Сухов Михаил Юрьевич, канд техн наук, доцент учебно-методический комплекс

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание 2.1.2. Требования, определяемые физикой работы тиристоров 2.2. Виды перегрузок и перегрузочные характеристики 2.3. Методика расчета рабочей перегрузки Рекомендуемая литература Методические указания преподавателям Вопросы к зачету

Подобный материал:

• Гост 17623-87, 138.94kb.
• Надійності та безпеки в будівництві, 692.13kb.
• Гост 5382-91, 1729.88kb.
• Д. М. Лаковский (руководитель темы); И. В. Колечицкая; С. А. Резник, канд техн наук;, 203.82kb.
• Гост 14637-89: Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества Технические, 310.23kb.
• Государственный стандарт союза сср здания и сооружения Методы измерения яркости, 278.78kb.
• Гост 26824-86, 248.28kb.
• Строительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование, 2477.63kb.
• Строительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*, 1856.14kb.
• Б. В. Баркалов ), Государственным проектным конструкторским и научно-исследовательским, 2674.7kb.

2.1.2. Требования, определяемые физикой работы тиристоров

Требования, вытекающие из физических особенностей тиристоров, определяют параметры выходного каскада схемы управления. Нагрузкой выходного каскада схемы управления является цепь управления тиристором, которая может рассматриваться отдельно от его силовой цепи благодаря отсутствию между ними обратной связи.

1. Напряжение и ток управляющего сигнала. Выходной каскад схемы управления должен сформировать импульс, параметры которого были бы больше необходимого тока и напряжения спрямления тиристора, что гарантирует его надежное включение при всех эксплуатационных условиях, но не превышать максимально допустимого напряжения и тока, вызывающих разрушение тиристора. Входные параметры тиристоров имеют большой разброс даже у тиристоров одного и того же типа.

2. Временные параметры импульса управления. Длительность управляющего импульса определяется временем включения самого тиристора и характером нагрузки в силовой цепи. При чисто активной нагрузке длительность управляющего импульса принимается 10—20 мкс. При активно-индуктивной нагрузке длительность определяется временем нарастания тока через тиристор до величины удерживающего тока. Для уменьшения длительности управляющих импульсов при активно-индуктивной нагрузке ее можно шунтировать активным сопротивлением, которое выбирается из условия протекания через него тока, равного удерживающему.

Для уменьшения влияния температуры и разброса параметров тиристоров на момент включения фронт импульса управления должен быть достаточно крутым. Особенно жесткие требования к длительности фронта импульса предъявляются при одновременном включении нескольких параллельно или последовательно соединенных тиристоров.

Импульсы, подаваемые на управляющие электроды одновременно включаемых тиристоров, должны формироваться в один и тот же момент. Неодновременность подачи управляющих импульсов называется «разбежкой». «Разбежка» импульсов приводит к неравномерной загрузке тиристоров. Допустимое ее значение составляет обычно 0,5—1 эл. град.


2.2. Виды перегрузок и перегрузочные характеристики


В схемах преобразователей электрической энергии в аварийных режимах полупроводниковые приборы, как и другие токоведущие элементы, подвергаются перегрузкам по току. При этом полупроводниковые приборы, как правило, оказываются наиболее слабыми элементами цепи токовой перегрузки вследствие сравнительно низких значений максимально допустимой рабочей температуры.

Критериями оценки работоспособности приборов при токовых перегрузках являются перегрузочные характеристики: рабочие перегрузочные характеристики, аварийные перегрузочные характеристики, ударный неповторяющийся ток, защитный показатель.

При рабочих перегрузках не должна быть превышена максимально допустимая температура структуры. При этом виде перегрузок диод должен выдерживать обратное напряжение, а тиристор, кроме этого, не должен переключаться в открытое состояние без подачи управляющего сигнала.

Перегрузочные характеристики для аварийных режимов определяются исходя из того, что тиристор теряет управляющую способность вследствие превышения максимально допустимой температуры, но не пробивается обратным напряжением.

Ударный неповторяющийся ток и защитный показатель представляют собой параметры, превышение которых вызывает повреждение приборов вследствие теплового пробоя структуры. Использование этих показателей при расчете предполагает, что напряжение к приборам не прикладывается после их воздействия. Показатель используют при определении параметров защиты преобразовательного устройства плавкими предохранителями [2].


2.3. Методика расчета рабочей перегрузки


Вначале определяют максимально допустимые средние токи , при заданных условиях (табл. 3.4) [2]. Затем устанавливается режим нагрузки, предшествующий режиму рабочей перегрузки. Значение предварительной нагрузки задается в долях максимального допустимого среднего тока.

