نمونه سوالات تشریحی الکترونیک صنعتی(بخش اول- المان های قدرت دیود، تریستور، ترانزیستور)

سلام به همه دوستان 😃

تکلیف درسی بود که سعی کردم به شکل کامل بنویسم تا برای دیگران همه مفید واقع بشه.

درس الکترونیک صنعتی کاردانی الکترونیک که منیع اش کتاب (الکترونیک صنعتی م.ه.رشید) است . این بخش سوالات مربوط به بخش اول (المان های دیود ، ترانزیستور ، تریستور) می باشد.

امیدوارم مفید باشه براتون – بقیه فصل ها و همچنین سوالات دستور کار ازمایشگاه ماشین رو هم دارم که به زودی براتون قرار می دم.😊

۱–دیود قدرت و انواع آنرا به طول کامل با رسم منحنی مشخصه مربوطه بیان نمایید .

دﻳﻮدﻫﺎي ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﻗﺪرت ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﻲ را در ﻣﺪارﻫﺎي اﻟﻜﺘﺮوﻧﻴـﻚ ﻗـﺪرت اﻳﻔـﺎ ﻣـﻲ ﻛﻨﻨـﺪ . دﻳﻮد ﺑﻌﻨﻮان ﻛﻠﻴﺪي ﻋﻤﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ ﻛﻪ ﻛﺎرﻫﺎي ﺑﺴﻴﺎري را از ﻗﺒﻴـﻞ ﻛﻠﻴـﺪﻫﺎي ﻳﻜـﺴﻮ ﻛﻨﻨـﺪه ، ﻋﻤـﻞ ﻫﺮزﮔﺮدي در رﮔﻮﻻﺗﻮرﻫﺎي ﻛﻠﻴﺪزﻧﻲ ، ﻣﻌﻜﻮس ﺳﺎزي ﺑـﺎر ﺧـﺎزن و اﻧﺘﻘـﺎل اﻧـﺮژي ﻣـﺎﺑﻴﻦ اﺟـﺰا، ﺟﺪاﺳﺎزي وﻟﺘﺎژ ، ﻓﻴﺪﺑﻚ اﻧﺮژي از ﺑﺎر ﺑﻪ ﻣﻨﺒﻊ و آزادﺳﺎزي اﻧﺮژي ذﺧﻴﺮه ﺷﺪه را اﻧﺠﺎم ﻣﻲ دﻫﺪ.

ﺷﻜﻞ (١-١) ﻳﻚ دﻳﻮد ﻗﺪرت ﻧﻤﻮﻧﻪ

 

دﻳﻮد ﻗﺪرت ﻳﻚ ﻋﻨﺼﺮ دو ﺳﺮ ﺑﺎ ﭘﻴﻮﻧﺪ p-n اﺳﺖ . ﻫنگامی ﻛـﻪ ﭘﺘﺎﻧـﺴﻴﻞ آﻧـﺪ ﻧـﺴﺒﺖ ﺑـﻪ ﻛﺎﺗـﺪ ﻣﺜﺒﺖ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﮔﻮﻳﻨﺪ دﻳﻮد ﺑﺎ ﻳﺎس ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺷﺪه و ﻫﺪاﻳﺖ ﻣﻲ ﻛﻨﺪ . ﻳﻚ دﻳـﻮد در ﺣـﺎل ﻫـﺪاﻳﺖ اﻓﺖ وﻟﺘﺎژ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻧﺴﺒﺘﺎً ﻛﻤﻲ در دو ﺳﺮ ﺧﻮد دارد، ﻛﻪ ﻣﻘﺪار آن ﺑﻪ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﺳﺎﺧﺖ ودﻣﺎي ﭘﻴﻮﻧـﺪ ﺑﺴﺘﮕﻲ دارد. ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﻛﺎﺗﺪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ آﻧﺪ ﻣﺜﺒﺖ ﺑﺎﺷﺪ ﻣﻲ ﮔﻮﻳﻨﺪ دﻳﻮد ﺑﺎﻳـﺎس ﻣﻌﻜـﻮس اﺳﺖ. در ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﺎﻳﺎس ﻣﻌﻜﻮس ﺟﺮﻳﺎن ﻣﻌﻜﻮس ﻛﻮﭼﻜﻲ در ﻣﺤﺪوده ﻣﻴﻜﺮو ﻳﺎ ﻣﻴﻠﻲ آﻣﭙـﺮ ﺟـﺎري ﻣﻲ ﺷﻮد و ﻣﻘﺪار اﻳﻦ ﺟﺮﻳﺎن ﻧﺸﺘﻲ اﻧﺪك اﻧﺪك ﺑﺎ وﻟﺘﺎژ ﻣﻌﻜﻮس اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ ﺗﺎ اﻳﻨﻜﻪ ﺑﻪ وﻟﺘـﺎژ ﺑﻬﻤﻨﻲ ﻳﺎ وﻟﺘﺎژ زﻧﺮ ﺑﺮﺳﻴﻢ . ﺷﻜﻞ ١-٢ ﻧﻤﺎد ﻣﺪاروﻣﺸﺨﺼﻪ v-i ﺣﺎﻟـﺖ ﭘﺎﻳـﺪار ﻳـﻚ دﻳـﻮد را ﻧـﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ.

ﺷﻜﻞ (١-٢) ﻧﻤﺎد ﻣﺪاري و ﻣﺸﺨﺼﻪ وﻟﺘﺎژ-ﺟﺮﻳﺎن دﻳﻮد

 

 

راﺑﻄﻪ وﻟﺘﺎژ ﺟﺮﻳﺎن دﻳﻮد را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﺼﻮرت ﻣﻌﺎدﻟﻪ زﻳﺮ (ﻛﻪ ﻣﻌﺎدﻟـﻪ دﻳـﻮد ﺷـﺎﻛﻠﻲ ﻧـﺎم دارد) ﻧﻤﺎﻳﺶ داد

^VD

(۱- I_D = I_S (e^nVT

ﻛﻪ در آن :

I_D ، ﺟﺮﻳﺎن دﻳﻮد ﺑﺮﺣﺴﺐ آﻣﭙﺮ V_D ، وﻟﺘﺎژ دﻳﻮد

I_s  ، ﺟﺮﻳﺎن ﻧﺸﺘﻲ

n ، ﻳﻚ ﺛﺎﺑﺖ ﺗﺠﺮﺑﻲ اﺳﺖ و ﻣﻘﺪار آن از ١ﺗﺎ ٢ ﻣﺘﻐﻴﺮ اﺳﺖ .

V_T ، ﺛﺎﺑﺘﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ وﻟﺘﺎژ ﺣﺮارﺗﻲ ﻧﺎم دارد وﺑﻪ ﺣﺮارت ﻣﺤﻴﻂ ﻧﺴﺒﺖ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ دارد .

 

اﻧﻮاع دﻳﻮدﻫﺎي ﻗﺪرت :

١- دﻳﻮدﻫﺎي اﺳﺘﺎﻧﺪارد ﻳﺎ ﻫﻤﻪ ﻣﻨﻈﻮره

٢- دﻳﻮدﻫﺎي ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲﺳﺮﻳﻊ

٣- دﻳﻮدﻫﺎي ﺷﺎﺗﻜﻲ

 

 ۱-دﻳﻮدﻫﺎي ﻫﻤﻪ ﻣﻨﻈﻮره

دﻳﻮدﻫﺎي ﻳﻜﺴﻮ ﻛﻨﻨﺪه زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻣﻌﻜﻮس ﻧﺴﺒﺘﺎً زﻳﺎدي دارﻧﺪ ﻛﻪ در ﺣﺪود ۲۵us  اﺳﺖ و در ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎي ﺳﺮﻋﺖ ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺑﻜﺎر ﻣﻲ روﻧﺪ ﻛﻪ زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﭼﻨﺪان اﻫﻤﻴﺘﻲ ﻧﺪارد . ﻳﻜﺴﻮ ﻛﻨﻨﺪه ﻫـﺎ و ﻣﺒﺪﻟﻬﺎي دﻳﻮدي در ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎي ﺑﺎ ﻓﺮﻛﺎﻧﺲ ورودي ﻛـﻢ(ﻛﻤﺘـﺮ از ۱khz) ﻣﺤـﺪوده ﺟﺮﻳـﺎن اﻳـﻦ دﻳﻮدﻫﺎ از ﻛﻤﺘﺮ از ﻳﻚ آﻣﭙﺮ ﺗﺎ ﭼﻨﺪ ﻫﺰار آﻣﭙﺮ و ﻣﺤﺪوده وﻟﺘﺎژ ۵۰V ﺗﺎ ﺣﺪود ۵KA ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ .

۲-دﻳﻮدﻫﺎي ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﺳﺮﻳﻊ :

دﻳﻮدﻫﺎي ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﺳﺮﻳﻊ زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻛﻮﭼﻜﻲ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﻌﻤﻮل ﻛﻤﺘﺮ از ۵us دارﻧﺪ اﻳﻦ دﻳﻮدﻫـﺎ در ﻣﺪارﻫﺎي ﻣﺒﺪل dc ﺑﻪ dc و dc ﺑﻪ ac ﻛـﻪ ﺳـﺮﻋﺖ ﺑﺎزﻳـﺎﺑﻲ اﻏﻠـﺐ اﻫﻤﻴـﺖ ﺑﺤﺮاﻧـﻲ دارد ﺑﻜـﺎر ﻣﻲ روﻧﺪ . ﻣﺤﺪوده ﺟﺮﻳﺎﻧﻲ ﻛﺎرﻛﺮد اﻳﻦ دﻳﻮدﻫﺎ از ﻛﻤﺘﺮ از ﻳﻚ آﻣﭙﺮ ﺗﺎ ﭼﻨﺪ ﺻﺪ آﻣﭙﺮ و ﻣﺤﺪوده وﻟﺘﺎژﺷﺎن از ۵۰V ﺗﺎ ﺣﺪود ۳KV اﺳﺖ .

