Site Loader

Содержание

Классификация Тиристоров

  • Главная, Купить Тиристоры ,Диоды,Симисторы
  • Силовая электроника IXYS
    • Тиристорно-диодные модули IXYS
    • Тиристорно-тиристорные модули IXYS
    • Диоды в модульном корпусе
    • Тиристоры в модульном корпусе
    • Диодно-диодные модули
  • Где купить?
  • Аналоги Тиристоров и Диодов
    • Справочники по Силовым Тиристорам,Диодам и Аналогам
      • Справочники по тиристорам и диодам
      • Справочники -Тиристоры,Диоды,Симисторы,Стабилитроны
      • Принцип работы тиристоров и область применения
      • Устройство и параметры тиристоров
      • Общие сведения о тиристорах
      • Марикировка отечественных тиристоров,диодов (СНГ, СССР)
      • Методы и аппаратура для определения качества включения силовых тиристоров при групповом соединении
      • Монтаж и Эксплуатация
      • О ВЛИЯНИИ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ ТОКА УПРАВЛЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ПЛОЩАДИ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВЫХ ТИРИСТОРОВ
    • Замена силовых полупроводников, снятых с производства
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 1
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 2
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 3
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 4
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 5
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 6
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 7
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 8
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 9
    • АНАЛОГИ ТИРИCТОРОВ 11
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 10

Тиристор: принцип работы. Классификация тиристоров

Принцип работы тиристоров основывается на основе полупроводникового кристалла (электронного ключа) с тремя или более p-n переходами. Элемент имеет две устойчивых позиции: состояние низкой или высокой проводимости. Под воздействием контрольного сигнала прибор приводится в проводящее воздействие. Другими словами – он включает цепь. Для ее активации необходимо создать подходящие условия, обеспечивающие снижение основного тока до нулевой отметки.

тиристор принцип работы

Описание

На пальцах принцип работы тиристора можно объяснить следующим образом: ключи проводят ток исключительно в прямом направлении. А в закрытом положении он выдерживает также и обратное напряжение. Структура приспособления имеет четыре слоя и три вывода:

  1. А (анод).
  2. К (катод).
  3. У (управляющий электрод).

Мощные электронные ключи оснащены различными амперными и вольтажными параметрами, которые влияют на работоспособность и состояние элемента. Тиристоры способны функционировать при значениях до пяти тысяч вольт, 5000 А, если частота не превышает 1000 Гц.

Коммутация

Принцип работы тиристора позволяет работать ему в двух коммутирующих диапазонах:

  1. Естественной коммутации. Она возникает при работе прибора в схеме переменного тока. Происходит данный процесс, когда ток снижается до нулевой позиции.
  2. Принудительной коммутации. Этот процесс может осуществляться несколькими способами в зависимости от схемы, используемой разработчиком.

Стандартным видом принудительной коммутации является подключение заряженного конденсатора. В такой цепи при нагрузке происходят колебания тока.

принцип работы тиристора ку202н

Способы выключения и включения

Принцип работы тиристора позволяет использовать несколько способов принудительной коммутации. Среди них:

  1. Использование конденсатора с обратной полярностью. Он может активироваться в цепи при помощи вспомогательного элемента. Затем производится разряд на основной тиристор, в результате чего ток, направленный навстречу прямому напряжению, будет обеспечивать его снижение вплоть до нулевой позиции. Происходит выключение прибора, что обусловлено его характерными особенностями.
  2. Подключение LC-цепочек. Они разряжаются с колебаниями, обеспечивая встречу рабочего и разрядного тока. После их уравновешивания тиристор выключается. В итоговой фазе ток из колебательной цепи перемещается через тиристор в полупроводниковый диод. Во время этого процесса к прибору применяется определенное напряжение, равное по модулю аналогичному показателю на диоде.
тиристор принцип работы для чайников

Принцип работы тиристора в цепях постоянного тока

Стандартный прибор активируется посредством подачи тока на контрольный вывод. Он должен быть положительным по отношению к катоду. Течение переходных потоков зависит от вида нагрузки, ее амплитуды и скорости нагнетания импульсного тока. Кроме того, имеет значение температурный режим полупроводникового кристалла, а также приложенное напряжение в схемах тиристоров. Параметры схемы непосредственно зависят от типа используемого полупроводника.

