§ 7.5. Электронные реле на тиристорах

При протекании больших токов через нагрузку в качестве переключающих элементов бесконтактного реле используются тиристоры, рабочий ток которых может достигать значений десятков и даже сотен ампер.

Промышленность выпускает два вида тиристоров: с двумя электродами, подключаемыми к источнику питания, — динисторы, и с тремя, два из которых подключаются к источнику питания, а третий является управляющим, — тринисторы.

Вольт-амперная характеристика динистора приведена на рис. 7.12, б (кривая L). Ее особенностью является наличие участка отрицательного сопротивления АВ, в пределах которого рабочая точка занимает неустойчивое положение, что и обусловливает переключательные свойства прибора.

Пусть в схеме рис. 7.12, а сопротивление резистора нагрузки таково, что нагрузочная прямая М (рис. 7.12, б) пересекает вольт-амперную характеристику динистора в трех точках: А, С и D. Предположим также, что динистор выключен, т. е. рабочая точка находится в устойчивом положении А. Повысим напряжение питания до значения подав на вход 1 скачком отрицательный сигнал . При этом нагрузочная прямая сместится вправо параллельно самой себе, а рабочая точка займет положение А. Сопротивление динистора становится отрицательным, что вызывает лавинообразный процесс нарастания тока, в результате которого рабочая точка скачком переходит в положение С. После снятия входного напряжения рабочая точка займет положение С, соответствующее включенному состоянию динистора. Напряжение на диниеторе при его включении упадет до значения , а ток возрастет до значения

Значения напряжений включения зависят от типа выпускаемого прибора и обычно лежат в пределах 25—500 В, но могут достигать и 1000 В.

Остаточное напряжение на включенном приборе обычно составляет при рабочем токе .

Для выключения динистора рабочую точку из положения С необходимо сместить в положение В, соответствующее значениям . Этого можно достигнуть за счет уменьшения напряжения питания путем подачи на вход 2 отрицательного сигнала .

Время выключения динистора на порядок больше времени включения и составляет обычно единицы или десятки микросекунд.

В качестве резистора нагрузки схемы рис. 7.12, а можно включить обмотку электромеханического контактного реле. Бесконтактные реле чаще строятся как триггерные схемы на двух динисторах (рис. 7.13, а). Временные диаграммы работы схемы приведены на рис. 7.13, б.

После включения напряжения питания динисторы находятся в закрытом состоянии. При поступлении, например, на вход 1 отрицательного импульса в момент времени открывается динистр .

Напряжение скачком падает от значения до . Так как напряжение на конденсаторе С скачком цениться не может, то напряжение в момент времени упадет на такое же значение, что и . Затем конденсатор заряжается через резистор и включенный тиристор до уровня с постоянной времени

Рис. 7.13.

Напряжение при этом возрастает с той же постоянной времени до значения . После заряда конденсатора и установления напряжения схема находится в рабочем состоянии, когда один из динисторов включен, а другой — выключен.

При подаче в момент времени отрицательного импульса на вход 2 динистор открывается, закрывается, поскольку к нему при отпирании в момент времени прикладывается обратное напряжение . Напряжения скачком уменьшаются до значений .

Затем конденсатор перезаряжается до значений с постоянной времени , а напряжение возрастает с той же постоянной до значения . Схема переходит в новое рабочее состояние, когда динистор закрыт, открыт. С приходом в момент времени нового импульса на вход 1 схема снова переключается.

Для обеспечения устойчивости рабочих состояний триггера необходимо, чтобы нагрузочная прямая пересекала вольт-амперную характеристику в трех точках. Для этого выполняют следующие условия: .

Времена перезаряда конденсатора и включения динистора составляют минимальное время переключения схемы, т. е. . Следовательно, максимальная частота входных импульсов .

Выбранный тип динистора должен удовлетворять условиям .

Минимальное значение емкости конденсатора С определяется выражением , так как обратное напряжение на динисторе должно сохраняться в течение всего времени его выключения.

Схема бесконтактного реле на динисторах может иметь общий вход, на который подаются импульсы отрицательной полярности (рис. 7.14).

Рис. 7.14.

Состояние диодов в цепи запуска схемы определяются состояниями динисторов. Например, если динистор закрыт, открыт, то диод открыт, закрыт. Поэтому входной импульс проходит только в цепь динистора вызывая переключение схемы.

Семейство вольт-амперных характеристик тринистора при различных значениях управляющего тока представлено на рис. 7.15. При характеристика тринистора совпадает с характеристикой динистора.

Рис. 7.15.

При наличии тока в цепи управляющего электрода участки ОА и АВ вольт-амперной характеристики тринистора становятся короче, а параметр уменьшается. Это позволяет включать тринистор путем подачи импульса тока в цепь управляющего электрода.

Амплитуда управляющего импульса не должна быть больше значения , называемого током спрямления, так как при вольт-амперная характеристика тринистора подобна характеристике обычного полупроводникового диода, в которой отсутствует участок отрицательного сопротивления.

Схема бесконтактного реле триггерного типа на тринисторах приведена на рис. 7.16. Переключение схемы осуществляется подачей импульса тока в цепь управляющего электрода закрытого тринистора. Принцип работы этой схемы не отличается от принципа работы схемы на динисторах (см. рис. 7.13, а).

Рис. 7.16.