Динистор - удивительный полупроводниковый прибор, способный в корне изменить работу электрической схемы. За счет своей нелинейной вольт-амперной характеристики он выполняет функции электронного ключа и позволяет создавать разнообразные генераторы, стабилизаторы напряжения и другие полезные устройства. Давайте разберемся в принципах работы этого уникального прибора и рассмотрим его характеристики и маркировку.
1. Структура и состав динистора
Динистор представляет собой четырехслойный полупроводник типа p-n-p-n. Его структура схожа со структурой тиристора, но в отличие от последнего динистор не имеет управляющего электрода.
Отличие динистора от диода – количество p-n-переходов (у диода один p-n-переход), от обычного тиристора – отсутствие третьего, управляющего, входа.
Существуют симметричные и несимметричные динисторы. Симметричные динисторы способны проводить ток в обоих направлениях, их вольт-амперная характеристика одинакова при прямом и обратном включении. Несимметричные динисторы проводят ток только в одном направлении.
2. Принцип работы динистора
Рассмотрим принцип работы динистора исходя из его внутренней структуры. Как упоминалось выше, в нем имеются два внешних эмиттерных p-n перехода П1 и П3, смещенных в прямом направлении, и внутренний коллекторный p-n переход П2, смещенный в обратном направлении.
При увеличении внешнего напряжения усиливается инжекция неосновных носителей заряда в базовые области динистора. Наконец, при напряжении, равном пороговому значению или напряжению включения Увкл, внутренний барьерный слой разрушается и динистор начинает проводить ток.
На приведенной характеристике видно, что при напряжении ниже порогового динистор закрыт и через него протекает лишь небольшой ток утечки. После превышения Увкл динистор резко открывается. Для выключения динистора ток нужно уменьшить ниже значения тока удержания.
3. Области применения динисторов
Благодаря своей нелинейной характеристике динистор чаще всего применяют в качестве электронного ключа или порогового элемента в различных схемах.
- Генераторы релаксационных колебаний
- Простые генераторы пилообразного напряжения
- Стабилизаторы напряжения
- Устройства задержки срабатывания
- Реверсивно-импульсные ключи большой мощности
Рассмотрим пример простейшего генератора на симметричном динисторе:
Здесь динистор DB3 выполняет функцию электронного ключа, периодически замыкая и размыкая RC-цепочку. При достижении порогового напряжения 15 В динистор открывается и конденсатор С1 разряжается. За счет этого на выходе схемы формируются пилообразные колебания.
4. Маркировка и параметры динисторов
Рассмотрим основные принципы маркировки динисторов.
Маркировка отечественных динисторов, например серии КН102, обычно содержит:
- букву, обозначающую материал корпуса (К - кремний)
- цифры - номер разработки
- буквы - код напряжения включения
Зарубежные динисторы могут обозначаться как:
- Trigger diode
- Diac
- VD
- VS
- D
Основные параметры динистора:
- Напряжение включения Увкл
- Ток удержания
- Максимально допустимый ток
- Максимально допустимое напряжение
5. Как проверить динистор
Из-за особенностей характеристики стандартным мультиметром проверить динистор невозможно. Для тестирования используют специальную схему:
Она включает в себя резистор, источник регулируемого напряжения и светодиод. Порядок проверки следующий:
- Собрать схему
- Плавно увеличивать напряжение от источника питания
- Зафиксировать напряжение включения динистора по загоранию светодиода
- Сравнить с паспортными данными
При этом для несимметричных динисторов критически важно соблюдать полярность подключения.
6. Популярные модели динисторов
Среди широкого разнообразия динисторов можно выделить несколько наиболее популярных серий.
Отечественные динисторы серии КН102 выпускаются в пластмассовых или металлостеклянных корпусах на ток до 2 А. Они могут использоваться как в импульсных, так и в цепях непрерывного тока. Достоинствами являются низкая стоимость и достаточные технические характеристики для большинства применений.
Динистор DB3 - популярная зарубежная модель, часто используемая в простых генераторах и схемах задержки. Отличается компактным пластмассовым корпусом и рассчитан на ток до 400 мА.
7. Принципы выбора динистора под задачу
При подборе динистора для конкретного применения следует учитывать:
- Требуемый максимальный ток в схеме
- Амплитуда импульсов напряжения (для импульсных схем)
- Температуру окружающей среды
Напряжение включения динистора желательно выбирать с запасом относительно рабочего напряжения схемы. Например, для схемы на 12 В следует выбрать динистор с Увкл порядка 15-20 В.
8. Особенности применения динистора с тиристором
Интересным является совместное использование динистора для управления мощным тиристором:
Здесь в момент пробоя динистора DB3 тиристор открывается и шунтирует нагрузку R. Динистор выбран так, чтобы его Увкл было ниже максимального напряжения тиристора.
9. Реверсивно-импульсные динисторы
Отдельно стоит упомянуть реверсивно-импульсные динисторы (РВД). Они представляют собой мощные полупроводниковые ключи, способные коммутировать импульсы тока величиной до миллиона ампер!
РВД применяются, к примеру, в установках для импульсной штамповки металлов или в мощных радиопередатчиках.
10. Перспективы применения динисторов
Несмотря на достаточно давнюю историю, разработка и усовершенствование динисторов продолжается. Ученые видят большие перспективы в применении этих полупроводниковых приборов в современной силовой электронике.
Активно ведутся работы по созданию все более мощных и быстродействующих реверсивно-импульсных динисторов на токи в миллионы ампер. Их применение в перспективных установках импульсной обработки металлов позволит значительно повысить эффективность таких технологий.
Преимущества карбида кремния
Многообещающим направлением является изготовление динисторов на основе карбида кремния (SiC) вместо традиционного кремния. Такие динисторы обладают целым рядом преимуществ:
- Более высокая рабочая температура
- Увеличенная теплопроводность
- Повышенная радиационная стойкость
Это позволит улучшить параметры различных силовых электронных схем на их основе.
Новые конструкции динисторов
Кроме совершенствования материала, идет активная разработка и новых конструкций самих динисторов. Например, создаются:
- Встраиваемые динисторы для гибридных микросхем
- Мини-динисторы для SMD-монтажа
- Мощные динисторы на токи в сотни ампер
Такие инновационные решения обеспечат применение динисторов в самых разнообразных устройствах - от мобильных гаджетов до промышленного оборудования.