В цепи размещения тиристора не допускается интенсивное нарастание скорости повышения напряжения. Достигается такое значение, которое обеспечивает самопроизвольную деактивацию прибора, даже без наличия сигнала в системе управления. При этом синхронно должен поддерживаться высокий показатель характеристики блока управления.

тиристор принцип работы на пальцах

Переменная цепь: принцип действия тиристоров

Принцип работы элемента в этом случае позволяет осуществить следующие действия:

  1. Активировать или разорвать электрическую цепь с активной или резистивной нагрузкой.
  2. Корректировать рабочий и средний показатель тока, дающего нагрузку. Это возможно благодаря регулировке пика подачи управления.
  3. Поскольку тиристоры проводят ток в одном направлении, в переменных цепях потребуется использование встречно-параллельного включения. Рабочее и среднее значение напряжения может варьироваться по причине изменения сигнала подачи на прибор. В любом случае мощность элемента должна соответствовать предъявляемым параметрам.

Фазовая и широтно-импульсная модуляция

Способы включения тиристоров также предусматривают фазовое управление. При этом выполняется регулировка нагрузки путем корректировки фазовых углов. Искусственно коммутирование доступно произвести посредством применения специальных цепей либо полностью запираемых аналогов. Таким способом изготавливают преимущественно тиристоры на зарядные устройства с возможностью регулировки силы тока соответственно заряду аккумулятора.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) работает следующим образом:

  • При открытии тиристора подается сигнал контроля.
  • При этом переходы находятся открытыми, а на нагрузочной части появляется определенное напряжение.
  • В период закрытия элемента сигнал управления не транслируется, что обеспечивает остановку подачи тока через прибор.

Стоит отметить, что при фазовом контроле кривая тока не является синусоидальной, выполняется трансформация формы сигнала напряжения. При этом намечается нарушение функционирования потребляющих элементов, которые восприимчивы к помехам высоких частот. Изменить величину на требуемый показатель позволяет специальный регулятор.

 тиристоры принцип действия принцип работы

Разновидности

Существует несколько типов тиристоров (принцип работы для «чайников» рассмотрен выше). Используются они в зарядных устройствах, переключателях, регуляторах уровня громкости. Выделяют следующие модификации:

  • Оптотиристор. Использует в цепи полупроводник, особо чувствительный к свету. Управляется прибор путем подачи светового потока.
  • Тиристор-диод. Оснащен активным параллельно подключенным диодом.
  • Динистор. Может трансформироваться в режим полной проводимости (при превышении номинального показателя напряжения).
  • Симистор. Состоит из пары тиристоров, имеющих встречное параллельное включение.
  • Инверторный тиристор. Отличается высокой коммутативной скоростью до 50 мкс.
  • Элементы с полевым транзистором. Работают по типу металло-оксидных полупроводников.

Характеристики

Рассмотрим параметры и принцип работы тиристора КУ202Н:

  • Предельное напряжение – 400 В.
  • Постоянный/повторяющийся импульсный ток – 30/10 А.
  • Напряжение в открытом режиме – 1,5 В.
  • Показатель рабочего постоянного тока – 4 мА.
  • Отпирающий ток на контрольном блоке – 200 мА.
  • Максимальная нарастающая скорость в закрытом положении – 5 В/мкс.
  • Период включения/выключения – 10/100 мкс.

Работает прибор по стандартной схеме для запирающихся тиристоров. Его аналоги: 1Н4202, ВТХ32 С100, КУМ202М.

