Основы технического проектирования. Кратко опишите заданный элемент, укажите область применения. Поясните назначение, опишите принцип действия.

Электроника - отрасль науки и техники, изучающая:
- Физические явления в электровакуумных и полупроводниковых приборах;
- электрические характеристики и параметры электровакуумных и полупроводниковых приборов;
- свойства устройств и систем, основанных на применении электровакуумных и полупроводниковых приборов.
Первое из этих направлений составляет основу физической электроники, второе и третье направления - технической электроники.
В технической электронике можно выделить четыре главных области - радиоэлектронику, промышленную электронику, ядерную и биологическую электронику.
Радиоэлектроника связана с радиотехникой и составляет основу радиосвязи, телевидения, радиолокации, радиоуправления, радиона-вигации, радиоастрономии.
Промышленная электроника связана с применением электронных устройств в различных отраслях промышленности и обслуживает эти отрасли устройствами измерения, контроля, управления, преобразо¬вания электрической энергии, а также технологическими установ¬ками.
Биологическая электроника охватывает применение электрон-ных устройств в биологических исследованиях, особенно в медици¬не (медицинская электроника).
В промышленной электронике можно выделить три области - информационную электронику, энергетическую электронику и электронную технологию.
Техническая электроника широко внедряется практически во все отрасли науки и техники, поэтому знание основ электроники необ-ходимо всем инженерам.
1. Тиристор
1.1. Классификация тиристоров
Тиристор - это полупроводниковый прибор с тремя и более р-n-переходами, предназначенный для преобразования электрического то-ка, в вольт-амперной характеристике которого имеется участок от-рицательного дифференциального сопротивления. Тиристоры являют¬ся ключевыми приборами, т.е. могут длительное время находиться в одном из устойчивых состояний равновесия: прибор включен или при-бор выключен [3].
В зависимости от числа внешних электродов различают тиристоры диодные (динисторы), имеющие два электрода, триодные (тринисторы). имеющие три электрода, тетродные, имеющие четыре электрода.
Таблица 1.1 Классификация тиристоров.
Класс тиристоров Тип тиристоров Условное обозначение
Диодные
(динисторы) Несимметричные
Симметричные
Триодные
(тринисторы) Несимметричные
Симметричные
В зависимости от способности пропускать ток в одном или двух направлениях тиристоры разделяются на однопроводящие и двухпроводящие (симметричные тиристоры или симисторы).
По мощности тиристоры делятся на маломощные (IСР < 0,3 А), средней мощности (IСР < 10 А), и силовые (IСР > 10 А).
Классификация и условные обозначения тиристоров приведены в табл.1.1.
1.2. Принцип работы тиристора
Динистор . Основой динистора является четырехслойная полупро¬водниковая структура р1-n1-р2-n2 типа (Рисунок1.1,а). Крайние облас¬ти структуры называются эмиттерами, а центральные - базами. Элек¬трод, присоединенный к р1-эмиттеру, называют анодом (А), а к n2-эмиттеру - катодом (К). Напряжение питания подается на динистор таким образом, что переходы П1 и П3 открыты, а переход П2 закрыт. Сопротивления открытых переходов незначительны, поэтому почти все напряжение питания UПР приложено к закрытому переходу П2, имеюще¬му высокое сопротивление. Ток динистора при этом мал.