۳-دﻳﻮدﻫﺎي ﺷﺎﺗﻜﻲ :

ﻣﺸﻜﻞ ذﺧﻴﺮه ﺑﺎر در ﭘﻴﻮﻧﺪ p-n در دﻳﻮدﻫﺎي ﺷﺎﺗﻜﻲ ﺣﺬف (ﻳﺎ ﺣﺪاﻗﻞ) ﺷـﺪه اﺳـﺖ اﻳـﻦ ﻛـﺎر از ﻃﺮﻳﻖ اﻳﺠﺎد ﻳﻚ ﺳﺪ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﻛﻪ ﻣﻴﺎن ﻳﻚ ﻓﻠﺰ و ﻳﻚ ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد اﻧﺠﺎم ﻣﻲ ﭘﺬﻳﺮد . ﻋﻤﻞ ﻳﻜﺴﻮ ﻛﻨﻨﺪﮔﻲ ﻓﻘﻂ ﺑﻪ ﺣﺎﻣﻠﻬﺎي اﻛﺜﺮﻳﺖ ﺑﺴﺘﮕﻲ دارد و در ﻧﺘﻴﺠـﻪ ﺣﺎﻣﻠﻬـﺎي اﻗﻠﻴـﺖ اﺿـﺎﻓﻲ اي ﺑﺮاي ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺷﺪن وﺟﻮد ﻧﺪارﻧﺪ . ﺟﺮﻳﺎن ﻧﺸﺘﻲ دﻳﻮدﻫﺎي ﺷـﺎﺗﻜﻲ ﺑﻴـﺸﺘﺮ از دﻳﻮدﻫـﺎي ﭘﻴﻮﻧـﺪ p-n اﺳﺖ ﻳﻚ دﻳﻮد ﺷﺎﺗﻜﻲ ﺑﺎ وﻟﺘﺎژ ﻫﺪاﻳﺖ ﻧﺴﺒﺘﺎً ﻛﻢ ، ﺟﺮﻳـﺎن ﻧـﺸﺘﻲ ﻧـﺴﺒﺘﺎً زﻳـﺎدي دارد و ﺑـﺮﻋﻜﺲ در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺣﺪاﻛﺜﺮ وﻟﺘﺎژ ﻣﺠﺎز آن ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺑﻪ ۱۰۰V ﻣﺤﺪود ﻣﻲ ﺷﻮد ﻣﺤﺪوده ﺟﺮﻳﺎن ﻛﺎري دﻳﻮدﻫـﺎي ﺷﺎﺗﻜﻲ از۱ ﺗﺎ۳۰۰A  ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ .

 

نوع	ولتاژ نامی(VRRM)	جریان نامی(IF)	زمان بازیابی معکوس (trr)	کاربرد	نکات
دیود­های همه منظوره	۵۰-۵۰۰۰ V	۱A تا هزاران آمپر	~۲۵µs	UPS, battery chargers, welding, traction, etc.	–
دﻳﻮدﻫﺎي ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﺳﺮﻳﻊ	۵۰-۳۰۰۰ V	۱A تا هزاران آمپر	<5µs	SMPS, commutation circuits, choppers, induction heating	عمل آوری معمولا با طلا یا پلاتین انجام می­شود.
دﻳﻮدﻫﺎي ﺷﺎﺗﻜﻲ	Up to 100V	۱-۳۰۰ A	~ns	تچهیزاتی با فرکانس کلیدزنی خیلی بالا- لوازم اندازه گیری	فلز-نیمه هادی معمولا آلمینیوم   Al-Si(n-type), majority carrier device, آز آنجا که زمان خاموش شدن پایینی دارد.

 

۲–تریستور چیست و انواع آنرا به طور کامل با رسم منحنی مشخصه مربوطه ذکر نمائید .

ﻗﻄﻌﺎﺗﻲ ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﻛﻪ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ Solid-state controlled rectifier ﻧﻴﺰ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. در اﻳﻦ ﻗﻄﻌﺎت ٤ ﻻﻳﻪ ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﺳﻴﻠﺴﻴﻤﻲ از ﻧـﻮع P , N ﺑـﻪ ﺗﺮﺗﻴـﺐ PNP و NPN در روي ﻫـﻢ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ. ﻫﻤﺎﻧﻄﻮر ﻛﻪ در اﺷﻜﺎل ١-٥ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ ﺳﻪ ﺗﺮﻣﻴﻨﺎل آن ﺑﻪ اﺳﺎﻣﻲ آﻧـﺪ (A)، ﻛﺎﺗﺪ (K) وﺗﺮﻣﻴﻨﺎل ﺳﻮﻣﻲ ﺑﻌﻨﻮان ﮔﻴﺖ (G) ﻧﺎﻣﮕﺬاري ﺷﺪه .

 

اﻧﻮاع ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎ

ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎ ﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ وﻧﺤﻮه روﺷﻦ ﺧﺎﻣﻮش ﺷﺪن ﺑﻪ ٩ دﺳـﺘﻪ زﻳـﺮ ﺗﻘـﺴﻴﻢ ﻣـﻲ ﺷﻮﻧﺪ.

١  .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﻛﻨﺘﺮل ﻓﺎز((SCR

٢  .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﻛﻠﻴﺪ زﻧﻲ ﺳﺮﻳﻊ (SCR)

٣ .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﺧﺎﻣﻮش ﺷﻮﻧﺪه ﺑﺎ ﮔﻴﺖ((GTO

٤ .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﺳﻪ ﻗﻄﺒﻲ دو ﺟﻬﺘﻪ (TRIAC)

٥ .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﻫﺪاﻳﺖ ﻣﻌﻜﻮس (RCT)

٦  .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي اﻟﻘﺎي اﺳﺘﺎﺗﻴﻚ((SITH

٧ .ﻳﻚ ﺳﻮ ﻛﻨﻨﺪه ﻫﺎي ﻛﻨﺘﺮل ﺷﺪه ﺳﻠﻴﻜﻮﻧﻲ ﻓﻌﺎل ﺷﻮﻧﺪه ﺑﺎ ﻧﻮر((LASCR

٨ .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﻛﻨﺘﺮل ﺷﺪه از ﻧﻮع (FET_CTH) FET

٩  .ﺗﺮﻳﺴﺘﻮرﻫﺎي ﻛﻨﺘﺮل ﺷﺪه از ﻧﻮع(MCT) MOS

 

 

 

– در BJT ولتاژ معکوس قابل تحمل (VcE) کمتر از ۱۰۰۰ ولت و جریان مستقیم عبوری (IC) كمتر از ۴۰۰ آمپر و فرکانس کلیدزنی تا (۵khz) بوده و افت ولتاژ دو سر المان در زمان روشن بودن (VCE sat)بین ۲ تا ۳ ولت می باشد.

– بهره جریان (β) در زمان روشن بودن ترانزیستور پایین بوده )به دلیل اشباع آن) و طبعا برای روشن نگه داشتن آن به جریان بیس قابل توجه نیاز است که باعث پیچیدگی و افزایش هزینه مدار درایو آن خواهد شد. –

امروزه BJT با توجه به مشخصات آن کاربرد محدودی به عنوان کلید (سوییچ)دارد.

 

۴–دسته بندی المان های قدرت را با ذکر المان های مربوطه ذکر نمائید .

■ غیر قابل کنترل:

 دیود (روشن و خاموش شدن این المان تابع مداري است که در آن قرار میگیرد) ، دیاک
■ قابل کنترل:
نیمه کنترل شده⇦ تریستور ( روشن شدن با فرمان و خاموش شدن مانند دیود) ، ترایاک
تمام کنترل شده IGBT ⇦  ،BJT ، MOSFET (با فرمان هم روشن و هم خاموش میشوند)، GTO

 

 

۵–نحوه عملکرد (طرز کار) دیود , تریستور , ترانزیستور قدرت را به اختصار توضیح دهید .

دیود قدرت:

همانند نوع معمولی آن یک عنصر دو پایه با نیمه هادی n و p است .که پس از رسیدن به ولتاژ هدایت که بستگی به نوع و جنس دیود است شروع به هدایت می کند به طوری که بایستی در بایاس موافق باشد و آند آن از کاتد مثبت باشد در نوع قدرت دو مولفه جریان عبوری و ولتاژ شکست با مقادیر بالاتر تولید می­شوند تا توانایی تحمل مصارف توان بالا را داشته باشند.

 

ترانزیستور های قدرت:

چند نوع عمده دارند BJT ، MOSFET ، SIT ، IGBT , COOLMOS که عمده عمکلرد انها استفاده در نواحی اشباع به عنوان کلید کنترلی خاموش و روشن استفاده می­شوند. از آنجایی که هر یک از این ترانزیستور منحنی مشخصه های خاص خود راداشته و تعاریف مخلتفی برای عمکرد و فعال دارند ما به BJT ها می پردازیم:

ﻳﻚ ﺗﺮاﻧﺰﻳﺴﺘﻮر از اﻓﺰودن ﻳﻚ ﻧﺎﺣﻴـﻪ P ﻳـﺎ n ﺛـﺎﻧﻮي ﺑـﻪ ﻳـﻚ دﻳـﻮد ﭘﻴﻮﻧﺪ p-n ﺑﻮﺟﻮد ﻣﻲ آﻳﺪ. ﺑﺎ دو ﻧﺎﺣﻴﻪ n و ﻳﻚ ﻧﺎﺣﻴﻪ p دو ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲ ﮔـﺮدد .ﺗﺮاﻧﺰﻳـﺴﺘﻮر دو ﻗﻄﺒﻲ دو ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻛﻠﻜﺘﻮر-ﺑﻴﺲ (CBJ) و ﺑـﻴﺲ – اﻣﻴﺘـﺮ (BEJ) دارد. ﺗﺮاﻧﺰﻳـﺴﺘﻮرﻫﺎ در اﻧـﺪازه ﻫـﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ در ﺷﻜﻞ ١-٣١ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.

 

تریستور:

ﻗﻄﻌﺎﺗﻲ ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﻛﻪ ﺑﻪ آﻧﻬﺎ Solid-state controlled rectifier ﻧﻴﺰ ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. در اﻳﻦ ﻗﻄﻌﺎت ٤ ﻻﻳﻪ ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي ﺳﻴﻠﺴﻴﻤﻲ از ﻧـﻮع P , N ﺑـﻪ ﺗﺮﺗﻴـﺐ PNP و NPN در روي ﻫـﻢ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ. ﻫﻤﺎﻧﻄﻮر ﻛﻪ در اﺷﻜﺎل ١-٥ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ ﺳﻪ ﺗﺮﻣﻴﻨﺎل آن ﺑﻪ اﺳﺎﻣﻲ آﻧـﺪ (A)، ﻛﺎﺗﺪ (K) وﺗﺮﻣﻴﻨﺎل ﺳﻮﻣﻲ ﺑﻌﻨﻮان ﮔﻴﺖ (G) ﻧﺎﻣﮕﺬاری شده.

ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ وﻟﺘﺎژ آﻧﺪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻛﺎﺗﺪ ﻣﺜﺒـﺖ ﺑﺎﺷـﺪ ﭘﻴﻮﻧـﺪﻫﺎي_١J و_٣J در ﺣﺎﻟـﺖ ﺑﺎﻳـﺎس ﻣـﺴﺘﻘﻴﻢ و ﭘﻴﻮﻧﺪ _٢J در ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺎﻳﺎس ﻣﻌﻜﻮس ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد و ﺗﻨﻬﺎ ﺟﺮﻳﺎن ﻧﺸﺘﻲ اﻧﺪﻛﻲ از آﻧﺪ ﺑـﻪ ﻛﺎﺗـﺪ ﺟﺮﻳـﺎن ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ . اﮔﺮ وﻟﺘﺎژ آﻧﺪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻛﺎﺗﺪ V_AK ﺑـﻪ ﻗـﺪر ﻛـﺎﻓﻲ زﻳـﺎد ﺷـﻮد ﭘﻴﻮﻧـﺪ _٢J ﻛـﻪ در ﺣﺎﻟـﺖ ﺑﺎﻳـﺎس ﻣﻌﻜﻮس ﻗﺮار دارد ﺷﻜﺴﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه را ﺷﻜﺴﺖ ﺑﻬﻤﻨﻲ و وﻟﺘـﺎژ ﻣﺘﻨـﺎﻇﺮ ﺑـﺎ آن را وﻟﺘـﺎژ ﺷﻜﺴﺖ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ V_BO ﻣﻲ ﻧﺎﻣﻴﻢ . از آﻧﺠﺎ ﻛﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪﻫﺎي _١J و _٣J ﻗﺒﻼً در ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺎﻳﺎس ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ. ﺣﺮﻛﺖ آزاداﻧﻪ ﺣﺎﻣﻞ ﻫﺎ در ﺳﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﺑﺮﻗﺮاري ﺟﺮﻳﺎن ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻗﺎﺑـﻞ ﻣﻼﺣﻈـﻪ اي در آﻧﺪ ﻣﻲ ﺷﻮد .در اﻳﻦ وﺿﻌﻴﺖ ﺗﺮﻳﺴﺘﻮر در وﺿﻌﻴﺖ ﻫﺪاﻳﺖ ﻳﺎ وﺻﻞ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. ﺑﺎ وﺟﻮد اﻳﻨﻜـﻪ ﻫﺮ ﺗﺮﻳﺴﺘﻮر را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﺎ اﻓﺰاﻳﺶ وﻟﺘﺎژ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ V_AK ﺑﻪ ﻣﻘﺪاري ﺑـﻴﺶ از V_BO روﺷـﻦ ﻛـﺮد اﻣـﺎ اﻳﻦ روش ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ زﻳﺎﻧﺒﺎر ﺑﺎﺷﺪ در ﻋﻤﻞ وﻟﺘﺎژ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻛﻤﺘﺮ از V_BO ﻧﮕﻪ داﺷﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد، S.C.R را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺗﻮﺳﻂ ﭘﺎﻟﺴﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﮔﻴﺖ آن اﻋﻤﺎل ﻣﻲ ﮔﺮدد، روﺷﻦ ﻧﻤﻮدﻣﻄـﺎﺑﻖ ﺷـﻜﻞ ١-٦ . ﺑـﺮاي روﺷﻦ ﺑﺎﻗﻲ ﻣﺎﻧﺪن ﺗﺮﻳﺴﺘﻮر ﺟﺮﻳﺎن آﻧﺪ ﺑﺎﻳـﺪ از ﻣﻘـﺪاري ﻛـﻪ ﺟﺮﻳـﺎن ﺗﺜﺒﻴـﺖ ﻛﻨﻨـﺪه I_H ﻧﺎﻣﻴـﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ . I_H ﺣﺪاﻗﻞ ﺟﺮﻳﺎن آﻧﺪ ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از آﻧﻜﻪ ﺗﺮﻳﺴﺘﻮر روﺷﻦ ﺷـﺪ و ﺳﻴﮕﻨﺎل ﮔﻴﺖ از روي آن ﺑﺮداﺷﺘﻪ ﺷـﺪ ﻻزم اﺳـﺖ ﺗـﺎ ﺗﺮﻳـﺴﺘﻮر را در ﺣﺎﻟـﺖ روﺷـﻦ ﻧﮕـﻪ دارد.

 

۶–ویژگی های مربوط به هر المان (دیود , تریستور , ترانزیستور) را با رسم مدار و شکل موج توضیح دهید .

 

۷–زمان بازیابی معکوس ، جریان بازیابی معکوس – بار بازیابی معکوس را تعریف نمایید .

در ﻳﻚ دﻳﻮد ﺑﺎ ﺑﺎﻳﺎس ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺟﺮﻳﺎن ﻧﺎﺷﻲ از اﺛﺮ ﺧﺎﻟﺺ ﺣﺎﻣﻞ ﻫﺎي اﻛﺜﺮﻳﺖ و اﻗﻠﻴﺖ ﻣـﻲ ﺑﺎﺷـﺪ ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ دﻳﻮد در ﺣﺎﻟﺖ ﻫﺪاﻳﺖ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ اﺳـﺖ وﺳـﭙﺲ ﺟﺮﻳـﺎن ﻣـﺴﺘﻘﻴﻢ آن ﺑـﻪ ﺻـﻔﺮ ﻛـﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ دﻳﻮد ﺑﻪ ﺧﺎﻃﺮ وﺟﻮد ﺣﺎﻣﻞ ﻫﺎي اﻗﻠﻴﺖ ﻛﻪ در ﭘﻴﻮﻧﺪ p-n ﺧﻮد ﻣـﺎده ﻧﻴﻤـﻪ ﻫـﺎدي ذﺧﻴـﺮه ﺷﺪه اﻧﺪ، ﺑﻪ ﻫﺪاﻳﺖ اداﻣﻪ ﻣﻲ دﻫﺪ.

ﺣﺎﻣﻞ ﻫﺎي اﻗﻠﻴﺖ ﺑﺮاي ﺗﺮﻛﻴـﺐ ﺷـﺪن ﺑـﺎ ﺑﺎرﻫـﺎي ﻣﺨـﺎﻟﻒ و ﺧﻨﺜﻲ ﺷﺪن ﺑﻪ زﻣﺎن ﻣﺸﺨﺼﻲ ﻧﻴﺎز دارﻧﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ زﻣﺎن ، زﻣـﺎن ﺑﺎزﻳـﺎﺑﻲ ﻣﻌﻜـﻮس دﻳـﻮد ﻧـﺎم دارد . ﺷﻜﻞ ١-٣ ﻣﺸﺨﺼﻪ ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻣﻌﻜﻮس را ﺑﺮاي دﻳﻮدﻫﺎي ﭘﻴﻮﻧﺪي ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ.

 

زمان بازیابی معکوسن t_rr را ممکن است به صورت یک بازه زمانی تعریف کرد بين لحظه ای که جریان هنگام تغییر وضعیت از حالت مستقیم به حالت معکوس از صفر عبور می کند (در اثنای تغییر از حالت مستقیم به حالت مسدود معکوس) و لحظه ای که جریان معکوس به ۲۵% مقدار بیشینه خود I_rr می رسد. متغیر t_rr به دمای پیوند، سرعت افت جریان مستقیم، و جریان مستقیم پیش از جابجایی I_F بستگی دارد.

بار بازیابی معکوس Q_RR. اندازه حاملهای باری است که به دلیل تغییر حالت از هدایت مستقیم به حالت سدکنندگی معکوس از دیود در جهت عکس می گذرد. مقدار آن از سطح در برگرفته شده با مسیر جریان بازیابی معکوس تعیین می شود.

جریان بازیابی معکوس I_rr شامل دو مولفه t_a و t_b است . تغییر I_a بنابر بار ذخیره در ناحیه تهی پیوند است و زمان عبور جریان از صفر تا فراز جریان معکوس I_rb می­باشد ؛ و I_b ناشی از ذخیره بار در نیمه هادی است. بنابراین در زمانی که جریان معکوس می شود پیک منفی آن در جهت معکوس جریان بازیابی معکوس می­نامند.

t_rr زﻣﺎن ﺑﺎزﻳﺎﺑﻲ ﻣﻌﻜﻮس : از ﻟﺤﻈﻪ ﺷﺮوع ﻋﺒﻮر ﺟﺮﻳﺎن از ﺻﻔﺮ ﺗﺎ زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﻣﻘﺪار آن ﺑﻪ %٢٥ ﭘﻴﻚ ﺟﺮﻳﺎن ﻣﻌﻜﻮس ﻣﻲ رﺳﺪ

:t_a ﻧﺎﺷﻲ از ﺗﺨﻠﻴﻪ ﺑﺎردر ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺗﺨﻠﻴﻪ ﭘﻴﻮﻧﺪ

:t _b ﻧﺎﺷﻲ از ذﺧﻴﺮه ﺑﺎر در ﻧﻴﻤﻪ ﻫﺎدي اﺳﺖ.

 

۸–مشخصه های مربوط به دیود قدرت را بیان نمایید .

دیود قدرت ، قطعه ای با پیوند p-n و دارای دو سر است و معمولا با ذوب ، نفوذ و رشد رونشستی بوجود می آید . روشهای جدید در فرآیند نفوذ و رونشست موجب بدست آمدن مشخصه های مطلوب قطعه می شود . شکل ۱-۲ نمای ساختار پیوند n – p و نماد دیود را نشان می دهد .