Например, для тиристора:

, (2.2)

где х принимает значения 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 для предварительной загрузки прибора.

По известному току предварительной нагрузки определяются мощность потерь и температура полупроводниковой структуры:


; (2.3)


, (2.4)


где , – параметры аппроксимированной BAX; , — соответственно температура охлаждающей среды и установившееся тепловое сопротивление «структура-среда»; – коэффициент формы тока диода (тиристора).


, (2.5)


где , , – соответственно тепловые сопротивления участков цепи «полупроводниковая структура – корпус прибора», «корпус прибора – контактная поверхность охладителя», «контактная поверхность охладителя – охлаждающая среда».

Далее, для кратковременных перегрузок длительностью в один полупериод (10 мс) допустимая перегрузка может быть найдена исходя из допущения, что переходный тепловой процесс определяется лишь эквивалентным импульсом длительностью t = 6 мс, а переходное тепловое сопротивление равно . За это время температура структуры повышается до максимально допустимого значения. Тогда допустимый ток перегрузки может быть найден по формуле (3.50) [2].

Для более продолжительных перегрузок длительностью от нескольких периодов до 100 с, когда в переходный тепловой процесс вступает тепловая цепь, допустимый ток перегрузки находится из условий работы с длительной серией импульсов перегрузки. В этом режиме допустимый ток перегрузки определяется по формуле (3.51) [2].

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника: Учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 632 с.
   
2. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта - М.: Транспорт, 1999. – 464 с.
   
3. Герман Л.А., Дмитриенко А.В. Гирина Е.С. Дипломные и курсовые проекты: Методические указания / Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. В.А. Бугреева. – М.: МИИТ, 2009. – 35 с.
   

Методические указания студентам


Зачеты, установленные утвержденным учебным планом, служат формой проверки усвоения студентом знаний по изучаемым дисциплинам (теоретические зачеты), контроля выполнения лабораторных и расчетно-графических работ, курсовых проектов (работ), а также учебной, производственной и преддипломной практик. Теоретические зачеты оцениваются отметкой "зачет", "незачет". По некоторым дисциплинам, а также курсовым проектам (работам), и всем видам практик предусмотрены зачеты с оценками "отлично", "хорошо", "удовлетворительно", "неудовлетворительно" (так называемые дифференцированные зачеты). Теоретический зачет проводится по окончании чтения семестрового курса лекций до начала экзаменационной сессии путем опроса или в иной форме, устанавливаемой кафедрой; принимается преподавателем, читающим лекционный курс, и при положительных результатах оценивается отметкой "зачет", проставляемой в зачетную книжку студента и зачетную ведомость, а при отрицательных результатах - отметкой "незачет", проставляемой только в зачетную ведомость. Преподавателю предоставляется право поставить зачет без опроса тем студентам, которые в процессе занятий и по результатам промежуточного контроля и текущей аттестации показали успешное овладение учебным материалом. Неявка студента на зачет проставляется преподавателем в зачетной ведомости отметкой "неявка". Студент имеет право до окончания экзаменационной сессии на пересдачу каждого зачета (курсового проекта, работы и т.д.) не более двух раз. Дата, время и аудитория проведения теоретического зачета и проведения двух его пересдач назначаются преподавателем и согласовываются с учебным отделом института (деканатом). Студенты, не выполнившие без уважительных причин до начала экзаменационной сессии всех установленных учебным планом лабораторных, расчетно-графических работ, домашних заданий, курсовых проектов (работ) не допускаются к экзамену по данной дисциплине. К экзаменам по другим дисциплинам они могут быть допущены по разрешению директора (заместителя директора мо учебной работе) института. При наличии уважительных причин (болезнь, семейные обстоятельства и др.) невыполнения в полном объеме учебного плана семестра студенту по его заявлению на имя директора института (декана факультета) может быть предоставлена возможность сдачи зачетно - экзаменационной сессии по индивидуальному графику.


