Tato prezentace byla vytvořena

Prezentace na téma: "Tato prezentace byla vytvořena"— Transkript prezentace:

1 Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu Orbis pictus 21. století

2 OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-032
Polovodičové spínače OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-032

3 Polovodičové spínače Mezi polovodičové spínače můžeme zařadit elektronické prvky, které se chovají jako vypínače v obvodu. Jsou spínány řídícím napětím nebo proudem a to tak, že malým napětím nebo proudem spínají proud větší, případně umožňují vybrat určitý směr cesty signálu. Mezi polovodičové spínače můžeme zařadit následující elektronické prvky: Diody Tranzistory Tyristory Triaky a diaky

4 Diody U diody lze předpokládat, že se chová jako spínač řízený napětím, t.j. že jí prochází proud pouze tehdy, je-li polarizována v přímém směru. Při polarizaci ve zpětném směru neprochází diodou žádný proud. K zapnutí diodového spínače může dojít buď změnou velikosti, případně polarity přenášeného napětí, nebo vlivem řídícího napětí z jiného zdroje. První skupinu zastupují především usměrňovače. Stejného principu se využívá i v diodových obvodech pro potřebu spotřební elektroniky a automatizační techniky. Jsou to např. obvody pro polaritní selekci, hradlové a směrovací obvody.

5 Diody Polaritní selekce je znázorněná na obr. 1. umožňuje, aby při kladné svorce 1 procházel proud zátěží RZ1 a při opačné polaritě napětí procházel proud zátěží RZ2. Obr. 1 Polaritní selekce

6 Ovládání dvou zvonků po jednom vedení
Diody Praktické využití polaritní selekce je na obr. 2. Při stisknutí tlačítka A1 prochází proud při kladných půlvlnách napájecího napětí diodami D1 a D2 do zvonku Z1. Stisknutím tlačítka A2 se uzavře proudový obvod pro zvonek Z2 při záporných půlvlnách napájecího napětí přes diody D3 a D4. Obr. 2 Ovládání dvou zvonků po jednom vedení

7 Diody Diodové hradlové obvody se používají tam, kde je nutné, aby proud procházel obvodem pouze při splnění určitých podmínek. Tyto obvody se používají pro vytváření logických součtů a součinů. Směrovací obvody zajišťují cestu signálu jen jedním stanoveným směrem. Jako příklad těchto obvodů lze uvést diodové směrovací matice, které se používají v dekódovacích obvodech.

8 Princip diodového spínače řízeného cizím napětím
Diody Princip diodového spínače řízeného cizím napětím je znázorněn na obr. 3. Obr. 3 Princip diodového spínače řízeného cizím napětím

9 Diody Střídavé signální napětí Us je od řídícího stejnosměrného napětí Ur odděleno kondenzátory C1 a C2 a rezistory R1 a R2. Jestliže řídící napětí Ur má na svorce 1 kladný pól a na svorce 2 záporný pól, je dioda D polarizována v přímém směru a proud ze zdroje prochází do zátěže Rz. Při opačné polaritě řídícího napětí je dioda D polarizována ve zpětném směru a signál ze zdroje Us jí neprochází

10 Obr. 4 Tranzistor jako spínač
Tranzistory U tranzistorových spínačů pracuje tranzistor ve spínacím režimu. Obvykle se využívá zapojení bipolárního tranzistoru v zapojení se společným emitorem, kdy malým proudem v obvodu báze je spínán daleko větší proud v kolektorovém obvodu tranzistoru. Obr. 4 Tranzistor jako spínač

11 Tranzistory Na rozdíl od spínače muže bipolární tranzistor spínat napětí a proud pouze v jednom směru. Výhodou tranzistoru oproti mechanickému spínači (nebo relé) je mnohem vyšší spínací frekvence – až MHz, (mechanické spínače pouze Hz), prakticky neomezený počet sepnutí a menší řídící proud, než například u relé. Naopak, tranzistor a všechny polovodičové součástky jsou náchylnější ke zničení nadproudem nebo přepětím. Pří spínání induktivní zátěže (např. cívka relé) by při rozepnutí tranzistoru mohlo dojít k jeho zničeni indukovaným napětím, proto se do obvodu musí zařadit prvek omezující indukované napětí, nejčastěji zpětná (nulová) dioda.

12 Tranzistory Tranzistory jsou využívány ve spínacím režimu i v číslicových integrovaných obvodech. Nejčastěji jsou používány v technologiích TTL a HCMOS. Mohou v těchto integrovaných obvodech vykonávat spoustu činností od jednoduchých logických funkcí až po procesorové obvody.