وقتی پتانسیل آنود نسبت به کاتود مثبت باشد ، دیود بایاس مستقیم شده و هدایت میکند . در دو سر یک دیود در حال هدایت ، افت ولتاژ مستقیم نسبتا کمی بوجود می آید ؛ که مقدار آن به دمای پیوند و فرآیند ساخت بستگی دارد. وقتی پتانسیل کاتد نسبت به اند مثبت باشد دیود بایاس معکوس می شود . در شرایط بایاس معکوس ، یک جریان معکوس کوچک ( موسوم به جریان نشتی ) حدود میکرو یا میلی آمپر ، شارش می یابد و این جریان نشتی از نظر مقدار با افزایش ولتاژ معکوس افزایش می یابد تا به ولتاژ بهمنی یا زنر برسد . شكل ( ۲-۲ ) مشخصه های vi یکنواخت یک دیود را نشان می دهد . در بیشتر کاربردها دیود را می توان یک کلید ایده آل فرض کرد که مشخصه هایش در شکل ب ۲-۲ نشان داده شده است .

مشخصه های vi نشان داده شده در شکل الف ۲-۲ با معادلهای موسوم به معادله دیود شاتکی در شرایط کار با ولتاژ de یکنواخت به شرح زیر است :

که در آن

= I_D جریان دیود بر حسب آمپر

V_D=  ولتاژ مثبت آند دیود نسبت به کاتد

= I_S ثابت جریان تجربی نشتی موسوم ( یا اشباع به معکوس ضریب انتشار ) بین ^۶-۱۰ تا ^۱۵-۱۰ آمپر

= n ثابت تجربی موسوم به ضریب انتشار یا ضریب تکمیلی است و مقدار آن از ۱ تا ۲ تغییر می کند .

ضریب انتشار n به جنس و ساختار فیزیکی دیود بستگی دارد و در دیود های ژرمانیوم n برابر ۱ و در دیود های سیلیکونی مقدار مقدار پیش بینی شده n برابر ۲  است. اما در بیشتر دیود های سیلیکونی مقدار n بین ۱/۱ تا ۸/۱ افت میکند.

V­­_T در معادله (۱-۲) ثابتی موسوم به ولتاژ حرارتی است و از رابطه زیر به دست می­آید:

که در آن:

در دمای معین ، جریان نشتی I_S در دیود ثابت است. مشخصه دیود شکل (الف ۲-۲) به سه ناحیه تقسیم می­شود.

ناحیه بایاس مستقیم که درآن V_D > 0

ناحیه بایاس معکوس که درآن V_D<0

ناحیه شکست که در آن V­_D<-V_BR

ناحیه بایاس مستقیم : در نایحه بایاس مستقیم V_D > 0 است . اگر ولتاژ دیود V_D کمتر از مقدار معین V_TD (معمولا ۰.۷ ولت ) باشد ، جریان دیود (I_D) بسیار ناچیز خواهد بود.چناچه V_D از مقدار V_TD بیشتر باشد دیود بطور کامل هدایت می‌کند. اين ولتاژ به ولتاژ استانه یا ولتاژ روشنی موسوم است بنابراین ولتاژ آستانه ولتاژی است که در آن دیود به طور کامل هدایت می‌کند.

 

ناحیه بایاس معکوس: در ناحیه بایاس معکوس، V_D<0 است. اگر V_D منفی و   |V_D|>> V_Tباشد که به ازای V_D<-0.17V روی می‌دهد. عبارت نما در معادله (۲-۱) در قیاس با واحد (عدد ۱) بسیار کوچک می‌شود و جریان دیود I_D چنین می‌شود:

 

که نشان دهنده آن است که I_D در جهت معکوس مقداری ثابت و برابر با I_S است.

ناحیه شکست . در ناحیه شکست ولتاژ معکوس مقداری بزرگ و معمولاً بیش از ۱۰۰۰V است. اندازه ولتاژ معکوس ممکن است از ولتاژ معینی موسوم به ولتاژ شکست V_BR افزونتر باشد. با تغییری کوچک در ولتاژ معکوس فراتر از  V_BR جریان معکوس، سرعت افزایش می‌یابد. چنانچه اتلاف توان در محدوده مجازی باشد که در برگه اطلاعات کارخانه سازنده آمده است، دیود در ناحیه ,شکست آسیب نمی‌بیند. به اين ترتیب لازم است که جریان معکوس درناحیه شکست محدود شود تا توان تلف شده در محدوده مجاز قرارگیرد.

 

 

٩–مشخصه‏ های مربوط به تریستور را بیان نمائید .(جریان ها و ولتاژهایSCR)

تریستور یک نیمه رسانای چهار لایه با ساختار pnpn و سه پیوند pn  است و دارای سه پایانه یعنی آند کاتد و گیت می‌باشد. شکل (۷-۱) نماد تربستور و بخشی از پیوند pn را نشان می‌دهد. تریستورها با عمل نفوذ ساخته می‌شوند.

سطح مقطع یک تریستور در شکل (الف ۷-۲) نشان داده شده که می‌توان آن را به دو بخش npn شکل و pnp مانند (ب ۷-۲) تقسیم کرد.

هنگامی که ولتاژ مثبت آنود از کاتود بیشتر است. پیوندهای J­_۱ و J­_۳ بایاس مستقیم می‌شوند. پیوند J­_۲ بایاس معکوس است و فقط جریان نشتی از آنود به کاتود برقرار است. در این حالت، تریستور در وضعیت انسداد مستفیم يا حالت خاموش است و جریان نشتی در این حالت، جریان حالت خاموش I_D نامیده می‌شود. اگر ولتاژ آنود به کاتود V­_AK  تا حد کافی افزایش یابد، بایاس معکوس پیوند J­_۲ می‌شکند. به اين پدیده شکست بهمنی می‌گویند و ولتاز متناظر آن، ولتاژ شکست مستفیم V­_BO نامیده می‌شود. از آن جا که پیوندهای J­_۱ و J­_۳ هنوز در بایاس مستقیم هستند. حرکت آزاد حامل‌ها در هر سه پیوند وجود دارد که منجر به برقراری جریان مستقیم زیاد از آنود می‌شود. در این وضعیت. تریستور در حالت رسانایی یا حالت روشن قراردارد. افت ولتاژ ناشی از افت اهمی در چهار لایه، کم و در حد ۱V  است. یک امپدانس خارجی یا مقاومت مانند , R_L در شکل (الف ۷-۳) جریان آنود را در حالت روشن محدود می‌کند. برای حفظ شارش حامل‌ها در پیوند باید جریان آنود از جریانی که جریان تثبیت کننده , I_L را نامیده می‌شود بیشتر باشد. در غیر اینصورت تریستور  به حالت انسداد معکوس باز می‌گردد. جریان تثبیت کننده. I_L کمترین جریان آنود است که تریستور را بلافاصله پس از روشن شدن و حذف سیکنال گیت. در حالت روشن حفظ می‌کند. نمونه‌ای از مشخصه V-I تریستور در شکل(ب ۷-۳ ) نشان داده شده است .

تریستور پس از رسانا شدن, مثل یک دیود رسانا عمل میکند و کنترلی روی قطعه وجود ندارد. قطعه به رسانایی خود ادامه می‌دهد چون در پیوند J_۲ لايه تهی که از حرکت آزاد حامل‌ها ناشی شده باشد. وجود ندارد. اما اگر جریان آنود کاهش یافته و به مقدار کمتر از جریان نگه دارنده  I_H برسد به علت کاهش تعداد حامل‌ها، لایه تهی پیرامون J_۲ ایجاد می‌شود و تریستور در حالت انسداد قرار می‌گیرد. جریان نگه دارنده در حد میلی آمپر است واز جریان تثبیت کننده I_L کمتر می‌باشد یعنی I_L >I_H  است. جریان نگه دارنده I_H بر کمترین جریانی است که تریستور را در حالت روشن نگه می‌دارد.

هنگامی که ولتاژ کاتود نسبت به آنود مثبت می‌شود؛ پیوند J_۲ بایاس مستقیم و پیوندهای J_۱ J_۳ بایاس معکوس می‌شوند.این حالت مانند اتصال سری دو دیود با بایاس معکوس روی آنها می‌باشد. تریستور در این وضعیت، در حالت انسداد معکوس است و جریان نشتی معکوس که جریان معکوس  I_R نام دارد. در آن برقرار می‌شود.

تریستور را می‌توان با افزایش ولتاز V_AK تا مقداری بیش از  V_BO روشن کرد. اما اين کار می‌تواند به خراب شدن تریستور منجر شود. در عمل, ولتاژ مستقیم در مقداری کمتر از V_BO حفظ می‌شود و تریستور با اعمال ولتاژ مثبت بین گیت و کاتود روشن می شود که در شکل (ب ۷-۳) با خط چین نشان داده شده است. تریستور پس از روشن شدن با این روش و تا زمانی که جریان آنود بیشتر از جریان نگه دارنده باشد، به حالت پسخورد مثبت به رسانایی خود ادامه می‌دهد حتی اگر سیگنال گیت حذف شود. تریستور یک عنصر تثبیت کننده است.

تریستور عضو خانواده‌ی قطعه‌های چهار لایه و یک تثبیت کننده است؛ رسانایی کامل آن هنگامی است که آنود نسبت به کاتود مثبت شده و پالس جریان به پایانه گیت آن اعمال شود.

* برای باقی ماندن در حالت رسانایی باید جریان آنود از جریان نگه‌دارنده بیشتر باشد در غیر اینصورت قطعه به حالت انسداد می‌رود.

* اگر جریان مستقیم آنود از جریان نگه دارنده کمتر شود، تریستور در حالت انسداد باقی می‌ماند.

* تریستور پس از رسانایی مانند یک دیود رسانا عمل می‌کند و کنترلی روی قطعه وجود ندارد. یعنی نمی‌توان با اعمال پالس مثبت یا منفی دیگری آن را خاموش کرد.

 

۱۰-مشخصه های مربوط به ترانزیستور قدرت را بیان نمائید .

مشخصه های ترانزیستور های BJT قدرت به سه بخش تقسیم می­شوند:

۱-مشخصه­ی حالت پایدار     ۲-مشخصه­ی کلیدزنی    ۳-محدودی های کلید زنی

مشخصه های ترانزیستور های MOSFET قدرت به دوم بخش تقسیم می­شوند:

۱-مشخصه­ی حالت پایدار     ۲-مشخصه­ی کلیدزنی

 

۱-مشخصه­ی حالت پایدار  BJT

 

اگرچه سه آرایش کلکتور مشترک، بیس مشترک و امیتر مشترک وجود دارد اما مطابق شکل (الف ۴-۴) در کاربردهای کلید کنندگی بیشتر از یک ترانزیستور NPN در آرایش امیتر مشترک استفاده میشود. در شکل (ب ۴-۴) مشخصه های ورودی جریان بیس I_B در برابر ولتاژ بیس امیتر V_BE نشان داده شده است. شکل (پ ۴-۴) مشخصه های خروجی جریان کلکتور را در برابر ولتاژ کلکتور – امیتر V_CE نشان می دهد. در یک ترانزیستور PNP پلاریته همه جریانها و ولتاژها معکوس شده اند.

