Не диод и не тиристор. Динистор: как он работает, где применяется и чем отличается от других полупроводниковых элементов

Мир электроники полон удивительных компонентов, о которых мы порой даже не задумываемся. Одним из таких «скрытых героев» является динистор — полупроводниковый прибор, который не так часто встретишь в повседневной жизни, но он играет важную роль в некоторых интересных и полезных устройствах. Совершим полное погружение в мир динисторов: узнаем, что это такое, как он работает, где применяется и чем отличается от других полупроводниковых элементов.

Знакомство с динистором: что это такое?

Динистор — это полупроводниковый элемент с двумя контактами, который иногда именуют диодом Шокли (но не стоит его путать с диодом Шоттки). Внешне он может напоминать привычный диод: у него тоже есть анод и катод. Однако, в отличие от обычного диода, который проводит электричество лишь в одну сторону, динистор не проводит ток в обоих направлениях до тех пор, пока не достигнет заданного уровня напряжения. Лишь после этого он «включается» и начинает функционировать, как обычный диод.

Как работает динистор: секрет «порога открытия» и гистерезис

Основной вопрос: как заставить динистор «заработать», ведь у него нет управляющего контакта, как у тиристоров или транзисторов? Ответ лежит на поверхности: для этого требуется достичь конкретной величины напряжения, именуемой напряжением включения.

Предлагаю рассмотреть конкретный случай. Возьмем, для примера, популярный динистор DB3, добавим к нему лампочку и подключим всю эту конструкцию к источнику питания с изменяемым напряжением. Начнем плавно увеличивать напряжение. Сперва никаких изменений — лампочка не подает признаков жизни. Однако, в момент, когда напряжение достигнет примерно 32 вольт (для DB3), произойдет чудо: лампочка мгновенно вспыхнет, и по цепи побежит ток. Это свидетельствует о том, что динистор перешел в проводящее состояние, «открылся».

Если продолжить увеличивать напряжение, ничего интересного не произойдет, разве что лампочка или динистор могут сгореть от избыточного тока. Но что будет, если начать уменьшать напряжение? Когда мы вернемся к тем же 32 В, лампочка не погаснет — динистор останется открытым. Она погаснет только тогда, когда напряжение упадет ниже определенного уровня, при котором ток в цепи станет недостаточным для поддержания динистора в открытом состоянии.

Чтобы снова открыть динистор, нужно снова подать напряжение, превышающее порог открытия (в нашем примере — 32 В). Это явление называется гистерезисом: динистор открывается при одном напряжении и закрывается при другом. Именно это свойство позволяет использовать динисторы в различных интересных схемах.

Внутреннее устройство динистора: четыре полупроводниковые области

Чтобы понять, почему динистор работает именно так, заглянем внутрь. Он состоит из четырех чередующихся полупроводниковых областей: P, N, P, N. Крайние области имеют выводы, которые мы называем анодом и катодом.

Эти полупроводниковые области образуют три PN-перехода. Если попытаться пропустить ток от катода к аноду, два перехода будут смещены в обратном направлении и не пропустят ток. Когда же мы подаем напряжение, при котором анод подключен к плюсу, а катод — к минусу, центральный PN-переход оказывается смещенным в обратном направлении.

При достижении критического значения напряжения динистор переходит в проводящее состояние, проще говоря, открывается. По своей внутренней организации этот элемент схож с тиристором, о котором мы уже упоминали ранее. Фактически, динистор является одним из видов тиристоров.

Динистор и тиристор: ключевые различия

Основное отличие между динистором и тиристором кроется в механизме запуска. Тиристор активируется при подаче небольшого управляющего тока на управляющий электрод, который также называют затвором. Динистор же переходит в открытое состояние лишь при достижении заданного напряжения. Важно отметить, что после «открытия» поведение обоих элементов идентично: они остаются в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, проходящий через них, не снизится до критического уровня, именуемого током удержания.

У динистора есть симметричный двойник, который зовется ДИАК (DIAC — Diode for Alternating Current). В его основе — две абсолютно одинаковые полупроводниковые структуры, соединенные навстречу друг другу. Благодаря такой конструкции, ДИАК проводит электричество в обе стороны, что делает его оптимальным для работы с переменным током.

Ярким примером служит диод DB3, который, по сути, и является диаком. Он прекрасно справляется с переменным напряжением и часто находит применение в схемах управления мощностью, где задействованы симисторы.

Применение динисторов: где они находят свое место?

Динисторы не являются самыми распространенными компонентами в электронике, но они находят применение в устройствах, где их свойства оказываются полезными. Вот несколько примеров:

Энергосберегающие лампы: в схемах розжига люминесцентных ламп нередко применяются динисторы, такие, как DB3. Их задача — генерировать начальный импульс, необходимый для запуска автоколебательного контура, отвечающего за воспламенение лампы.

Регуляторы мощности на тиристорах: объединение тиристора с резистором и конденсатором позволяет контролировать фазовый угол отпирания этого элемента. Это, в свою очередь, применяется для регулировки силы тока, подаваемого на нагрузку, например, корректировки яркости лампы накаливания или скорости вращения электромотора.

Генераторы пилообразного напряжения: динистор может служить основой для создания простых генераторов пилообразного сигнала. Схема чрезвычайно проста, состоящая из трех компонентов: резистора, конденсатора и самого динистора. Конденсатор заряжается через резистор, а когда напряжение на нем достигает порогового значения для открытия динистора, последний срабатывает и быстро разряжает конденсатор. На выходе формируется сигнал в виде «пилы».

Отличия динистора от стабилитрона и варистора

Варистор — это элемент защиты от скачков напряжения. Когда напряжение достигает критического значения, варистор мгновенно уменьшает свое сопротивление, отводя избыточный ток. Важно, что после снижения напряжения до нормального уровня варистор восстанавливает свои свойства.

Стабилитрон, в свою очередь, начинает пропускать ток в обратном направлении, когда достигнут пороговый уровень напряжения. Он функционирует только в режиме обратной поляризации, тогда как, в отличие от динистора, может работать в обоих направлениях.

В заключение стоит отметить, что динистор — хоть и не самый распространенный полупроводниковый компонент, но он представляет собой любопытное устройство, которое находит применение в различных электронных системах. Мы изучили его строение, принцип работы, сопоставили с другими полупроводниковыми компонентами и привели примеры его использования. Надеемся, что этот материал поможет вам лучше разобраться в особенностях этого компонента и, возможно, подтолкнет к созданию собственных интересных разработок.