тиристоры способы включения

Конструкция

Четырехслойная конфигурация тиристоров отличает их от аналогов полной управляемостью элемента. Амперный и вольтажный показатель при прямом направлении тока схож с параметрами обычных тиристоров. Однако рассматриваемые приборы способны пропускать существенное напряжение. Опции блокировки обратных больших напряжений у запираемых элементов не предусмотрены. В связи с этим требуется его агрегация со встречным параллельным диодом-полупроводником.

Существенное падение прямых напряжений является основной отличительной особенностью запираемого тиристора. Для его отключения необходимо выполнить подачу мощного импульсного тока на управляющий вывод. При этом длительность импульса должна быть максимально низкой (от 10 до 100 мкс). Отрицательное соотношение с прямым током составляет пропорцию 1/5. Итоговая разница предельного напряжения рассматриваемого прибора на 25% меньше, чем у обычного аналога.

классификация тиристоров

В заключение

Нами были рассмотрена классификация тиристоров и их особенности. Можно сделать следующий вывод: данные приспособления представляют собой приборы, относящиеся критично к скоростям нарастания прямого напряжения и силы тока. Для тиристоров характерно протекание обратных токов, позволяющих быстро понизить значение в цепи до нулевой отметки. Для защиты элементов следует применять различные схемы, дающие возможность предохранить блок от высоких напряжений в динамическом режиме.

Типы тиристоров и принцип действия — Студопедия

Тиристор — это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием низкой проводимости (тиристор закрыт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). Вольт-амперная характеристика тиристора имеет участок отрицательного сопротивления. При включении в цепь переменного тока тиристор открывается, пропуская ток в нагрузку при достижении мгновенным значением напряжения определённого уровня, либо при подаче отпирающего напряжения на управляющий электрод.

Основными типами являются диодные (рисунок 2.27, а) и триодные (рисунок 2.27, б — г) тиристоры.

Перевод прибора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на него. К числу факторов, наиболее широко используемых для отпирания тиристоров, относится воздействие напряжением (током) или светом (фототиристоры, рисунок 2.27, г).

В диодных тиристорах (динисторах или неуправляемых тиристорах) переход прибора из закрытого состояния в открытое связан с тем, что напряжение между анодом и катодом достигает некоторой граничной величины, являющейся параметром прибора. В триодных тиристорах управление состоянием прибора производится по цепи третьего — управляющего электрода. По цепи

а — динистор; б — однооперационный тиристор; в — двухоперационный тиристор; г — фототиристор; д — симистор

Рисунок 2.27 — Условные графические обозначения тиристоров


управляющего электрода при этом могут выполняться либо одна, либо две операции изменения состояния тиристора. В зависимости от этого различают одно- и двухоперационные тиристоры.

В однооперационных тиристорах (см. рисунок. 2.27, б) по цепи управляющего электрода осуществимо только отпирание тиристора. С этой целью на управляющий электрод подается положительный относительно катода импульс напряжения. Запирание однооперационного тиристора, а также динистора производится по цепи анода изменением полярности напряжения анод — катод. Двухоперационные тиристоры допускают как отпирание, так и запирание прибора по цепи управляющего электрода. Для запирания на управляющий электрод подается отрицательный импульс напряжения. В фототиристорах (см. рисунок 2.27, г) отпирание прибора производится с помощью светового импульса.

Все перечисленные приборы выполняют функцию бесконтактного ключа с односторонней проводимостью тока. Прибор, проводящий ток в обоих направлениях, называют симметричным тиристором (симистором). По своему назначению симистор (см. рисунок 2.27, д) призван выполнять функции двух обычных тиристоров включенных встречнопараллельно.


Анализ принципа действия указанных типов тиристоров проведем на примере достаточно подробного рассмотрения работы однооперационного тиристора (см. рисунок 2.27, б), как наиболее распространенного, а для других типов покажем их особенности.