Методические указания преподавателям


Экзамены, установленные утвержденным учебным планом по дисциплине или ее части, преследуют цель оценить полученные студентом теоретические знания, их уровень, развитие творческого мышления, степень приобретения навыков самостоятельной работы, умение синтезировать полученные знания и применять их к решению практических задач. Экзамены сдаются по расписанию в периоды экзаменационных сессий, предусмотренных учебными планами. Расписание экзаменов для всех форм обучения составляется учебным управлением, подписывается директором филиала и доводится до сведения преподавателей и студентов не позднее, чем за 15 дней до начала экзаменов. Директор филиала могжет разрешить хорошо успевающим студентам досрочную сдачу экзаменов при согласии преподавателя (лектора). Пересдача экзамена в период экзаменационной сессии с неудовлетворительной оценки или сдача экзамена при неявке допускается с разрешения директора. Повторная сдача экзамена или дифференцированного зачета (защиты курсовой работы, проекта) с целью повышения положительной оценки разрешается в исключительных случаях директором филиала. Экзамены проводятся на основе утвержденных на филиале билетов в устной или письменной формах. Экзаменатору предоставляется право задавать вопросы сверх вопросов билета, а также помимо теоретических вопросов, давать задачи и примеры по программе данного курса. Экзамены принимаются преподавателями, читающими курс лекций в данном потоке. Когда отдельные разделы лекционного курса, по которым установлен один экзамен, читаются несколькими преподавателями, - экзамен может проводиться с их участием, но с простановкой одной оценки. Во время экзамена студенты могут пользоваться учебными программами, а также с разрешения экзаменатора справочной литературой и другими подсобными материалами. При использовании студентами других, неразрешенных материалов и технических средств, преподаватель вправе прекратить экзаменационное испытание. Успеваемость студентов оценивается следующими отметками: "отлично", "хорошо", "удовлетворительно", "неудовлетворительно". Положительные оценки проставляются в экзаменационную ведомость и зачетную книжку студента, неудовлетворительная оценка проставляется только в экзаменационную ведомость. Экзаменатору предоставляется право оценить успеваемость и поставить, по согласованию со студентами, оценку без опроса тем студентам, которые в процессе обучения показали успешное овладение учебным материалом по результатам текущей аттестации или промежуточного контроля, позволяющим оценить знания студента по сдаваемому предмету. При несогласии студента с выставляемой оценкой экзамена (дифференцированного зачёта) ему предоставляется право его сдачи в установленном порядке. Неявка студента на экзамен проставляется экзаменатором в экзаменационную ведомость отметкой "неявка".


Вопросы к зачету

1. Конструктивно-технологические разновидности биполярных транзисторов. Мощные и СВЧ-транзисторы: особенности конструкций, основные параметры.
   
2. Устройство, принцип действия и классификация, применение полевых транзисторов.
   
3. Свойства биполярных и полевых транзисторов (усиление, входное и выходное сопротивления и т.п.).
   
4. Пороговое напряжение и напряжение отсечки у полевых транзисторов.
   
5. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
   
6. Полевой транзистор с переходом металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
   
7. Частотные свойства биполярных и МДП транзисторов.
   
8. ВАХ полевых транзисторов.
   
9. ВАХ МДП-транзистора (стокозатворные, стоковые, для транзисторов со встроенным каналом и индуцированным).
   
10. ВАХ МДП-транзисторов в схеме с общим истоком.
    
11. Устройство и принцип действия МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами.
    
12. Работа полевого транзистора в ключевом режиме, импульсные параметры.
    
13. Конструктивно-технологические разновидности полевых транзисторов. Мощные МДП-транзисторы.
    
14. Тиристоры, их типы и принцип действия.
    
15. Схема включения, ВАХ и параметры динистора.
    
16. Принцип действия тринистора, типы и параметры, ВАХ.
    
17. Симисторы, их типы и принцип действия. Схема включения и параметры.
    
18. Типы интегральных микросхем (ИМС) по технологии изготовления и видам обрабатываемого сигнала (аналоговые, цифровые, аналого-цифровые).
    
19. Светодиоды. Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
    
20. Типы фотоэффектов и фотоприемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры). Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
    
21. Оптроны, их типы и параметры. Средства отображения информации.
    
22. Типы, параметры и характеристики усилителей. Обратные связи и устойчивость усилителей.
    
23. Однокаскадные резистивные усилители на биполярных и полевых транзисторах. Режимы работы, задание и стабилизация положения рабочей точки.
    
24. Операционный усилитель (ОУ), его типы, параметры, характеристики. Применение ОУ.
    
25. Типы генераторов гармонических колебаний, условие баланса амплитуд и фаз. Параметры генераторов, методы повышения стабильности частоты.
    
26. Схемы LC-генераторов: трансформаторные и трехточечные.
    
27. Схемы RC-генераторов гармонических колебаний.
    
28. Виды импульсных сигналов и их параметры.
    
29. Импульсные усилители, ограничители, фиксаторы уровня, диодные ключи.
    