Рисунок 1.1 Динистор: а - структура, б-вольт-амперная характеристика.
При повышении напряжения UПР (что достигается увеличением э.д.с. источника питания Е) ток динистора увеличивается незна¬чительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому крити¬ческому значению, равному напряжению включения Uвкл (Рисунок1.1,в).
После этого происходит лавинообразное умножение носителей заряда в переходе П2 движущимися электронами и дырками. С увели-чением числа носителей заряда ток в переходе быстро нарастает, так как электроны из n2-слоя и дырки из р1-слоя устремляются в р2-слой и n1-слой и насыщают их неосновными носителями заряда , что приводит к существенному снижению их сопротивления. Напряже¬ние на резисторе R возрастает, напряжение на динисторе падает, происходит переключение динистора. После переключения напряжение на нем снижается до значения порядка 0,5 - 1 В. При дальнейшем увеличении э.д.с. источника питания Е или уменьшении сопротивле¬ния резистора R ток в приборе нарастает в соответствии с верти¬кальным участком вольт-амперной характеристики. При уменьшении тока восстанавливается высокое сопротивление перехода П2 (нисходящая ветвь характеристики Рисунок3.1,в). Время восстановления сопро¬тивления этого перехода после снятия напряжения питания обычно составляет 10 - 30 мкс [2].
Тринистор. Базы тиристора отличаются толщиной и концентрацией примесных атомов. В тринисторе к одной из баз, имеющей более высокую концентрацию примеси и меньшую толщину (обычно р2-база), присоединяют управляющий электрод (УЭ Рисунок1.2,а). С помощью управляющего электрода добавочные неосновные носители заряда вво¬дятся в р2-слой. Это приводит к снижению напряжения, при ко¬тором начинается лавинообразное нарастание тока. Данное обстоя¬тельство обусловлено тем, что добавочные носители заряда увели¬чивают интенсивность ионизации атомов в переходе. На Рисунок1.2,в показано семейство вольт-амперных характеристик тринистора при различных токах управления.

Рисунок 1.2 Тринистор:
а - структура, б-вольт-амперная характеристика
Если на тиристор подается обратное напряжение, то возникает небольшой ток, так как в этом случае закрыты переходы П1 и П3. Во избежание пробоя тиристора в обрат¬ном направлении необходимо, чтобы обратное напряжение было меньше Uo6p.max .
Симисторы можно представить в виде двух р-n-р-n-секций, включенных встречно-параллельно. Эти секции подключаются поочередно в зависимости от полярности приложенного напряже¬ния. Принцип работы каждой секции аналогичен работе обычной че-тырехслойной р-n-р-n-структуры. Выключается секция при изменении полярности напряжения. Симметричные тиристоры могут пропускать ток в двух направлениях. В зависимости от конструкции полупроводникового элемента симметричные тиристоры можно включать с помощью положительных, отрицательных или бипо¬лярных импульсов управления. Используются симметричные тиристоры для регулирования мощности переменного тока, в преобразователях для реверсивных электроприводов и т.д.
Лавинные тиристоры - приборы, которые благодаря специальной конструкции полупроводникового элемента могут выдерживать кратко¬временные перенапряжения. В лавинных тиристорах используется пятислойная структура, имеющая лавинную характеристику как в прямом, так и в обратном направлениях А. В объеме сконструированного таким образом прибора рассеивается энергия, допустимая величина которой зависит от амплитуды, длительности и скважности импульсов перенапряжения. Используя лавинные тиристоры, можно исключить при¬менение специальных средств защиты.
Запираемые тиристоры - приборы, которые в отличие от обычных тиристоров можно выключать по цепи управления. Конструктивно запираемые тиристоры отличаются большей площадью управляющего электро¬да. Процесс включения запираемого тиристора аналогичен включению обычного тиристора, выключение производится подачей отрицательного импульса управления.
Применяя запираемые тиристоры можно упростить схемы управления, так как при этом не требуются специальные средства искусственной коммутации для выключения тиристоров.
Тиристоры с повышенным быстродействием - приборы, предназна¬ченные для применения в устройствах повышенной и высокой частоты, которые должны обладать улучшенными динамическими параметрами. Однако создание универсальных приборов, у которых были бы улучше¬ны динамические параметры при сохранении удовлетворительных стати¬ческих параметров, затруднительно. Поэтому разработаны группы специализированных тиристоров, у которых улучшена часть динамичес¬ких параметров. К ним относятся высокочастотные тиристоры (ТЧ), импульсные (ТИ), динамические (ТД) и быстродействующие (ТБ).
Динамические параметры улучшаются путем применения оптималь¬ной конструкции и технологии изготовления тиристоров. Для получе¬ния малых времен включения уменьшают толщину базовых областей и увеличивают время жизни неосновных носителей заряда. Улучшению динамических параметров способствует также увеличение площади управляющего электрода и другие специальные меры.