Тиристор представляет собой четырехслойную полупроводниковую структуру типа р-п-р-п с тремя р-п-переходами (рисунок 2.28), в которой р1слой выполняет функцию анода, а п2-слой — катода.

Рисунок 2.28 — Полупроводниковая структура тиристора

Управляющий электрод связан с р2-слоем структуры. Основной материал в производстве тиристоров — кремний. Четырехслойная структура обычно создается по диффузионной технологии. Исходным материалом является кремниевая пластина п-типа толщиной 70…600 мкм (в зависимости от типа тиристора).

Сначала методом диффузии акцептор-

ной примеси с обеих сторон пластины создают транзисторную структуру типа р1-п12. Затем после локальной обработки поверхности р2-слоя вносят донорную примесь в р2-слой для получения четвертого п2-слоя.

Для удобства изучения процессов, протекающих в тиристоре, представим его в виде структуры, изображенной на рисунке 2.29. Рассмотрение проведем с помощью вольт-амперной характеристики тиристора (рисунок 2.30) при включении внешних напряжений в соответствии с рисунком 2.29.

Рисунок 2.29 — Составляющие токов в тиристоре при включении внешних напряжений

Рассмотрим обратную ветвь вольт-амперной характеристики тиристора, которая снимается при токе управления Iу = 0. Обратному напряжению тиристора (Е < О, Uак < 0) соответствует подключение внешнего напряжения отрицательным полюсом к аноду и положительным — к катоду. Полярность напряжения на тиристоре и его распределение по переходам структуры показаны

на рисунке 2.29 без скобок. Приложение обратного напряжения к тиристору вызывает смещение среднего перехода П2 в прямом направлении, а двух крайних переходов П1 и П3 — в обратном. Переход П2 открыт, и падение напряжения на нем мало. Поэтому можно предположить, что обратное напряжение Ub распределяется главным образом по переходам П1 и П3. Однако, в процессе изготовления тиристора обеспечивается достаточно высокая концентрация примеси в р2— и п2-слоях по сравнению с концентрацией в слоях р1 и п1, и переход П3 получается узким. С приложением обратного напряжения переход П3 вступает в режим электрического пробоя при напряжении, существенно меньшем рабочих напряжений Ub. Обратное напряжение, по существу, прикладывается к переходу П1, т. е. обратная ветвь вольт-амперной характеристики тиристора (рисунок 2.30) представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики перехода П1.

Таким образом, способность тиристора выдерживать обратное напряжение возлагается на р-п-переход П1. Проведенный ранее анализ обратной ветви вольт-амперной характеристики диода целиком применим к этому р-п-переходу. В частности, здесь аналогично решается задача получения лавинной характеристики для защиты тиристора от перенапряжений.

Проанализируем поведение тиристора при подведении к нему напряжения в прямом направлении (Е > О, Uак > 0). Полярность внешнего напряжения на тиристоре и переходах структуры показана на рисунке 2.29 в

скобках. Крайние переходы П1, П3 смещаются в прямом направлении, а средний переход П2 — в обратном. В связи с этим напряжение на приборе оказывается приложенным практически к переходу П2. Вначале рассмотрим случай отсутствия тока управления
(Iу = 0). Этот режим, как и предыдущий, справедлив и для динистора.

Анализ процессов в тиристоре при Uак > 0 удобно прово-

Рисунок 2.30 — Вольт-амперная характеристика тиристора

дить, воспользовавшись так называемой двухтранзисторной аналогией. При наличии на тиристоре напряжения в прямом направлении его можно представить в виде двух транзисторов типов р-п-р и п-р-п: транзистора T1 типа р1-n1-p2 и транзистора Т2 типа n22-п1(см. рисунок 2.29). Эмиттерным переходом для первого транзистора является переход П1, для второго транзистора Т2 — переход П3. Переход П2 служит общим коллекторным переходом обоих транзисторов. При этом полярность напряжений на переходах соответствует той, какая требуется для работы обоих транзисторов в усилительном режиме: эмиттерные переходы смещены в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.

