Якщо номінальний режим роботи діода знаходиться на зворотній частині його вольт-амперної характеристики (рис.10.4, ділянка 2), то діод називають стабілітроном.
На принципових електричних схемах літерно-графічне позначення стабілітрона наступне:
Стабілітрон призначений для стабілізації напруги, тобто підтримки напруги на одному рівні. Стабілітрон включають паралельно навантаженню (рис.10.5). При збільшенні вхідної напруги зростає струм у колі R1 – VD, а напруга на навантаженні Uнав (яка дорівнює напрузі стабілізації) практично не змінюється за рахунок спадання надлишкової напруги на резисторі R1.
Запитання для самоконтролю
1. Який електронний пристрій називається напівпровідниковим діодом?
2. Як напівпровідниковий діод позначається на принциповій електричній схемі?
3. Опишіть роботу напівпровідникового діода, використовуючи його вольт-амперну характеристику.
4. Перелічіть технічні параметри напівпровідникового діода.
5. Як вибрати напівпровідниковий діод?
6. Який електронний пристрій називається стабілітроном?
7. Як стабілітрон позначається на принциповій електричній схемі?
8. Приведіть принципову електричну схему стабілізації напруги з розшифровкою літерних позначень.
9. Опишіть роботу приведеної схеми стабілізації напруги.
10.3 Випрямлення перемінного струму
Випрямлення змінного струму в постійний струм необхідно для живлення постійних машин, електронних пристроїв та інших.
Розглянемо однопівперіодну схему випрямлення (рис.10.6). Вона складається з трансформатора, до вторинної обмотки якого послідовно підключаються діод і споживач електроенергії. Випрямлення струму за цією схемою здійснюється в такий спосіб: у першу половину періоду (у 1-й півперіод) електричний струм проходить через діод, у другу половину періоду (у 2-й півперіод) електричний струм фактично не проходить через діод, далі процес повторюється. Отже, протягом 1-го півперіоду напруга на навантаженні є, а протягом 2-го півперіоду вона відсутня. Струм, який протікає в колі навантаження, є пульсуючим, тобто змінюється його сила, але не змінюється його напрям (рис.10.7).
Недоліком показаної вище схеми випрямлення є значна пульсація випрямленого струму, що приводить до нестабільного постачання навантаження електроенергією.
Тому на практиці в основному використовують мостову двопівперіодну схему випрямлення змінного струму (рис.10.8). Вона складається з трансформатора, до вторинної обмотки якого підключаються діодний міст (з'єднання діодів) і споживач електроенергії. Випрямлення струму за цією схемою здійснюється в такий спосіб: у 1-у половину періоду (у 1-й півперіод) електричний струм проходить через діоди VD1 і VD2 (шлях струму показаний не заштрихованими стрілками), у 2-у половину періоду (у 2-й півперіод) електричний струм проходить через діоди VD3 і VD4 (шлях струму показаний заштрихованими стрілками), далі процес повторюється. Отже, напруга на навантаженні є і протягом 1-го півперіоду, і протягом 2-го півперіоду. Струм, який протікає в колі навантаження, пульсуючий, тобто змінюється його сила, але не змінюється його напрям (рис.10.9). Для зниження пульсації випрямленого струму використовують фільтри, що згладжують, на базі конденсаторів.
Аналогічно (з додаванням у схему випрямлення двох діодів) можна випрямляти трифазний змінний струм.
Якщо вторинна обмотка трансформатора має вивід від середньої точки (у цьому випадку її називають нульовою точкою), то для випрямлення змінного струму використовують двопівперіодну з нульовою точкою схему випрямлення (рис.10.10), що дозволяє одержати таку ж випрямлену напругу в споживача електроенергії, як і у випадку застосування мостової схеми.
Запитання для самоконтролю
1. Приведіть принципову електричну схему однопівперіодного випрямлення змінного синусоїдного струму з понижуючим трансформатором з розшифровкою літерних позначень.
2. Опишіть роботу приведеної схеми однопівперіодного випрямлення.
3. Зобразіть графічно випрямлений струм.
4. Приведіть принципову електричну схему двохпівперіодного випрямлення змінного синусоїдного струму з понижуючим трансформатором з розшифровкою літерних позначень.
5. Опишіть роботу приведеної схеми двохпівперіодного випрямлення.
6. Зобразіть графічно випрямлений струм.
7. Приведіть принципову електричну схему двохпівперіодного з нульовою точкою випрямлення змінного синусоїдного струму з понижуючим трансформатором з розшифровкою літерних позначень.
10.4 Тиристор
Тиристор – це напівпровідниковий керований пристрій, який має два р-шара і два n-шари, із трьома електронно-дірковими переходами (р-n-переходами) і трьома виводами. Вивід з р-шару називають анодом, вивід з n-шару називають катодом, третій вивід називають керуючим електродом, який може приєднуватися як до р-шару, так і до n-шару (рис.10.11а, 10.11б).
На принципових електричних схемах літерно-графічне позначення тиристора наступне:
Вольт-амперна характеристика тиристора має вигляд, показаний на рис.10.12. Якщо керуючий електрод не підключений до мережі, то один з р-n-переходів закритий і тиристор працює на 1-й ділянці ВАХ.
Значне збільшення напруги приводить до того, що тиристор починає працювати на 2-й ділянці ВАХ. В результаті напруга на тиристорі падає, а струм через нього збільшується, що приводить до роботи тиристора на 3-й ділянці ВАХ. Тому відсутність прямої напруги на керуючому електроді приводить до того, що тиристор переходить у відкритий стан при значній напрузі.
Якщо керуючий електрод підключений до мережі і на нього подана пряма напруга, то тиристор відразу починає працювати на 3-й ділянці ВАХ.
Отже, наявність прямої напруги на керуючому електроді приводить до того, що тиристор переходить у відкритий стан при незначній напрузі.
Тиристори можуть пропускати електричний струм силою до 1,0 – 2,0 кА при напрузі 0,1 – 4,0 кВ.
Найбільше просто тиристор можна застосувати як електричний ключ (рис.10.13). Тиристори використовується також для регулювання напруги на затисках трифазних асинхронних електродвигунів та інших цілей.
Запитання для самоконтролю
1. Який електронний пристрій називається тиристором?
2. Як тиристор позначається на принциповій електричній схемі?
3. Опишіть роботу тиристора, використовуючи його вольт-амперну характеристику.
4. Для чого призначений тиристор?
10.5 Транзистор, підсилення електричного сигналу
Транзистор винайдений у 1948 році американськими вченими Д. Бардіном, У. Браттейном і У. Шоклі, за що їм була присуджена Нобелівська премія.
Транзистор (біполярний транзистор) – це напівпровідниковий пристрій, який призначений для підсилення електричного сигналу (струму, напруги), та має два р-шари і один n-шар (рис.10.13а), або один р-шар і два n-шари (рис.10.13б), з 2-ма електронно-дірковими переходами (р-n-переходами) і 3-ма виводами. Шари, що знаходяться по краях транзистора, називають колектором і емітером, а середній шар називають базою.
На принципових електричних схемах літерно-графічне позначення транзистора наступне:
На кожний р-n-перехід транзистора може бути подана як пряма, так і зворотна напруги. Відповідно розрізняють чотири режими роботи транзистора: режим відсічення (режим закритого транзистора) – на обидва переходи подається зворотна напруга; режим насичення (режим відкритого транзистора) – на обидва переходи подається пряма напруга; активний режим – на емітерний перехід подається пряма напруга, на колекторний перехід подається зворотна напруга; інверсний режим – на емітерний перехід подається зворотна напруга, на колекторний перехід подається пряма напруга.