در یک ترانزیستور سه ناحیه کار وجود دارد: قطع، فعال و اشباع. در ناحیه قطع، ترانزیستور خاموش است یا جریان بیس برای روشن کردن کافی نیست و هر دو پیوند بایاس معکوس می شود. در ناحیه فعال، ترانزیستور مانند یک تقویت کننده کار می کند، که در آن جریان بیس تقویت می شود و BEJ بایاس مستقیم می گردد. در ناحيه اشباع، جریان بیس بسیار زیاد و ولتاژ کلکتور – امیتر بسیار کم است و ترانزیستور مانند یک کلید کار می کند. هر دو پیوند ( CBS و BES ) بایاس مستقیم می شوند. مشخصه انتقال که نموداری از V_CE در برابر I_­B است در شکل (۴-۵) نشان داده شده است.

 

۲ مشخصه های کلید کنندگی BJT :

یک پیوند p-n در بایاس مستقیم دو ظرفیت خازنی موازی ارائه می کند. یک ظرفیت خازنی مربوط به ناحیه تهی، و ظرفیت خازن مربوط به ظرفیت نفوذی است. در حالت پایدار این ظرفیت ها نقشی ندارند، اما شرایط گذرا، بر روشن و خاموشی ترانزیستور اثر می گذارند.

مدل ترانزیستور در شرایط گذرا در شکل ۸-۴ نشان داده شده است که در آن C_CB و C_BE به ترتیب ظرفیتهای موثر CBJ و BEJ هستند. هدایت انتقالی g_m یک ترانزیستور BJT برابر با نسبتI_C Δ  به V_BEΔ است. این ظرفیت ها به ولتاژهای پیوند و ساختمان فیزیکی ترانزیستور بستگی دارد. C_ab به دلیل اثر ضرب کنندگی میلر بر خازن ورودی تاثیر می گذارد. مقاومت کلکتور به امیتر را r_ce و مقاومت بیس به امیتر را r_be” می نامیم.

 

به خاطر خازنهای داخلی، ترانزیستور نمی تواند فوری روشن شود. شکل ۴-۹ شکل موجها و زمان کلید کنندگی را نشان می دهد. وقتی ولتاژ ورودی V_B از صفر تا V_۱ افزایش یابد و جریان بیس تا I_B1 افزایش یابد، جریان کلکتور فوری پاسخ نمی دهد. پیش از آنکه جریان کلکتور برقرار شود، زمان موسوم به زمان تأخیر طول می کشد که آن را با t_d نشان می دهیم. این تاخیر برای شارژ خازن BEJ , رسیدن به ولتاژV_BE  (تقریبا۰/۷) لازم است. پس از این تاخیر، جریان کلکتور تا رسیدن به مقدار حالت پایدار I_cs افزایش می یابد. زمان افزایش t_r به ثابت زمانی بستگی دارد که بوسیله ظرفیت BEJ تعیین می شود.جریان بیس معمولا بیش از مقدار لازم برای اشباع ترانزیستور است. در نتیجه بار اضافی حاملهای اقلیت در ناحیه بیس ذخیره می شود. هرچه ODF بیشتر باشد، اندازه بار اضافی ذخیره در بیس بیشتر خواهد شد. این بار اضافی که بار اشباع نامیده می شود متناسب است با جریان اضافی بیس و جریان متناظر I_e  :

و بار شباع از رابطه زیر بدست می­آید:

که در آن _sτ  ثابت زمانی ذخیره ترانزیستور نامیده می شود.

 

۳- محدودیت های کلید کنندگی:

شكست ثانوي : (SB) شکست ثانوی یک پدیده زیانبار است و وقتی بوجود می آید که جریان در قسمت کوچکی از بیس برقرار شود و نقاط داغ متمرکز ایجاد کند. اگر انرژی در این نقاط داغ زیاد باشد دمای شدید ممکن است سبب خرابی ترانزیستور شود. بنابراین شکست ثانوی بر اثر جهش حرارتی متمرکز بوجود می آید که از تمرکز جریان شدید ناشی می شود. تمرکز جریان ممکن است به دلیل اشکال در ساختمان ترانزیستور باشد. شکست ثانوی در شرایط خاصی از نظر ولتاژ، جریان و زمان روی می دهد. چون زمان در این امر دخالت دارد شکست ثانویه اساسا یک پدیده وابسته به انرژی است.

 

ناحيه عملکرد بی خطر بایاس مستقیم  : (FBSOA) در طی روشن شدن و روشن ماندن، دمای میانگین پیوند و شکست ثانوی، توانایی تحمل ترانزیستور را محدود می سازد. کارخانه های سازنده معمولا منحنی FBSOA را تحت شرایط معینی تهیه می کنند. FBSOA محدودیتهای

V_CE-i_c ترانزیستور را مشخص می کنند و برای عملکرد مطمئن، ترانزیستور نباید توان تلف شده اش بیش از مقداری باشد که منحنی FBSOA نشان می دهد.

 

ناحيه عملکرد بی خطر بایاس معکوس  : (RBSOA) در طی خاموش شدن، ترانزیستورغالبا می بایست با بایاس معکوس پیوند بیس – امیتر بتواند جریان و ولتاژ بالایی را تحمل کند. ولتاژ کلکتورامیتر برای ایمنی باید با مقدار معینی از جریان کلکتور و یا کمتر از آن نگهداشته شود. کارخانه های سازنده حدود I_c-V_ce را طی بایاس معکوس خاموشی با عنوان RBSOA ارائه می کنند.

 

توان مطمئن : مدار معادل گرمایی در شکل ۱۳-۴ نشان داده شده است . اگر کل اتلاف توان میانگین PT باشد، دمای بدنه عبارتست از:

دمای گرمابر عبارت است از

دمای محیط عبارتست از

که در آن:

ولتاژهای شكست:ولتاژ شکست به عنوان ولتاژ بیشینه مطلق بین دو پایانه و پایانه سوم بازی اتصال کوتاه، یا بایاس در جهت مستقیم یا معکوس، تعریف می شود. در شکست، ولتاژ تقریبا ثابت می ماند، ولی در آن جریان به سرعت افزایش می یابد. مقادیر ولتاژهای شکست زیر بوسیله سازندگان ارائه شده اند:

 : V_BEO بیشینه ولتاژ بین پایانه امیتر و پایانه بیس وقتی مدار کلکتور باز است.

 V_CEV یا  :V_CEX بیشینه ولتاژ بین پایانه کلکتور و پایانه امیتر در ولتاژ منفی معینی که بین بیس و V امیتر اعمال شده است.

 :V_CED(SUS)بیشینه ولتاژ قابل تحمل بین پایانه کلکتور و پایانه امیتر وقتی مدار بیس باز است. این مقدار در بیشینه ولتاژ و جریان کلکتور تعیین می گردد که همزمان در دو سر قطعه با مقدار معینی القاییدگی بار ظاهر می شود.

 

۱۱-مدارات ضربه گیر را رسم و توضیح دهید چرا از ضربه گیر استفاده می کنیم .(طرز کار مدار را توضیح دهید )

مدارهای اسنابر یک اسنابر RC معمولا در دو سر یک نیمه هادی وصل می شود تا dv/dt مدار را در محدودهی مجاز نگه دارد. اسنابر می تواند دارای پلاریته (قطبیت) یا بدون آن باشد. یک اسنابر با پلاریتهی مستقیم برای یک ترانزیستور یا تریستوری که همانند شکل (الف۱۶-۱۸) با یک دیود موازی معکوس شده است، مناسب می باشد. مقاومت dv/dt, R مستقیم و مقاومت R_۱ جریان تخلیه خازن را هنگام روشن شدن عنصر محدود می نماید.

 

اسنابر با پلاریتهی معکوس که di/dt معکوس را محدود می کند در شکل (ب ۱۶-۱۸) نشان داده شده است. R_۱ جریان تخلیه خازن را محدود می سازد. جریان تخلیه خازن از عنصر نمی گذرد و در نتیجه تلفات داخلی عنصر کاهش می یابد.

هنگامی که یک زوج تریستور موازی معکوس می شوند، اسنابر باید در هر دو جهت کار نماید. یک اسنابر بدون پلاریته در شکل (پ ۱۶-۱۸) نشان داده شده است.

نکات کلیدی : عناصر توان باید از di/dt و dv/dt زیاد با افزودن مدارهای اسنابر محافظت شوند.

۱۲–سری – موازی کردن دیودها را با هم مقایسه نمایید .(دلیل)

نیاز به دیود با تحمل ولتاژ بسیار بالا ⇦سري کردن دیودها

سری کردن دیود ها باعث شده ولتاژ معکوس افت کرده به طور مساوی بین دیود ها تقسیم شود.

نیاز به دیود با تحمل جریان بسیار بالا ⇦موازي کردن دیودها

عبور جریان بهطور مساوی از هر دیود و کاهش جریان عبوری از تک دیود ها

 

۱۳-موارد استفاده دیود قدرت را ذکر نمائید .

اصلی ترین کاربرد دیود قدرت در توان های بالا استفاده به عناون دیود flyback یا هرزگرد در مدارتی با القاگر می باشد. همچنین در مبدل های ac به dc و dc به ac ، یکسوسازها، شارژر باطری ، آبکاری ، UPS ، SMPS ، چاپرها و کوره های القایی

 

۱۴-موارد استفاده تریستور را بیان نمائید .

یکسوساز های نیم موج و پل و ترانس سر وسط، استفاده در محافظ افزایش ولتاژ به صورت موازی شدن با بار ، کنترل توان در لامپ و موتور با استفاده از زاویه آتش مناسب ، استفاده به عنوان یکسوساز در کنترل شارژ باطری ، برای ایجاد پالس به وسیله­ی ولتاژ ذخیره شده در خازن

 

۱۵- موارد استفاده ترانزیستور قدرت را بیان نمائید .