Представив тиристор в виде сочетания транзистора Т1 с коэффициентом передачи тока α1 и током эмиттера IЭ1 и транзистора Т2 с коэффициентом передачи тока α2 и током эмиттера IЭ2, нетрудно показать составляющие тока в приборе (см. рисунок 2.29). Составляющая (1 — α1) IЭ1 — это ток базы транзистора Т1, составляющая α1IЭ1 — ток коллектора этого транзистора. Токи транзистора Т1 обусловлены главным образом движением дырок через п1базу. В транзисторе Т2 ток переносится в основном электронами (пунктирные стрелки на рисунке 2.29). Его составляющие (показаны на рисунке 2.29 сплошными линиями) представляют собой: (1 — α2)IЭ2 — ток базы, α2IЭ2 ток коллектора. Поскольку коллекторный переход смещен в обратном направлении, через него протекают также составляющие, обусловленные неосновными носителями заряда: дырки п1-области создают ток Iкр, электроны р2-области — ток Iкп. Токи Iкр и Iкп образуют суммарный ток Iк (см. рисунок 2.29).

Одним из факторов, влияющих на прямую ветвь вольт-амперной характеристики тиристора, является зависимость коэффициентов α1 и α2 от тока. Примерный вид этой зависимости показан на рисунке 2.31.

Рисунок 2.31 – Зависимость коэффициентов α1 и α2 от тока

Большее значение коэффициента α2 по сравнению с α1 объясняется меньшей толщиной р2-базы по сравнению с п1-базой (см. рисунок 2.29). В связи с этим п1базу часто называют толстой, а р2 -базу — тонкой. Требуемая зависимость коэффициентов α от тока создается в процессе изготовления приборов. Так, например, широко применяется шунтирование перехода П3, что приводит к уменьшению эффективности эмиттера транзистора Т2 и коэф-

фициента α2 в области малых токов.

После выяснения составляющих токов тиристора и установления зависимости коэффициентов α от тока можно рассмотреть прямую ветвь вольт-амперной характеристики прибора (рисунок 2.30).

На начальном участке 0 — б, соответствующем малым значениям прямого напряжения Uа, ток Iа мал. Коэффициенты α1 и α2 близки к нулю. Близки к нулю также составляющие токов α1 IЭ1 и α2 IЭ2 перехода П2. Ток через переход П2, а следовательно, и ток через тиристор Iа будет равен току Iк, т. е. в данном случае будет определяться обратным (тепловым) током Iк0 перехода П2. Таким образом, начальный участок 0 — б прямой ветви вольт-амперной характеристики тиристора представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики р-п-перехода П2, смещенного в обратном направлении.

По мере роста анодного напряжения, а следовательно, и напряжения на коллекторном переходе увеличиваются ток Iк и анодный ток через тиристор. Причина возрастания тока Iк связана, как известно, с увеличением тока утечки по поверхности перехода и умножением в нем носителей заряда. Увеличение тока через прибор сопровождается повышением коэффициентов α1 и α2. С некоторого значения тока Iа необходимо учитывать составляющие токов транзисторов α1 IЭ1 и α2 IЭ2, протекающие через коллекторный переход. Вследствие того, что повышение напряжения Ua приводит к увеличению тока Iк, а также составляющих α1 IЭ1 и α2 IЭ2, на вольт-амперной характеристике появляется участок б — в с более сильной зависимостью тока Iа от напряжения Uа.

