Что такое ДИНИСТОР
Принцип действия и применения Динистора
Условное графическое изображение симметричных динисторов имеет несколько вариантов.
Александр Кораблев
сайт. Промэлектроника
В кратком обзоре приведены основные сведения о динисторе и принципах его работы, а также представлены примеры практических схем использования динисторов.
Введение
История создания динистора тесно переплетена с созданием тиристора. В этом нет ничего удивительного: эти электронные приборы имеют практически одинаковую структуру, которая появилась на свет в 1956 г. в известной лаборатории Белла (Bell Telephone Laboratories). Авторство в создании динистора приписывают Уильяму Шокли (William Bradford Shockley), поэтому динистор иногда называют диодом Шокли.
Некоторые исследователи полагают, что к разработке динистора приложил руку и создатель тиристора Фрэнк Уильям (Билл) Гутцвиллер (Frank William (Bill) Gutzwiller). В англоязычной технической литературе динистор обычно называют Diac — это сокращение термина Diode AC (диод для переменного тока).
При описании принципа работы динистора мы не будем вдаваться в подробности и углубляться в теорию p-n-перехода. Про эту теорию мы уже кратко рассказывали в статье «Биполярные транзисторы. Принцип работы и применение » .
Принцип работы динистора
Структура и схема включения динистора
Динистор представляет собой четырехслойный полупроводник типа p-n-p-n. Его структура и схема включения приведены на рис. 1. Как видно из рисунка, два p-n-перехода П1 и П3 смещены в прямом направлении, внешнее электрическое поле уменьшает величину их потенциального барьера. Переход П2 смещен в обратном направлении, внешнее поле увеличивает высоту его потенциального барьера.
Преобразование структуры динистора
Структуру динистора можно преобразовать и привести к виду, показанному на рис. 2, где ЭП обозначает эмиттерный p-n-переход, а КП — коллекторный p-n-переход. В этом случае эквивалентную схему динистора можно представить как соединение двух транзисторов — p-n-p-типа и n-p-n-типа (рис. 3). Такая схема удобна для анализа, но следует учесть, что, в отличие от обычных дискретных транзисторов, транзисторы эквивалентной схемы (рис. 3) имеют не тонкую, а широкую базу. Поэтому в динисторе при том же электрическом поле, как и в обычном транзисторе, основные носители, преодолев смещенные в прямом направлении эмиттерные переходы, теряют энергию в широкой базе и не могут преодолеть коллекторный p-n-переход, смещенный в обратном направлении.
Эквивалентная схема динистора, состоящая из двух транзисторов
Таким образом, в слое n1 (база транзистора p-n-p-типа) образуется избыточная концентрация дырок, переместившихся из слоя p1 (эмиттера транзистора p-n-p-типа), а в соседнем слое p2 (база транзистора n-p-n-типа) — избыточная концентрация электронов, переместившихся из слоя n2 (эмиттера транзистора n-p-n-типа). При увеличении приложенного к динистору напряжения возрастает и напряженность поля внутри него, следовательно, увеличивается поток основных носителей дырок из слоя p1 в слой n1 и электронов из слоя n2 в слой p2.
Наконец, по мере накопления разнополярных носителей заряда в соседних слоях p-n-переход между этими слоями разрушается и динистор начинает проводить ток. Напряжение, при котором динистор начинает проводить ток, называется напряжением включения UВКЛ.
Вольт-амперная характеристика динистора
Сказанное выше иллюстрирует вольт-амперная характеристика динистора, показанная на рис. 4. На участке 1, пока приложенное к динистору напряжение не достигло пороговой величины UВКЛ, динистор выключен, через него может протекать небольшой ток утечки, не превышающий несколько микроампер. При внешнем напряжении, равном пороговому, на участке 2 происходит включение динистора. На участке 3 динистор включен и через него протекает ток. При уменьшении тока ниже порогового значения, называемого током удержания IУД, концентрация основных носителей заряда в динисторе уменьшается и он выключается.
В настоящее время существуют симметричные и несимметричные динисторы. Симметричные динисторы способны проводить ток в обоих направлениях, их вольт-амперная характеристика одинакова в I и III квадрантах. Несимметричные динисторы проводят ток только в одном направлении, их вольт-амперная характеристика в III квадранте схожа с обратной характеристикой диода.
Примеры использования динистора
Простейший генератор пилообразного напряжения
Динистор чаще всего используется в качестве переключателя, порогового элемента. На рис. 5 показана простейшая схема генератора пилообразного напряжения. Пока динистор DB3 выключен заряжается конденсатор С1, как только он зарядится до порогового напряжения UВКЛ, в данном случае 15 В, динистор откроется и конденсатор разрядится. Емкость конденсатора С1 должна быть невелика, иначе увеличится время его разряда, что может привести к перегреву динистора и выходу его из строя. Обратите внимание на то, что выходной ток источника питания ограничен резистором с сопротивлением 100 кОм и не превышает 0,7 мА, что заведомо меньше тока удержания динистора.
Использование динистора в простом источнике питания
На рис. показана схема простого источника питания. При достижении порогового напряжения UВКЛ включается динистор VS1 и шунтирует выпрямительный мост VD1, тем самым ограничивая напряжение заряда конденсатора С2, которое и является выходным напряжением источника питания. Как нетрудно догадаться, выходное напряжение такого источника питания не зависит от колебания напряжения сети.
Использование динистора для коммутации управляющего электрода тиристора
Нередко динистор используется совместно с тиристором для коммутации управляющего электрода тиристора, как показано на рис. 7. Момент срабатывания динистора, а значит, отпирания тиристора, регулируется потенциометром R1. Таким образом регулируется напряжение на нагрузке, которое зависит от фазы отпирания тиристора.