30. Основные логические элементы НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Основные параметры интегральных логических элементов.
    

Экзаменационные вопросы

1. Важнейшие этапы развития электроники.
   
2. Полупроводники p и n типа.
   
3. Токи в полупроводниках (диффузионный и дрейфовый).
   
4. Свойства p-n перехода.
   
5. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n перехода и реального диода. Виды пробоя. Зависимость ВАХ от температуры.
   
6. Основные типы элементов радиоэлектронных схем.
   
7. Полупроводниковые диоды.
   
8. Виды структуры, режимы работы, схемы включения биполярного транзистора.
   
9. ВАХ биполярного транзистора в схеме с общей базой.
   
10. Вольтамперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эммитером.
    
11. Работа биполярного транзистора в ключевом режиме, импульсные параметры.
    
12. Эммитерный повторитель.
    
13. Дифференциальный каскад, его особенности и свойства.
    
14. Сравнение свойств биполярных транзисторов в схемах с общей базой и общим эммитером.
    
15. Конструктивно-технологические разновидности биполярных транзисторов. Мощные и СВЧ-транзисторы: особенности конструкций, основные параметры.
    
16. Устройство, принцип действия и классификация, применение полевых транзисторов.
    
17. Свойства биполярных и полевых транзисторов (усиление, входное и выходное сопротивления и т.п.).
    
18. Пороговое напряжение и напряжение отсечки у полевых транзисторов.
    
19. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом.
    
20. Полевой транзистор с переходом металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
    
21. Частотные свойства биполярных и МДП транзисторов.
    
22. ВАХ полевых транзисторов.
    
23. ВАХ МДП-транзистора (стокозатворные, стоковые, для транзисторов со встроенным каналом и индуцированным).
    
24. ВАХ МДП-транзисторов в схеме с общим истоком.
    
25. Устройство и принцип действия МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами.
    
26. Работа полевого транзистора в ключевом режиме, импульсные параметры.
    
27. Конструктивно-технологические разновидности полевых транзисторов. Мощные МДП-транзисторы.
    
28. Тиристоры, их типы и принцип действия.
    
29. Схема включения, ВАХ и параметры динистора.
    
30. Принцип действия тринистора, типы и параметры, ВАХ.
    
31. Симисторы, их типы и принцип действия. Схема включения, ВАХ и параметры.
    
32. Типы интегральных микросхем (ИМС) по технологии изготовления и видам обрабатываемого сигнала (аналоговые, цифровые, аналого-цифровые).
    
33. Светодиоды. Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
    
34. Типы фотоэффектов и фотоприемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры). Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
    
35. Оптроны, их типы и параметры. Средства отображения информации.
    
36. Типы, параметры и характеристики усилителей. Обратные связи и устойчивость усилителей.
    
37. Однокаскадные резистивные усилители на биполярных и полевых транзисторах. Режимы работы, задание и стабилизация положения рабочей точки.
    
38. Операционный усилитель (ОУ), его типы, параметры, характеристики. Применение ОУ.
    
39. Типы генераторов гармонических колебаний, условие баланса амплитуд и фаз. Параметры генераторов, методы повышения стабильности частоты.
    
40. Схемы LC-генераторов: трансформаторные и трехточечные.
    
41. Схемы RC-генераторов гармонических колебаний.
    
42. Виды импульсных сигналов и их параметры.
    
43. Импульсные усилители, ограничители, фиксаторы уровня, диодные ключи.
    
44. Основные логические элементы НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Основные параметры интегральных логических элементов.
    
45. Типы и режимы работы регенеративных устройств.
    
46. Типы, принцип действия и параметры триггеров.
    
47. Одновибраторы, принцип действия и параметры.
    
48. Мультивибраторы, принцип действия и параметры.
    
49. Блокинг-генераторы, принцип действия и параметры.
    
50. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения принцип действия и параметры.
    
51. Кодовые преобразователи, параметры и области применения.
    
52. Шифраторы и дешифраторы, параметры и области применения.
    
53. Мультиплексоры и демультиплексоры, параметры и области применения.
    
54. Цифровые компараторы, запоминающие устройства, параметры и области применения.
    
55. Микроконтроллеры, микропроцессоры, параметры и области применения.
    
56. Большие интегральные схемы (БИС).
    
57. Полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС) (биполярные и МДП, описать структуру).
    
58. Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ логика).
    
59. Интегральные логические элементы (ИЛЭ) на МДП-транзисторах.
    
60. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ логика).