Ток Ia можно найти, определив ток Iп2, протекающий через коллекторный переход:

Iп2 = α1 IЭ1 + α2 IЭ2 + Iк (2.10)

С учетом того, что в любом сечении прибора при Iу = 0 протекает один и тот же ток Iа (Iп2 = IЭ1 = IЭ2 = Iа) соотношение (2.10) приобретает вид

Iп2 = Iа = (α1 + α2 ) Iа + Iк (2.11)

откуда

(2.12)

Выражение (2.12) подтверждает наличие участков 0 — б и б — в на вольт-амперной характеристике тиристора. При малых напряжении Ua и токе Iа (участок 0 — б) сумма коэффициентов передачи тока α1 + α2 0, анодный ток Iа ≈ Iк. На участке б — в ток Iа возрастает за счет увеличения тока Iк и суммы α1 + α2, которая, однако, не достигает единицы на этом участке.

Точка в является граничной, в которой создаются условия для отпирания тиристора. Напряжение на приборе в точке в называется напряжением переключения Uпер.

Рассмотрим более подробно процесс перехода тиристора из закрытого состояния в открытое (участок в — г). При этом объясним сущность двух явлений, связанных с отпиранием прибора: 1) уменьшение напряжения на переходе П2 и тиристоре; 2) действие внутренней положительной обратной связи в приборе, благодаря которой процесс имеет скачкообразный характер.

Причиной перехода тиристора из закрытого состояния в открытое является повышение роли составляющих α1 IЭ1 и α2 IЭ2 и соответственно их суммы (α1+ α2) Iа в токе через переход П2 по сравнению с током Iк. По мере приближения к точке в увеличение тока через прибор происходит главным образом за счет составляющих α1 IЭ1 и α2 IЭ2, а не за счет увеличения тока
Iк = Iк0, вызываемого повышением напряжения на переходе П2. В точке в роль составляющих α1 IЭ1 и α2 IЭ2 и их суммы (α1+ α2) Iа столь значительна в балансе составляющих токов (2.11), протекающих через переход П2, что дальнейшее увеличение тока Iа возможно лишь за счет уменьшения тока Iк, а следовательно, уменьшения обусловливающего этот ток напряжения на переходе П2 и тиристоре Uа (отпирание прибора).

Уменьшение напряжения на переходе объясняется тем, что увеличение составляющих токов α1 IЭ1 и α2 IЭ2 через переход П2 вызывает увеличение потока электронов в п1базу и дырок в р2-базу и соответственно появление в базах избыточных носителей заряда, снижающих потенциальный барьер коллекторного перехода. Одновременно с этим избыточные носители заряда в базах снижают потенциальные барьеры эмиттерных переходов П1 и П3, вызывая дополнительную инжекцию носителей заряда. Это приводит к еще большему возрастанию коэффициентов α1 и α2 и заполнению носителями зарядов обеих баз тиристора. В приборе действует внутренняя положительная обратная связь, приводящая к лавинообразному развитию процесса его отпирания.

Участок г — д соответствует открытому состоянию тиристора. В точке г напряжение на переходе П2 равно нулю, ток Iк = 0, сумма коэффициентов
α1 + α2 = 1. Ток через переход П2 равен сумме составляющих α1 Iэ1 и α2 Iэ2 Напряжение на приборе Uа в точке г равно сумме напряжений на переходах П1 и П3, смещенных в прямом направлении.

При перемещении по кривой от точки г к точке д ток через тиристор возрастает, что увеличивает коэффициенты α1 и α2, а также их сумму
(α1 + α2 > 1). Баланс составляющих токов через коллекторный переход достигается изменением полярности напряжения на переходе П2 («переполюсовка» коллекторного перехода на рисунке 2.29), вследствие чего ток Iк изменяет направление. Иными словами, коллекторный переход под действием избыточных зарядов — дырок в р2-базе и электронов в п1базе, создаваемых потоками носителей соответственно первого и второго транзисторов, переводится в проводящее состояние, обеспечивая встречную инжекцию носителей заряда (ток Iк теперь уже не является обратным током коллекторного перехода П2).