به دلیل سرعت بالاتر و افت ولتاژ کمتر در زمان هدایت در مدارتی با فرکانس کلیدزنی بالا استفاده می­شود از جمله : چاپر ها ، سیستم های UPS ، اینورتر ها . همچنین در فرستنده ها و رادار های نظامی با توان بالا به دلیل عملکرد مناسب در محدوده رادیویی مورد استفاده قرار می­گیرد.

 

 

۱۶–مزایای استفاده از IGBT را بیان نمایید .

IGBT ها امکانات BJT و MOSFET ها را باهم دارند .یک IGBT مانند MOSFET امپدانس ورودی بالا و مانند BJT اتلاف توان کم در حالت روشن دارد. به این ترتیب ، مکشل ثانوی چندگانه در BJT ها وجود داشت برای این قطعه وجود ندارد . به کمک طراحی تراشه و ساختمان ان ،مقاومت معادل درین به سورس RDS به گونه­ای کنترل می­شود تا مانند یک BJT کار کند.

 

۱۷-مدار دیود را رسم کرده و توضیح دهید .

۱۸-تفاوت بین ترایاک و دیاک را با رسم شکل توضیح دهید و همچنین موارد استفاده هر کدام را بين نمایید .(شرایط هدایت)

به شکل کلی که بتوان بیان نمود در برابر دیود fld و تریستور که در فقط در بایاس مستقیم هدایت میکنند؛ تریاک و دیاک هم در بایاس مستقیم و هم در بایاس معکوس هدایت میکنند. جدا از این تفاوت جهت هدایت وجود پایه­ی سومی به نام گیت در دیاک و ترسیتور نسبت به دیود fld و دیاک این امکان را ایجاد میکند که در ولتاژ کمتر از V_BO قطعه را به حالت هدایت برد.

 

همان طور که در منحنی مشخصه کاری تریاک و دیاک مشاهده می­شود بر خلاف تریستور که منحنی صرفا در یک جهت بود این منحنی در هر دو جهت به شکل قرنیه وجود دارد.

و اما در رابطه با تفاوت تریاک و دیاک مشخص است که در تریاک به واسطه پایه گیت و جریان عبوری از آن I_g می توان به ازای I­_g های مخالف V_BO را تغیر داد ماکزیمم V_BR زمانی است که I_g صفر باشد.

 

دیاک	ترایاک
دیاک دو پایانه دارد	سه پایه دارد
قطعه­ای دو جهته و غیرکنترلی هست	قطعه ای دو جهته و نیمه کنترلی هست
معنی لغوی DIAC  بهره گرفته از DI به معنی ۲  و AC جریان متناوب است	معنی لغوی TRIAC  بهره گرفته از TRI  به معنی ۲  و AC جریان متناوب است
به وسیله آن میتوان هم نیم سیکل مثب هم منفی را کنترل کرد.	به وسیله آن میتوان هم نیم سیکل مثب هم منفی را کنترل کرد.
دیاک را می­توان با دو دیود FLD ساخت.	ترایاک را می­توان با دو SCR ساخت
هیچ زاویه اتشی وجود ندارد.	زاویه اتش می­تواند بین۰-۱۸۰°  تا۱۸۰°-۳۶۰° باشد.
همانند کلیدی برای ترایاک در مدار ها به کار می­رود.	این قطعه برای کنترل فن،دیمر و … به کار می­رود.
چهارلایه است.	پنج لایه است.
The advantages of DIAC are, it can be activated by decreasing the level of voltage under its breakdown voltage. Triggering circuit using DIAC is cheap	The advantages of TRIAC are, It can work through the +Ve as well as -Ve polarity of pulses. It uses a single fuse for protection. A secure breakdown can be possible in both directions.
The disadvantages of DIAC are, it is a low-power device and doesn’t include a control terminal.	The disadvantages of TRIAC are, it is not reliable. As compared with SCR, these have low- ratings. When operating this circuit, we need to be cautious as it can activate in any direction.
The applications of DIAC mainly include different circuits like lamp dimmer, heater control, universal motor speed control, etc.	The applications of TRIAC mainly include control circuits, fans controlling, AC phase control, switching of high-power lamps, and controlling AC power.

 

 

۱۹-فرم‏ کلی معادلات مربوط به هر دیود قدرت را بنویسید .

 

ID : جریان عبوری از دیود هست.

I­S : جریان اشباع معکوس در دیود.

e : عدد طبیعی  ۲.۷۱۸۲۸۱۸۲

VD­ : ولتاژ دوسر دیود

n : وابسته به ماده فیزیکی دیود : ژرمانیوم =۱  ،  سیلیکون : بین ۱ تا ۲

q : مقدار بار الکتریکی بر حسب کولن :  

k : ثابت بولتمان :

T: دمای محیط حسب کلوین

 

 

۲۰-تریستور را رسم نمایید

در این شکل تاثیرات I_g بر جریان نشتی معکوس مشاهده می­شود:

 

 

۲۱- منظور از حفاظت تریستور چیست ؟ توضیح دهید .

حفاظت di/dt :

یک تریستور برای توزیع یکنواخت جریان در پیوندها نیاز به یک زمان کمینه دارد. اگر آهنگ افزایش جریان آنود در مقایسه با سرعت توزیع فرآیند روشن شدن بسیار سریع باشد، یک نقطه “داغ ” محلی ممکن است به علت چگالی زیاد جریان اتفاق بیافتد و قطعه خراب شود.

قطعه های عملی باید در مقابل di/dt زیاد حفاظت شوند. بعنوان مثال مدار شکل (۳۲-۷) را در نظر بگیرید. در حالت ماندگار، D_m  هنگامی که تریستور T1  خاموش است، رسانا می شود. اگر ۷۶ هنگامی که T1  هنوز در حال رسانایی است، آتش شود، di/dt  می تواند بسیار زیاد شود و فقط با خازنهای پراکندهی مدار محدود می شود.

در عمل di/dt با اضافه کردن یک القاگر سری Ls مطابق شکل (۳۲-۷) محدود می شود،di/dt  مستقیم برابر است با:

L_s  القاگر سری است که شامل القاییدگی های پراکنده نیز می باشد.

حفاظت dv/dt :

اگر کلید S_۱ در شكل (الف ۳۳-۷) در t=0 بسته شود، ولتاژ پله ای به تریستور T_۱ و  dv/dt می تواند به قدر کافی برای روشن کردن ,T زیاد شود. با اتصال خازن ,C می توان dv/dt را محدود کرد که در شكل (الف ۳۳-۷) نشان داده شده است. هنگامی که تریستور T روشن می شود. جریان تخلیه ی خازن با مقاومت R_s مطابق شکل (ب ۳۳-۷) محدود می شود. .

با یک مدار RC که با نام مدار اسنابر(نادیده انگارنده) خوانده می شود، ولتاژ روی تریستور مطابق شکل (پ ۳۳-۷) بصورت نمایی افزایش می یابد و dv/dt مدار تقریبا از رابطهی زیر بدست می آید:

 

 

۲۲-BJT  و . mosFETرا با هم مقایسه نمایید

ترانزیستور پیوند دو قطبی (BJT) یک عنصر کنترل شونده با جریان است و به جریان بیس نیاز دارد تا در کلکتور جریان وجود داشته باشد. چون جریان کلکتور به جریان ورودی I_B­ وابسته است، بهره جریان به دمای پیوند بستگی شدید دارد.

یک MOSFET پرتوان قطعه ای کنترل شونده با ولتاژ است و تنها به جریان ورودی کمی نیاز دارد. سرعت کلیدزنی آن بسیار زیاد است و زمانهای کلیدزنی اش در حد نانوثانیه می باشد. MOSFET های پرتوان در مبدلهای فرکانس بالا و توان پایین کاربرد بسیاری یافته اند. MOSFET ها مشکل دشارژ الکترواستاتیکی دارند و کار با آنها مستلزم دقت ویژه است. علاوه بر آن، در شرایط مشکل اتصال کوتاه محافظت از آنها بسیار دشوار است.

اصلی ترین برتری mosFET ها بر bjt ها سرعت کلیدزنی بالا به دلیل ساختار اثر میدانی بوده و بر خلاف فرایند ترکیب مجدد الکترون و حفره در bjt ها زمان کمتری طول می­کشد.که نشان دهنده ظرفیت خازنی کمتر در گیت می­باشد.

همچنین به دلیل جریان محور بودن کنترل bjt میتواند قطعات اضافی بیشتری را نسبت به bjt نیاز داشته باشد. البته bjt ها در ناحیه خطی بهره بیشتری نسبت به mosFET های هم تزار خود دارند.

 

 

۲۳- منظور سوئیچ هاي  AC وDC چیست؟

تریستورهایی که با سرعت چند میکروثانیه روشن یا خاموش می گردند، می توانند به عنوان کلیدهای سرعت بالا به جای مدارشکن های مکانیکی یا الکترومکانیکی به کارگیری شوند. در کاربردهای توان پایین، از ترانزیستورهای قدرت نیز می توان به عنوان کلید استفاده نمود. کلیدهای ایستا برتری های فراوانی دارند (مانند سرعت کلیدزنی خیلی بالا، نداشتن قسمت های متحرک و نداشتن لرزش تیغه ها به هنگام بسته شدن کلید).

مدارهای تریستوری (یا ترانزیستوری) علاوه بر کاربرد به عنوان کلیدهای ایستا می توانند به گونه ای طراحی شوند که ویژگی هایی مانند تاخیر زمانی، قفل کردن و آشکارسازی جریانهایا ولتاژهای بالا و پایین را فراهم سازند. مبدلهایی که برای آشکارسازی مکانیکی، الکتریکی، موقعیت و نزدیکی به کار می روند می­توانند سیگنالهای کنترل یا فرمان موردنیاز برای تریستورها یا ترانزیستورها را تولید نمایند.

کلیدهای ایستا به دو گروه تقسیم میشوند: (۱) کلیدهای ac و (۲) کلیدهای dc کلیدهای ac خود به دو زیرگروه (الف) تک فاز و (ب) سه فاز تقسیم می گردند. کلیدهای ac دارای جابه جاسازی (کموتاسیون) طبیعی یا خط میباشند و سرعت کلیدزنی به وسیله ی فرکانس منبع تغذیهی ac و زمان خاموشی تریستورها محدود می گردد. کلیدهای dc دارای جابه جاسازی اجباری هستند و سرعت کلیدزنی به زمان های روشن و خاموش شدن تریستورها بستگی دارد.

