження, краще позначати як головні висновки 1 і 2, або М \ і М2, а не «анод» і «катод».

Оптрони

Цікавим пристроєм, що має великі можливості для використання в ПІП, є оптрон (рис. 13.15). Пристрій, що об’єднує светоизлучающий діод {LED) і фотодіод, фототранзистор або фототранзистор Дарлінгтона, дозволяє отримати зсув рівня сигналу та електричну ізоляцію. Обидві ці операції доставляють розробникам головний біль при створенні комутаторів без силового трансформатора на частоті 60 Гц або там, де є висока вихідна напруга. Звичайно, можна говорити, що цей пристрій зовсім не нове, тому що об’єднані в одному корпусі фотопровідник, типу сульфіду кадмію, і лампа розжарювання існують вже багато років.

Характеристики і надійність деяких з цих старих пристроїв мають сумну популярність – більшість інженерів розглядало їх як новинки і майже не вживало спроб зробити їх звичними приладами. Однак оптрон зовсім інший прилад, і випромінювач, і приймач оптрона мають частотні характеристики, які ідеально підходять для самих складних ультразвукових перемикачів. Це різко контрастує з повільною реакцією ламп розжарювання, неонових ламп і фотодетекторів, зроблених з різних сплавів свинцю, селену, кадмію і сірки.

Рис. 13.15. Різні варіанти оптронів. (А) Світлодіод на вході, фотодіод на виході. (В) Світлодіод на вході, фототранзистор на виході. (С) Світлодіод на вході, фототранзистор Дарлінгтона на виході. Пристрої, зображені на малюнках D, Е і F, використовують в якості детектора фотоелементи, які має великі часи спрацьовування. Фотоелементи називають також фоторезисторами (LDR).

На жаль, оптрони в основному використовувалися в інтерфейсах різних логічних схем. Цифровий режим роботи знаходить також застосування в ПІП, але найбільш природно використовувати його в колі зворотного зв’язку перемикача, де оптрон працює в лінійному режимі. Виробники наводять деякі застереження щодо такого використання

цих приладів, тому що передатна функція оптрона часто не дуже лінійна. Але динамічні відхилення робочого струму не повинні сягати в область сильної нелінійності, а деяка нелінійність НЕ має великого значення, коли пристрій включено в ланцюг негативного зворотного зв’язку. Робота стабілізатора визначається сигналом неузгодженості, який слабо залежить від характеристики пристрою, і тому нелінійність не робить несприятливого впливу, оскільки компенсується за рахунок ланцюга зворотного зв’язку. Оптрони легко вбудовуються в реальні стабілізовані джерела живлення з використанням стандартних схем, що гарантують стійкість в ланцюзі зворотного зв’язку.

З іншого боку, характеристики оптронів залежать від температури, а їх коефіцієнти передачі струму сильно змінюються від одного типу до іншого. Оптрони з фотодіодом на виході мають кращі частотні характеристики, але вихідний струм у них, в кращому випадку, становить малу частину вхідного струму. Оптрон з фототранзистором на виході може мати коефіцієнт передачі струму близько одиниці, а при використанні фототранзистора Дарлінгтона коефіцієнт передачі струму досягає 10. Останній варіант оптрона самий повільний, але його швидкодію виявляється достатнім для імпульсних стабілізаторів.

У всіх типів оптронів коефіцієнт передачі струму сильно залежить від прямого вхідного струму, що є іншим проявом їх нелінійності. Висновок бази фототранзисторів можна залишити невикористаним або використовувати в якості входу заборони, стробірующего входу або для інших цілей управління. Крім того, включаючи між базою і емітером резистор, можна за рахунок зменшення чутливості підвищити швидкодію оптрона. На рис. 13.16 показані залежності вихідного струму від вхідного для типового оптрона з світлодіодом на вході і фототранзистором на виході.

В деяких оптронах на виході використовують фоторезистор. Матеріалом може бути сульфід кадмію, селенід кадмію і т. п. Перш, ніж використовувати цей пристрій в ланцюзі зворотного зв’язку, необхідно з’ясувати його частотні властивості, тому що фотопровідні елементи зазвичай мають низьку швидкодію. Світлодіоди, як правило, використовуються з інфрачервоним випромінюванням, але світлодіод, зображений на рис. 13.15D, обраний з максимумом випромінювання у видимій області, щоб досягти високого ККД і швидкодії. Оптрони з фоторезистором потрібні різні додаткові схеми, тому що вони не генерують ні струму, ні напруги, а тільки змінюють свій опір.

У старих варіантах оптронів використовувалися лампи розжарювання або неонові лампи. Великий термін служби ламп розжарювання можна отримати тільки при дуже низьких токах. Схеми для телефонії, очевидно, досягли високої надійності, але не всі розробники електронної апаратури дотримуються цей захід обережності. Перевага варіанту з лампами розжарювання, також як і з неоновими лампами, полягає в тому, що можна безпосередньо використовувати змінну напругу. Всі оптрони монтуються в світлонепроникних корпусах і

Рис. 13.16. Характеристики передачі струму оптрона 4N25 фірми Motorola. У цьому пристрої використовуються світлодіод і фототранзистор. Коефіцієнт передачі струму досягає величини близько 0.5 при вхідному струмі діода до 10 мА. Motorola Semiconductor Products, Inc.

забезпечують ізоляцію при напрузі між входом і виходом 1500 – 2000 В. Спеціальні оптрони мають цю величину вище 10 кВ.

Крім найбільш поширених схем на дискретних елементах, є інтегральні мікросхеми у вигляді «синтезованих» потужних транзисторів (таких як LMX95 фірми National Semiconductor) і потужних гібридних операційних підсилювачів (типу НС2000Н фірми RCA). Мікросхема LM195, здатна регулювати потужність до 25 Вт у навантаженні або в перемикаючих схемах, може управлятися сигналами від логічної схеми. Схема має внутрішню захист по струму і розсіюється. Легко реалізується паралельне включення декількох схем, при цьому не потрібні баластні резистори і зазвичай використовується один драйвер. Швидкість перемикання складає близько 500 не.

Потужний операційний підсилювач фірми RCA може управляти потужністю 100 Вт в імпульсних стабілізаторах і інвертора. Наявність диференціального входу розширює функціональні можливості цієї схеми. Заслуговує уваги її застосування для управління двигуном, оскільки максимальне значення вихідного струму становить 7 А.

Три цікавих і корисних пристрої, що стали доступними відносно недавно, поміщені в кінці Таблиці 13.1. Це потужний МОПтранзістор, що працює в режимі збіднення, потужний SENSEFET МОП-транзистор і біполярний транзистор з ізольованим затвором (IGBT). Ці та інші, більш нові пристрої, у зв’язку з їх унікальними параметрами і здатністю виконувати спеціалізовані операції, будуть розглянуті в главі 19.

Джерела опорного напруги та компаратори

Стабільність джерела живлення в значній мірі залежить від стабільності внутрішнього опорного джерела напруги і від схеми, яка використовується разом з ним. Хоча гранична точність вихідної напруги залежить від точності і температурної стабільності опорного напруги, на стійкість і характеристики джерела живлення в цілому впливають деякі характеристики функціональних блоків (компонентів ланцюга зворотного зв’язку, компаратора або підсилювача сигналу помилки). Це відноситься як до лінійних, так і до імпульсних джерел живлення.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.