13 Vnitřní uspořádání dvouvstupového hradla
Tranzistory Obr. 5 Vnitřní uspořádání dvouvstupového hradla NAND TTL

14 Tyristory Tyristor lze považovat za základní součástku řízených usměrňovačů. Jeho funkce je založena na tzv. tyristorovém jevu, tj. lavinovitém přechodu z blokovacího do propustného stavu. Tyristor je vlastně spojení dvou bipolárních tranzistorů ve čtyřvrstvé struktuře se třemi přechody PN. Tyto přechody ovlivňují činnost součástky ve třech základních stavech, které jsou:  závěrný stav blokovací (vypnutý) stav propustný (sepnutý) stav

15 Tyristory Podle počtu vývodů můžeme tyto součástky rozdělit na:
diodové tyristory — mají dva hlavní vývody (A—K, A1— A2). Jejich sepnutí se uskutečňuje zvýšením blokovacího napětí nad hodnotu blokovacího spínacího napětí UB0 nebo světelným signálem. Diodové tyristory jsou vyráběny jako nevýkonové součástky a v aplikacích se používají v pomocných a ovládacích obvodech triodových tyristorů.

16 Tyristory triodové tyristory - mají dva hlavní a jeden řídící vývod G, který pomocí proudového signálu převede tyristor z blokovacího do zapnutého stavu (zapnutí tímto způsobem je u těchto součástek převažující). Triodové tyristory se nejvíce používají jak ve výkonových, tak nevýkonových aplikacích. tetrodové tyristory - mají dva hlavní a dva pomocné vývody, které slouží k zapínání (popř. vypínání) řídícím proudem obou polarit. Obr. 6 Průběhy voltampérových charakteristik tří skupin tyristorových součástek

17 Tyristory GI - generátor spouštěcích impulsů Ψ - úhel otevření
Obr. 7 Princip řízeného usměrňovače

18 Tyristory Vlastní činnost je následující: pokud se nepřivede spouštěcí impuls, je tyristor nevodivý, obvodem neprochází proud, na zátěži nevzniká úbytek napětí a příkon ve spotřebiči je nulový. Celé napětí drží tyristor. Po sepnutí napětí na tyristoru poklesne na zanedbatelnou hodnotu a prakticky celá hodnota napájecího napětí se objeví na zátěži. Tento stav trvá tak dlouho, než napájecí proud poklesne pod hodnotu přídržného proudu IH. Tím dojde k vypnutí tyristorů, zaniká proud v obvodu a do zátěže přestává být dodáván příkon.

19 Triaky Triak je jednoslovný název pro obousměrný triodový tyristor neboli pětivrstvý triodový tyristor. Jedná se tedy o pětivrstvou součástku NPNPN. Oproti dvěma diskrétním antiparalelním tyristorům se však u triaku uplatňují některé nové jevy, jako například, že se tato součástka může spínat i záporným řídícím signálem, takže se může použít pro spínání střídavého napětí. Triak může spínat střídavý proud procházející mezi hlavními elektrodami A1 a A2 a řídí se proudem libovolné polarity mezi elektrodou a řídící elektrodou (G).

20 Triaky Obvykle se nedoporučuje spínání záporného napětí záporným proudem hradla. Pětivrstvý triak se vypíná podobně jako triodový tyristor poklesem proudu v sepnutém stavu pod hodnotu vratného proudu IH. Triaky se používají v malovýkonových obvodech spotřební elektroniky jako různé regulátory výkonu, ve výkonových obvodech střídavého proudu se využívají ke spínání.

21 Diaky Jedná se vlastně o symetrický lavinový tranzistor.
Nemá řídící elektrodu a je spínán překročením blokovacího napětí UB0, a to jak kladné, tak i záporné polarity. Vyznačuje se symetrickou V-A charakteristikou s oblastí záporného diferenciálního odporu, ale s dosti značným úbytkem napětí v propustném směru.

22 Diaky Diak a) princip b) V-A charakteristika c) schematická značka

23 Diaky Přivedeme-li na diak vnější napětí bez přihlédnutí na jeho polaritu — jeden z jeho přechodů PN je polarizován v přímém směru a druhý ve směru závěrném. Jakmile však přiložené napětí dosáhne hodnoty U (B0)+ , menšinové nosiče injektované z přechodu PN polarizovaného v přímém směru dosáhnou ochuzenou oblast přechodu PN, který je polarizován v závěrném směru, a vyvolají zde lavinové násobení nosičů. Prudce vzroste procházející proud a napětí na diaku poklesne.

24 Diaky Diaky se používají k ochraně při přepětí (např. tranzistorů MOS) a pro řídící obvody tyristorů a triaků, přičemž řídící obvody vycházejí velmi jednoduché a plně vyhovující pro jednodušší aplikace.

25 Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

26 Literatura J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989 M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002