 

 

 

۲۴- PUT وUJT  چیست ؟

 

ترانزیستور تک اتصالی Uni Junction Transistor (UJT):

ترانزیستور تک اتصالی یا تک پیوندی اولین بار در سال ۱۹۴۸ طراحی شد اما تا سال ۱۹۵۲ به صورت تجارتی در دسترس عموم قرار نگرفت. قیمت ارزان و نیز مشخصه بسیار خوب آن، کاربردهای مختلف از این قطعه را تضمین کرده است.

UJT یک قطعه سه پایه است که ساختمانی کریستالی و نمادی مطابق شکل ۸۸-۹ الف و ب دارد. ترمینال های آن امیتر (E)  بیس ۱(B_۱)  و بیس ۲   (B_۲)  نام گذاری شده اند .

همان طور که در شکل ۸۸-۹ مشاهده می شود میله ای از کریستال سیلیکونی با ناخالصی کم و مقاومت زیاد ساختار اصلی UJT را تشکیل می دهد. به دو طرف این میله دو میله آلومینیومی اتصال دارد که پایانه های بیس بیس ۱(B_۱)  و بیس ۲   (B_۲)  را تشکیل می دهد. در قسمت وسط و طرف دیگر آن یک میله آلومینیومی متصل است که آن را امیتر (E)  می نامند. به این ترتیب، یک پیوند PN در محل اتصال میله آلومینیمی و میله سیلیکونی نوع N به وجود می آید. وجود همین پیوند PN دلیل نام گذاری این قطعه به عنوان ترانزیستور تک پیوندی UJT است. با دقت در شکل ۸۸-۹ در می یابیم که محل اتصال میله آلومینیومی امیتر (E)  به میله سیلیکونی به بیس ۲ نزدیک تر از بیس ۱ است. در ضمن پایة امیتر به خط عمودی به صورت زاویه دار وصل شده است. پیکان (فلش) روی امیتر جهت جریان قراردادی را نشان میدهد.

– مدار معادل:UJT  مدار معادل UJT در شکل ۸۹-۹ نشان داده شده است. یک مقاومت ثابت، یک مقاومت متغیر و یک دیود مدار معادل آن را تشکیل میدهد. دیود در مدار معادل نشان دهنده اتصال بین کریستال های P و N است. R_B1 مقاومت داخلی دینامیکی میله سیلیکونی است که بین امیتر و بیس ۱  B_۱ایجاد می شود. چون مقدار مقاومت R_B1 با جریان امیتر (۱) تغییر می کند لذا در شکل به صورت متغیر نشان داده شده است.

 

متناسب با مقدار I_E مقدار R_B1 بین چند کیلواهم تا چند اهم متغیر است. R_B2 نیز نشان دهنده مقاومت دینامیکی بین امیتر E و بیس ۲  است. مقاومت کل بین دو بیس  از مجموع R_B1 و R_B2  به دست می آید. مقاومت بین دو بیس را Inter Base Resistance می نامند. و مقدار آن را از رابطه زیر به دست می آید :

R_BB = R_B1 +R_B2

بایاس : UJT هرگاه مطابق شکل ۹۰-۹ منبع ولتاژ V_BB را بین دو بیس اتصال دهیم، ولتاژ V_BB بین دو مقاومت R_B1  و R_B2 تقسیم ولتاژ میشود و در دو سر مقاومت R_B1 ولتاژی افت می کند که مقدار آن از رابطه زیر به دست می آید :

اگر به شکل توجه کنیم، در مسیر امیتر و B_۱ دو ولتاژ وجود دارد. یکی افت ولتاژ دو سر R_B1 و دیگری ولتاژ پتانسیل سد دیود EB است. اگر این ولتاژ را V_PN با نشان دهیم، مقدار ولتاژ مورد نیاز برای هدایت دیود EB از رابطه زیر به دست می آید.

V_P = V_RB1 + V_pn

V_P ولتاژ هدایت دیود EB است. این ولتاژ را ولتاژ نقطه اوج نیز می نامند.

وقتی ولتاژ امیتر بیس ۱  به  V_P می رسد، اتصال PN هادی شده و جریان امیترI_E   برقرار میشود در این حالت حفره ها از امیتر (کریستال  (Pبه داخل کریستال N تزریق شده و سبب برقراری جریانی از الکترون آزاد در کریستال N میشوند . به این ترتیب هدایت بین امیتر و بیس (۱) افزایش می یابد و مقاومت R_B1 را کاهش می دهد.

 

 

– نسبت ایستادگی ذاتی: UJT (Stand of Ratio)

η  و یکی از مشخصات UJT است که در برگه اطلاعات مقدار آن نوشته می شود.

در اصل η ضریب تقسیم ولتاژ مدار معادل UJT است. محدودة η بین ۵/۰ تا تا ۸/۰ تغییر می کند. مثلا برای UJT از نوع ۲N2646 , η برابر ۶۵/۰ است. پس در UJT ولتاژ نقطه اوج برحسب n از رابطه زیر به دست می آید :

– منحنی مشخصه UJT : در شکل ۹۱-۹ منحنی مشخصه ولت آمپر UJT رسم شده است. این منحنی دارای سه ناحیه قطعcutoff  ناحیه مقاومت منفی Negative Resistance و ناحیه اشباع saturation  است.

تا هنگامی که V_E کم تر از V_P است جریان ناچیز میکروآمپر از امیتر می گذرد. این جریان را به I_EO نشان میدهند. جریان I_EO شباهت بسیار زیادی با جریان نشتی معکوس I_co یک ترانزیستور دو قطبی معمولی دارد. این ناحیه، همان گونه که در شکل نشان داده شده است، ناحيه قطع نامیده میشود. به محض این که =V_E  V_P و   I_E = I_P شد، UJT هادی شده و IE افزایش می یابد. با افزایش IE، پتانسیل امیتر VE  افت خواهد کرد. این امر مقاومت منفی Negative Resistance را ایجاد می کند . همان طوری که قبلا گفته شد، این درست شبیه به کاهش مقاومت RB1 در راستای افزایش جریان IE است. بنابراین UJT دارای یک ناحیه مقاومت منفی است که به قدر کافی ثبات دارد تا با ضریب اطمینان زیاد مورد استفاده قرار گیرد. افزایش جریان I_E  تا مقدار I_E = I_V ادامه می یابد.

 

در این نقطه ولتاژ امیتر برابر V_V  است. V اول کلمه Valley به مفهوم دره است؛ بعد از نقطه دره Valley point قطعه در ناحیه اشباع قرار می گیرد. در ناحیه اشباع افزایش I_E افزایش کمی را در V_E ایجاد می کند.

 

 

– ترانزیستور تک قطبی قابل برنامه ریزی: (Programmable Unijunction Transistor)  PUT   

PUT یک ترانزیستور تک قطبی قابل برنامه ریزی، تریستوری با سه پایه است. ساختمان داخلی آن از چهار لایه نیمه هادی نوع P و N تشکیل شده است. برخلاف تشابه اسمی که بین PUT و UJT وجود دارد ساختمان داخلی و شیوه کار آنها کاملا متفاوت و تا حدودی مشابه دیودهای ۴ لایه است. در شكل ۹۷-۹–الف ساختمان کریستالی PUT نشان داده شده است. در شکل ۹۷-۹-ب نماد (علامت اختصاری) PUT را مشاهده می کنید.

 

 

همان طوری که در شکل ۹۷-۹ مشاهده می شود، این قطعه چهار لایه PNPN و یک گیت دارد که گیت به لايه N میانی متصل است. این قطعه در واقع نوعی SCR از نوع گیت آندی است نحوه بایاس PUT در شکل ۹۸-۹ نشان داده شده است.

-تنظیم ولتاژ تحریک (Setting the trigger Voltage) PUT :

منبع ولتاژ _BR­V توسط R_B1 و R_B2 تقسیم ولتاژ شده و ولتاژ دو سر R_B1 پتانسیل گیت را تشکیل می دهد دهد.

همان طور که مشاهده می شود پتانسیل گیت نسبت به کاتد همواره مثبت است. وقتی ولتاژ آند حدود ۰.۷ ولت بیش تر از پتانسیل گیت شود، اتصال PN موجود بین آند و گیت هادی می شود و PUT را روشن می کند .

ولتاژ وصل PUT از رابطه زیر محاسبه می شود:

V_P ولتاژ نقطه اوج نام دارد و V_PN حدود ۰.۷  است.

زمانی که ولتاژ آند PUT کاهش می یابد و اتصال PN بين آند و کاتد در حالت قطع قرار می گیرد، PUT خاموش می شود. اصطلاح «قابل برنامه ریزی» از آن رو به کار میرود که مقادیر ، R_BB η و V_P به وسیله مقاومتهای R_B1 و R_B2 و منبع تغذیه V_BB تعیین میشود و قابل برنامه ریزی است.

منحنی مشخصه PUT شبیه منحنی مشخصه ولت آمپر UJT است . در شکل ۱۰۰-۹ این منحنی را مشاهده می کنید. تا زمانی که V_AK به مقدار ولتاژ V_P نرسد، PUT در حالت قطع قرار دارد. هنگامی که V_AK >V شود، PUT هادی می شود و جریان آند I_D افزایش می یابد و باعث کاهش V_AK می شود. به این ترتیب ناحیه مقاومت منفی در V_AK   <  V_V و   I_A <  I_V  به وجود می آید. در و   I_A >  I_V  PUT  در ناحیه روشن کار می کند.

 

۲۵-GTO  و  SCRرا با هم مقایسه نمایید (با رسم منحنی مشخصه در شکل)

تریستور های معمولی (SCR) یک المان کاملا قابل کنترل نیستند (المان کامل قابل کنترل را میتوان خاموش و روشن کرد) SCR را فقط میتوان با ولتاژ مثبت در پایه­ی گیت روشن کرد اما پایه­ی گست کمکی در خاموش کردن آن نمی­کند و برای خاموش کردن یا باید ولتاژ آند کاتد را معکوس کرد یا جریان عبور I_AK را به مقداری کمتر از جریان نگه دارنده I_H رساند این فریاند خاموش کردن خود مستلزم قطعات و مداری جدا گانه است.

