Schakelingen met vierlagendioden
In toenemende mate wordt in de elektronika gebruik gamaakt van vierlagendioden. Dit artikel beschrijft enkele toepassingen met een stuurbare thyristor (SCS) die eveneens een vierlagenstruktuur bezit.
In figuur 1a is de struktuur van een vierlagendiode (Shockly-diode) gerekend. Deze struktuur kan opgebouwd worden gedacht uit twee afzonderlijke transistoren (fig. 1b) een pnp- en een npn-type. Wordt hierop een spanning aangesloten dan bevinden beide transistoren zich in sperrende toestand. Door de spanning zover op te voeren dat een van de bcovergangen doorslaat zal de "anode" transistor basisstroom krijgen, waardoor deze gaat geleiden en op zijn beurt weer een basisstroom aan de eerste transistor levert.
Figuur 1. De struktuur van een vierlaagdiode. Deze kan worden voorgesteld door twee transistoren.
Het element bevindt zich nu in geleidende toestand en zal slechts dan weer gaan sperren wanneer de stroom daalt beneden een bepaalde waarde, de houdstroom. Om de vierlagendiode te ontsteken zijn ook nog andere manieren bekend, waaronder verhoging van de temperatuur waardoor de lekstroom van de ene transistor de basisstroom 'evert van de andere. Dit veroorzaakt dan weer een lawineeffekt wat tot gevolg heeft dat de vierlagendiode gaat geleiden. Door alle lagen van de vierlagendiode te voorzien van een aansluiting wordt een element verkregen wat kan worden in en uitgeschakeld door het aanleggen van een spanning op een van de poorten (fig. 2). Inschakelen ge7 schiedt door een positieve puls op Gk of een negatieve op Ga. Uitschakelen door een negatieve puls op Gk of een positieve op Ga. Door een positieve puls op Gk te zetten zal T2 opengaan wat een lawine-effekt veroorzaakt, waardoor de SCS gaat geleiden. Een negatieve puls doet deze transistor sperren, waardoor ook de kombinatie niet meer geleidt.Voor. de sturing op de anodepoort, die bijv. nodig is wanneer de belasting zich aan de katodezijde bevindt geldt uiteraard dezelfde redenering. Uitschakelen kan ook geschieden door de stroom beneden de houdstroom te laten dalen. Voor de bier beschreven schakelingen kan i.p.v. een bestuurbare thyristor (bijv. BRY 39) ook een kombinatie van twee komplementaire transistoren worden gebruikt (zie fig. 2) zoals BC 107 - BC 177, of 2N1613 - 2N1905.
Figuur 2. Door alle lagen van een aansluiting te voorzien wordt een bestuurbare gelijkrichter of SCS verkregen.
Impulsvormer
De schakeling hiervan is getekend in fig. 3 en levert positieve pulsen met een pulsbreedte van ca. 10 µs. De anodeweerstand R2 is zo groot gekozen dat de stroom door de SCS lager is dan de houdstroom. Deze geleidt dus alleen wanneer op Gk een positieve spanning aanwezig is. Op het moment dat de voedingsspanning wordt aangesloten laadt C2 zich via R2 op tot de voedingsspanning. Wordt op Gk een spanning aangesloten dan gaat Th open en C2 ontlaadt zich over R1. Hierover verschijnt dus een puls, zoals getekend in de figuur. Verdwijnt de uitgangsspanning dan spert Th en C2 laadt zich weer op via R2. De schakeling is dan weer in staat om een nieuwe puls te verwerken. De herhalingstijd van de ingangsspanning moet zo groot zijn dat C2 voldoende kan worden opgeladen. Dit komt overeen met een maksimale frekwentie van de ingangsspanning van ca. 10 kHz.
Figuur 3. Impulsvormer welke positieve pulsen levert met een breedte van ca. 10 µs.
De schakeling in fig. 4 werkt volgens hetzelfde principe maar levert negatieve pulsen met een breedte van ca. 100 µsek. De maksimale herhalingsfrekwentie van de ingangsspanning is hier 50 à 60 Hz.
Figuur 4. Iinpulsvormer welke negatieve pulsen levert met een breedte van ca. 100 µs.
Telrelais.