Таким образом, коллекторный ток Iк играет существенную роль в работе тиристора, обеспечивая баланс составляющих токов через коллекторный переход. Необходимая величина Iк устанавливается благодаря изменению напряжения на коллекторном переходе под действием зарядов, накапливаемых в базах тиристора.

На участке г — д все три р-п-перехода прибора находятся под прямым напряжением смещения. Напряжения на переходах П1, П3 противоположны по знаку напряжению на переходе П2. В связи с этим падение напряжения на приборе (0,75…1,5 В) примерно равно падению напряжения на одном переходе (как в диоде). Увеличение падения напряжения на тиристоре при движении по кривой от точки г к точке д объясняется повышением напряжения на переходах и ростом падения напряжения в слоях полупроводниковой структуры с увеличением тока.

Рассмотрим поведение тиристора при наличии тока управления (Iу > 0). С этой целью получим выражение для его анодного тока. При Iу > 0 также справедливо выражение (2.10), определяющее ток коллекторного перехода по его составляющим. Как и в предыдущем случае, Iп2 = Iэ1 = Iа, но в ток Iэ2 будет входить Iу, поэтому Iэ2 = Iа + Iу.

С учетом приведенных соотношений решение (2.10) относительно Iа дает

. (2.13)

В соответствии с выражением (2.13) ток управления приводит к более крутому нарастанию анодного тока. Это связано, во-первых, с наличием в числителе выражения (2.13) составляющей α2 Iу и, во-вторых, с большим значением коэффициента α2 вследствие возрастания тока Iэ2 на величину тока управления. Ввиду появления дополнительной составляющей α2 Iу в токе коллекторного перехода и повышения коэффициента α2 переключение тиристора из закрытого состояния в открытое происходит при меньшем напряжении на приборе (см. рисунок 2.30). Процесс, связанный с переходом тиристора из закрытого состояния в открытое, происходит при Iу > 0 подобно рассмотренному. Влияние тока Iу на вольт-амперную характеристику тиристора иллюстрируют участки кривых 0 — е и 0 — ж, показанные для двух значений тока управления Iу2 > Iу1.

При некотором значении тока управления участок закрытого состояния тиристора на прямой ветви вольт-амперной характеристики исчезает и характеристика приближается к прямой ветви вольт-амперной характеристики простого р-п-перехода (ветвь 0 – г — д). Наблюдается так называемое спрямление характеристики. Значение тока Iу, при котором происходит спрямление характеристики, определяет ток управления спрямления Iу.спр.

Тиристор как ключевой элемент нашел широкое применение в цепях постоянного и переменного токов. Рассмотренный режим работы, когда отпирание прибора следует после достижения на нем напряжения переключения Uпер (переключение по цепи анода), используется лишь в схемах с динисторами.

Для тиристора переключение по цепи анода представляет интерес лишь с точки зрения анализа принципа действия и вольт-амперной характеристики этого прибора. Практическое применение нашел режим отпирания по управляющему электроду, т. е. за счет подачи на управляющий электрод отпирающего импульса напряжения. Сущность этого режима отпирания тиристора заключается в следующем.

В исходном состоянии тиристор закрыт, ток управления равен нулю. Напряжение источника питания Е меньше напряжения переключения тиристора Uпер. При Е > 0 рабочая точка тиристора расположена на прямой ветви вольт-амперной характеристики 0 — в. Через нагрузку и тиристор (см. рисунок 2.29) протекает малый ток, соответствующий рабочей точке на этой ветви. В требуемый момент времени подают импульс управления Еу, задавая необходимый для отпирания тиристора импульс тока управления, больший тока спрямления. Тиристор открывается, и рабочая точка переходит на ветвь г — д. Ток через тиристор и нагрузку находят теперь из соотношения Iа = Iн =
=(Е
Uа )/ Rн, где Uа — падение напряжения на тиристоре, определяемое рабочей точкой на ветви г — д. Задачу определения токов и напряжений удобно решать графически, построив линию, проходящую через точки с координатами (0; E / Rн) и (Е; 0) (см. рисунок 2.30). Координаты точек пересечения этой линии с вольт-амперной характеристикой определяют ток и напряжение на тиристоре в закрытом и открытом состояниях.