GTO را به وسیله پایه­ی گیت با ولتاژ مثبت روشن کرد و با ولتاژ منفی خاموش کرد.

GTO را می توان با پالس مثبت همانند SCR روشن کرد ولی از آنجا که این پایه می­تواند GTO را خاموش کند پس بر خلاف SCR که گفته می­شود بعد از روشن شدن SCR سیگنال پایه­ی گیت به دلیل تلفات اضافی حذف شود ولی در GTO لازم است برای اطمینان بیشتر این سیگنال مثبت بر روی پایه گیت حتی بعد از روشن شدن GTO نگه داشه شود.

همچنین SCR ها به دلیل جریان بازیابی معکوس و تخلیه حامل ها مشکل زمان زیاد خاموش شدن دارند. و این سرعت کلیدزنی را در حدود فرکانس ۱ کیلو هرتز محدود میکند. درحالی که زمان خاموش شدن در GTO ها ۱۰ برابر سریع تر از SCR مشابه است.

برای تسریع سرعت فرایند خاموش شدن GTO ها معمولا ، GTO ها از تعداد بسیاز زیادی (صدها یا هزاران) سلول تریستوری که با هم موازی اند می­سازند.

به طور مثال پارامتر های یک SCR 1600 ولت و ۳۵۰ آمپر در مقایسه با GTO با همین ولتاژ و جریان به این ترتیب است :

 

VT ON	ولتاژ افتی در زمان هدایت	۱.۵ V	۳.۴ V
ton,Igon	زمان روشن شدن به ازای جریان گیت	۸ µs,200 mA	۲ µs,2 A
toff	زمان خاموش شدن	۱۵۰ µs	۱۵ µs

 

۲۶- اختلاف و تشابه عملکرد تریستور در برق ACو DC.را شرح دهید (عکس العمل تریستور در برق ACو ( DC

از آن که ناحیه فعال شدن SCR در ربع اول منحنی مشخصه تعریف شده و SCR را تنها می­توان در بایاس مستقیم به کار برد بنابراین اعمال ولتاژ AC باعث شده با بتوانیم فقط بر روی نیم سیکل های مثبت کنترل داشته باشیم و زاویه آتش بین ۰ تا ۱۸۰ درجه می باشد و نیم سیکل های منفی را از دست میدهیم و این باعث کاهش راندمان به نصف می­شود البته باید اگر سیگنال گیت از خود ولتاژ تحت کنترل گرفته میشود باید در ورودی دیودی قرار داده شود تا از ورود ولتاژ منفی جلوگیری کنیم. درحالی که در سیگنال DC نیم سیکل های منفی یکسوشده و می توان آنها را هم کنترل کرد. اما در صورتی که ولتاژ DC از فیلتر عبور داده شود و ریپل آن از بین برود از آنجا که دیگر روند افزایشی موج سینوسی وجود ندارد و نمیتوان از خود سیگنال DC برای آتش استفاده کرد می­بایست مدار RC قرار داده شود تا بتوان در بازه های زمانی مناسب آتش را انجام داد.

ولی معمولا برای استفاده SCR در سیگنال AC یا آن را با ترانس سر وسط استفاده میکنند یا از مدار دیود پلی به این شکل استفاده می­کنند:

 

۲۷-بایاس مستقیم و معکوس تریستور را با رسم شکل توضیح دهید.

در تریستور بسته به بایاس سه ناحیه عمکرد وجود دارد:

۱-ناحیه سد کننده مسقیم

۲- ناحیه هدایت مسقیم

۳- ناحیه سد کننده معکوس

 

۱-ناحیه سد کننده مسقیم:

در این ناحیه عمکردی ولتاژ آند مثبت تر از کاتد است همچنین ولتاژ گیت صفر می­باشد. یعنی اتصال ندارد. در این مورد پیوند J1 و J3 بایاس مسقیم میشوند در حالیکه J2 بایاس معکوس می­شود. که اجازه­ی عبور جریان خیلی کم نشتی از آند به کاتد را می­دهد. زمانی که ولتاژ اعمال به ولتاژ شکست مسقیم برای J2 برسد پیوند J2 دچار کست بهمنی می­شود دراین حال پیوند J2 هدایت می­کند اما در قبل از ولتاژ شکست،  J2 مقاومت زیادی را از خود نشان می­دهد که باعث عبور جریان بسیار کمی میشود.

 

۲- ناحیه هدایت مستقیم:

SCR را می­تواند به دو روش از ناحیه سد کننده مسقیم به  هدایت رساند: هم با افزایش ولتاژ آند کاتد به بیشتر از ولتاژ شکست (VBO) هم با اعمال یک پالس مثبت به گیت که عملا باعث شده نیاز به رسیدن به ولتاژ شکست نباشد و بسته به افزایش جریان گیت، ولتاژ شروع ناحیه هدایت کاهش می­یابد همان طور که در شکل مشخص است:

 

۳- ناحیه سد کننده معکوس:

در این ناحیه ولتاژ آند منفی تر از کاتد است پیوند های J1 و J3 بایاس معکوس و J2 بایاس مسقیم است که سبب جاری شدن جریان بسیار کم نشتی می­شود. اگر ولتاژ معکوس افزایش یابد با ریسدن به ولتاژ شکست معکوس (VBR) پیوند J1 و J3 شکست بهمنی صورت می­گیرد و جریان زیادی عبور میکند که اگر کنترل نشود باعث سوختن SCR می­شود. به طور معمول ولتاژ شکست مسقیم و شکست معکوس باهم برابر اند.

 

۲۸-دیود هرزگرد چیست. نقش دیود هرزگرد را بنویسید.

اگر کلید S_۱ در شکل الف ۲-۲۱ برای مدت t_۱ بسته شود، جریانی در بار بوجود می آید و سپس اگر کلید باز شود، در بارالقایی باید یک مسیر برای جریان فراهم شود. در غیر اینصورت انرژی القایی یک ولتاژ بسیار بزرگ ایجاد می کند که این انرژی در دو سر کلید به صورت حرارت تلف می شود. بطور معمول بنا به شکل ۲۱-۲ از اتصال یک دیود مانند D_m مسیر جریان مهیا می شود. این دیود را دیود هرزگرد می نامیم. کار مدار به دو حالت تقسیم می شود: حالت ۱ وقتی شروع می شود که در لحظه۰=t کلید بسته باشد و حالت ۲ زمانی آغاز می شود که کلید باز شود. مدارهای معادل این دو حالت در شکل ب ۲۱-۲ نشان داده شده است. متغیرهای i_۱ و i_۲ به عنوان جریانهای لحظه ای برای حالتهای او ۱و t_۱ و t_۲ زمانهای متناسب با این حالت ها هستند.

حالت ۱: در این حالت جریان i_۱ که شبیه معادله (۲-۲۵) است برابر است با:

وقتی کیلد در t=t_۱  (در پایان این حالت) باز شود؛ جریان می­شود:

 

اگر زمان t_۱ ­ طولانی باشد جریان به یک جریان ثابت I_S=V_S/R می­رسد و از بار شارش می­یابد.

حالت ۲ : این حالت وقتی شروع می شود که کلید باز شود و جریان بار از درون دیود هرزگرد D_m شروع به جریان کند. با تعیین درباره زمان مبدأ شروع این حالت، جریانی که از دیود هرزگرد می گذرد از رابطه زیر بدست می آید:

 

در شرایط اولیه i_۱ = ( ۰= t)i_۲ ، حل معادله (۴۹-۲) جريان هرزگرد i_۲=i_f ر را به صورت زیر بدست می دهد.

 

۲۹-چند نمونه از کاربردهاي الکترونیک صنعتی را بیان نمایید .

نیاز به کنترل توان الکتریکی در دستگاههای راه انداز موتور الکتریکی و کنترلهای صنعتی در سالهای بسیار، منجر به طراحی دستگاه وارد – لئونارد شد تا ولتاژ dc متغیری برای کنترل راه انداز موتورهای dc بدست آید.

الکترونیک صنعتی ترکیبی از مهندسی قدرت، الکترونیک، و کنترل است. کنترل با مشخصه های پایدار و متغیر دستگاههای با حلقه بسته سروکار دارد. مهندسی قدرت به وسایل پرتوان ایستا و گردنده در تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی می پردازد. الکترونیک مربوط است به قطعات نیمه هادی ومدارهای پردازش سیگنال برای کنترل مطلوب. الکترونیک صنعتی را می توان به صورت کاربرد الکترونیک حالت جامد برای کنترل و تبدیل توان الکتریکی، تعریف کرد. رابطه درونی الکترونیک صنعتی با مهندسی قدرت، الکترونیک و کنترل، در شکل (۱-۱) نشان داده شده است.

الکترونیک صنعتی بیشتر بر پایه کلیدکنندگی قطعات نیمه هادی قرار دارد. با پیشرفت فن آوری نیمه هادیهای پرتوان، امکان کاربرد برق و سرعت کلید کنندگی قطعات پرتوان پیوسته افزایش یافته است. توسعه فناوری ریز پردازنده ها و ریز کامپیوترها بر روشهای کنترل قطعات پرتوان تاثیر بسیار داشته است. دستگاههای الکترونیک صنعتی مدرن از وسایل و امکاناتی به شرح زیر استفاده می کنند: (۱) از قطعات نیمه هادی پرتوان به عنوان ماهیچه، و (۲) از قطعات میکروالکترونیک که دارای توان و هوشمندی مغز هستند. الکترونیک صنعتی در فناوری مدرن جایگاه مهمی یافته است و در شمار بسیاری از دستگاههای با مصرف توان بالا، شامل کنترل دما، کنترل نور، کنترل موتور، منابع تغذیه، دستگاههای احتراق وسایل نقلیه، و دستگاههای ولتاژ بالا با جریان مستقیم(HVDC) ، کاربرد دارد. اکنون تعیین محدوده الکترونیک صنعتی بویژه با روند کنونی توسعه قطعات پرتوان و ریز پردازنده ها، کاری دشوار است. جدول (۱-۱) کاربردهایی از الکترونیک صنعتی را نشان می دهد (مرجع ۵.)

 

 

۳۰-یک نمونه مدار تحریک( آتش) تریستور را با رسم شکل و شکل موج مربوطه رسم نمایید .

 

۳۱-مدار ساخت یک اسیلاتور توسط المان دیاک را رسم کرده .همراه با شکل موج شکل موج