In figuur 5 is een schakeling getekend waarmee een telrelais kan worden gestuurd uitgaande van kleine, smalle ingangspulsen. Wordt op de ingang een korte puls gezet dan gaat de SCS geleiden, waardoor C wordt ontladen. Tevens komt R4 op aardpotentiaal te liggen waardoor T2 gaat geleiden en het relais opkomt. Valt nu de ingangsspanning weg dan spert de SCS want de stroom erdoor is kleiner dan de houdstroom. De kondensator wordt dan opgeladen via R3 en R5. Door T2 blijft dan een basisstroom vloeien totdat C helemaal is opgeladen, op dit moment valt het relais af. De breedte van de ingangspuls wordt door deze schakeling dus vergroot, waardoor het mogelijk is een telrelais op, dikwijls veel snellere, elektronische schakelingen aan te sluiten.
Figuur 5. Door middel van smalle ingangspulsen kan een telrelais met een veel langere opkomtijd worden gestuurd.
Impulsvertrager
De schakeling van de impulsvertrager is gegeven in fig. 6. Wordt op de in-gang een spanning aangesloten dan geleidt T1 en C1 ontlaadt zich hierover. Th spert en de uitgangsspanning is ongeveer gelijk aan VB. Gaat de ingangsspanning naar 0 Volt dan spert T1 en C1 laadt zich op via R2 en R3. Bereikt Vc de spanning 0,7 + Vz dan "ontsteekt" de SCS en gaat de uitgangsspanning naar 0 Volt. De uitgangsspanning gaat dus een bepaalde tijd later naar 0 Volt dan de ingangsspanning. Met de gegeven waarden is ale vertraging ca. 1,6 msek.
Figuur 6. De negatief gaande puls wordt door deze schakeling gedurende een bepaalde tijd vertraagd. Voor de aangegeven waarden bedraagt deze tijd ca. 1,6 msek.
Triggerbare zaagtandgenerator voor oscilloskoop.
| stand S1 | waarde van C | laadtijd (regelbaar met P1) |
|---|---|---|
| 1 | C1 = 100 µF | 15 - 1,5 s |
| 2 | C2 = 10 µF | 1,5 - 0,15 s |
| 3 | C3 = 1 µF | 150 - 15 ms |
| 4 | C4 = 100 nF | 15 - 1,5 ms |
| 5 | C5 = 10 nF | 1,5 - 0,15 ms |
Figuur 7. Triggerbare zaagtandgenerator voor oscilloskoop.
De zaagtandgenerator wordt gevormd door de stroombron met T1 en C1. De kondensator wordt opgeladen met een konstante stroom wat impliceert dat de spanning over C (uitgang) lineair met de tijd toeneemt.
Wordt aan de triggeringang een positieve puls toegevoerd dan gaat de SCS geleiden, waardoor C1 zeer snel wordt ontladen. Omdat de SCS op een negatieve spanning is aangesloten zal C1 zich helemaal ontladen. Op het tijdstip dat V, nul Volt is, is de spanning over de SCS zo klein geworden en deze zal gaan sperren. Op dat moment kan C weer worden opgeladen door de stroombron. De zaagtand start dus op het moment dat er aan de ingang een spanning wordt toegevoerd. Door D2 en Z2 wordt de uitgangsspanning begrensd op ca. 7,5 V, dit in verband met eventuele niet lineariteitsverschijnselen van de stroombron. Wordt geen triggersignaal aan de ingang toegevoerd,, dan loopt de generator vrij t.g.v. Z3 welke doorslaat wanneer Vc ca. 8 V is. De SCS wordt dan ontstoken. Met potmeter P1 kan de frekwentie kontinu met een faktor 10 worden gevarieerd. Ditzelfde gebeurt ook nog eens in stappen d.m.v. S1. In bijgevoegde tabel zijn de waarden van C en bijbehorende tijden aangegeven. Voor toepassing als tijdbasisgenerator in een oscilloskoop is nog een versterkertrap nodig welke de spanning tot de gewenste waarde versterkt.
Ringteller
Deze ringteller, welke o.a. als frekwentiedeler kan worden gebruikt, is opgebouwd uit een aaneengesloten keten van gelijke elementen (fig. 8). Wordt de startschakelaar ingedrukt dan verschijnt op Gk van de eerste trap een positieve puls, waardoor deze opengaat. Door een negatieve impuls aan de klokleiding toe te voeren zal T1 gaan sperren. Dit sperren heeft een positieve puls op A1 tot gevolg. Via C1 wordt deze puls aan Gk2 toegevoerd zodat nu de SCS gaat geleiden. Iedere nieuwe negatieve puls ontsteekt dan steeds een volgende SCS. De uitgangspulsen kunnen worden afgenomen van de anode van de SCS.
Figuur 8. Ringteller waarbij voor iedere SCS gebruik is gemaakt van twee komplementaire transistoren. De negatieve ingangspulsen kunnen worden verkregen uit de schakeling van figuur 4.