2. 2. 2009, Ostrava

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D.

Stýskala, 2002

6.-8. POLOVODIČE

Osnova přednášky

• Fyzikální podstata

• Polovodičové prvky

• Usměrňovače

• Střídavé měniče napětí

• Pulzní měniče

• Střídače

• Měniče kmitočtu

Fyzikální podstata

• Vlastní polovodič

Si

Si Si Si

Si

• Nevlastní polovodiče

volný

elektron

Si

Si Sb Si

Si

díra

Si

Si B Si

Si

TYP N TYP P

Polovodičové prvky

• Polovodičové diody

• Tranzistory

• Tyristory

• Triaky

Usměrňovací dioda

• P-N přechod

P-typ N-typ

P-N přechod

P-N přechod v propustném směru

P-N přechod v závěrném směru

I R

P N

P N

R

P N

P N

• A-V char. usměrňovací diody

reálná

ideální

katoda anoda

katoda anoda

UTO propustné napětí

závěrné napětí

pro

pu

stn

ý p

rou

d

P N

závěr

ný p

rou

d

P N

Bipolární tranzistor

P P N

EMITOR

(E) KOLEKTOR

(C)

BÁZE

(B) C

E

B PNP -

TRANZISTOR

N N P

EMITOR

(E) KOLEKTOR

(C)

BÁZE

(B) C

E

B NPN -

TRANZISTOR

• Základní zapojení tranzistoru

– Se společným emitorem

• Funkce jako zesilovač

• Funkce jako spínač

Malý vstupní

odpor Rvst

C

E

B Malý proud IB

Velký proud IC

Vel

ký

výst

up

ní

odpor

Rvý

st

Výstup Vstup

Rg

Uvst

Zapojení tranzistoru se společným emitorem

Tyristor

P P N N + A - K

+ G

A

K

G

I

[A]

I

[mA]

U [V] U [V]

UBR

A

K

(+)

(-)

A

K

G(+)

G(+)

IG

(+)

(-)

IG

závěrná

část

blokovací

část

propustná

část

IG = 0 IG >> 0

IL

IH

Triak

I[A]

U 0

IST

A2(+)

A1(-) G(+)

IG

U

A2(-)

A1(+)

G(+)

IG I[A]

A2

G

A1

Srovnání spínacích vlastností

Polovodičová

součástka Stav spínacího prvku Podmínka stavu spínače

K

A

VYP

ZAPP

Napětí na diodě je:

ZAP: v propustném směru

VYP: v nepropustném (závěrném) směru

G

K

A

K

VYP

ZAP

1. Napětí na tyristoru je::

ZAP: v propustném směru

VYP: v nepropustném (závěrném) směru

2. ZAP: IG > IGmin ; nebo IA 0

VYP: IG = 0 ; IA 0

G

VYP

ZAP

ZAP: IG > IGmin ; nebo IA 0

VYP: IG = 0 ; IA 0

E

IB

B

C

VYP

ZAP

ZAP: 1. Správná polarita přiváděných

napětí dle typu (PNP, NPN)

2. : IB > IBmin (IB >0)

VYP: IB < IBmin (IB = 0)

Usměrňovače

• Mění střídavou el.energii na stejnosměrnou

• Podle způsobu řízení jsou:

– Neřízené (s diodami)

– Řízené (s tyristory)

• Podle počtu fází jsou:

– Jednofázové (uzlové 1-pulzní, můstkové 2-pulzní)

– Trojfázové (uzlové 3-pulzní, můstkové 6-pulzní)

– Více-fázové (12-, 18-, 24- pulzní)

~ vstup výstup

Neřízené usměrňovače • 1-fázový uzlový (1-pulzní) usměrňovač s R zátěží

u

id =iR

uV

ud uv

V

uU

id

udR

UUU d 450,av

IIII md 4503180 ,,av

• 1-fázový uzlový (1-pulzní) usměrňovač s RC zátěží

uv

V

uU

iv

udR

iR

ic

C

10 15 20 25 30 35 40 45 50 [ms]

-

0

[]

u

ud

i=iV

id =iR

1

• 1-fázový můstkový (2-pulzní) usměrňovač s R zátěží

u

id

ud

R

V1

V2

V3

V4

V3

i1

id

u

ud

2 t

Ud

0

0

0

V2 V3 V1 V4 V2 V3 UUUd 90,av

• 1-fázový můstkový (2-pulzní) usměrňovač s R zátěží

• 1-fázový můstkový usměrňovač s RC zátěží

• 1-fázové 1-pulzní usměrňovače s dalšími zátěžemi

• 3-fázový uzlový (3-pulzní) usměrňovač s R zátěží

id

V1

uf1

uv

2 uf2

ud

R

V2

uv

1

uf3

V3

uv

3

iv1

iv2

iv3

V3 V2

0

uf1 uf2 uf3

ud

id

0

0 2

V1

fav , UUUd 171

• 3-fázový můstkový (6-pulzní) usměrňovač s R zátěží

fav , UUUd 342

id

u1 u2 u3

ud

R

V1

V2

V3 V6

V5

V4

V3V4 V2V4 V2V6 V1V6 V1V5 V3V5

id

u12 u31 u23

ud

0

0 0 2

Řízené usměrňovače

• 1-fázový můstkový (2-pulzní) usměrňovač s R zátěží

u ud

id

R

V2

V3 V1

V4

2

cosAVAV

1

UU UU ,AV 90

u

iG

t

t

u ud

řídící impulzy do

hradel tyristorů

V1V2 V3V4

id

Střídavé měniče napětí

• Mění efektivní hodnotu střídavého napětí

• Podle použitých prvků v měniči jsou:

– S tyristory

– S triakem

• Podle počtu fází jsou:

– Jednofázové

– Trojfázové

výstup vstup ~

~

• 1-fázový střídavý měnič napětí

u1 u2

i2

R

V1

V2

popř. triak

u

iG

t

t

u1

u2

řídící impulzy

průběhy napětí

Pulzní měniče

• Mění DC napětí na DC s odlišnou střední hodnotou (s pulzním průběhem)

• Podle použitých prvků v měniči jsou: – S tyristory

– S tranzistory

U1 U2

např.

tranzistor

Střídače

~

vstup výstup

• Mění stejnosměrnou el.energii na střídavou

• Podle použitých součástek jsou:

– s tranzistory

– s tyristory

• Podle počtu fází jsou:

– Jednofázové

– Trojfázové

• 1-fázový tranzistorový střídač

D4 D2

D3 D1

T2

T1

T2,T3 T1,T4 T2,T3

T1,T4

2

R

T3

T4

T1,T4 T1,T4 T2,T3

U

UDC

-

+

UAC

2 3 4

U

T1,T4 T1

T3 T2,T3

T2

T4

2

U

U

t

t

t

U

U

D4 D2

D3 D1

T2

T1

T2,T3 T1,T4 T2,T3

T1,T4

2

R

T3

T4

T1,T4 T1,T4 T2,T3

U

UDC

-

+

UAC

2 3 4

U

T1,T4 T1

T3 T2,T3

T2

T4

2

U

U

t

t

t

U

U

Měniče kmitočtu

• Mění kmitočet střídavého napětí a proudu

• Podle způsobu zapojení a principu jsou:

– Přímé

– Nepřímé

• Podle počtu fází jsou:

– Jednofázové

– Trojfázové

~

~

U S

C f f1 f2

• 3-fázový měnič kmitočtu s napěťovým střídačem

Konec přednášky