Тиристоры выпускаются на диапазон прямых токов от десятков миллиампер до нескольких сотен ампер и напряжения от десятков вольт до нескольких киловольт.

Тиристоры малой и средней мощности применяются в релейной и коммутационной аппаратуре. Их справочными параметрами по току служат допустимое значение среднего прямого тока или максимальный постоянный прямой ток. Параметром по напряжению этих тиристоров является максимально допустимое напряжение, которое определяется по наименьшему из значений прямого (Uпер при Iу = 0) и обратного напряжений, соответствующих началу крутого нарастания обратного тока.

Мощные тиристоры используются в системах преобразования электрической энергии. Параметры по току (Iп, Iрп, Iуд) и напряжению (Up, Uп, Uнп) у них те же, что и для мощных диодов. Параметры по напряжению указываются по наименьшему значению прямого и обратного напряжений. Мощные тиристоры выполняют с теплоотводом. Способы теплоотвода здесь те же, что и для мощных диодов. Подобным же образом решаются задачи последовательного и параллельного соединения тиристоров.

Из других наиболее существенных параметров необходимо указать обратный ток тиристора, напряжение и ток цепи управления, соответствующие переходу тиристора из закрытого состояния в открытое. Динамические параметры тиристора характеризуют время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое (время включения tвк) и время восстановления запирающих свойств (время выключения tв).

Восстановление запирающих свойств осуществляется за счет приложения к тиристору обратного напряжения. Величина tв определяет время, в течение которого происходит полное рассасывание носителей заряда в базовых слоях ранее проводившего тиристора при приложении обратного напряжения, по окончании которого к прибору может быть вновь приложено напряжение в прямом направлении без опасения его самопроизвольного отпирания. Процесс восстановления запирающих свойств происходит за счет двух факторов: протекания обратного тока через тиристор, при котором отводится основная часть носителей заряда, накопленных в базах прибора, и рекомбинации оставшихся носителей заряда. Величины tвк и tв определяют частотные свойства тиристора и зависят от его типа. Время tвк составляет от 1…5 до
30 мкс, а время tв — от 5…12 до 250 мкс.

Фототиристор (см. рисунок 2.27, г) по принципу действия подобен рассмотренному. Отличие заключается в том, что увеличение числа носителей заряда в тиристоре, необходимое для его отпирания, производится не за счет тока управления, а за счет освещения прибора (р2-слоя на рисунке 2.29). С этой целью в корпусе прибора предусматривается специальное окно.

Фототиристоры нашли широкое применение в высоковольтных установках преобразования электрической энергии, поскольку они позволяют надежно решать задачу развязки по напряжению выходной цепи прибора и системы управления.

Вольт-амперные характеристики двухоперационного тиристора (см. рисунок 2.27, в) такие же, как и у однооперационного. В двухоперационных тиристорах запирание осуществляется не изменением полярности напряжения анод — катод, а пропусканием через управляющий электрод импульса тока, противоположного по направлению току отпирания. При этом используется свойство внутренней положительной обратной связи, действующей в приборе. При пропускании встречного тока в цепи управляющего электрода ток базы транзистора Т2 (см. рисунок 2.29) уменьшается, что приводит к уменьшению всех составляющих токов тиристора, а следовательно, к снижению анодного тока и запиранию прибора. Двухоперационные тиристоры выпускаются на токи до 10 А.

В симметричных тиристорах (симисторах, см. рисунок 2.27, д) с помощью комбинации р— и n-слоев создают полупроводниковую структуру (рисунок 2.32, а), в которой как при одной, так и при другой полярности напряжения выполняются условия, соответствующие прямой ветви вольт-амперной характеристики обычного тиристора. Прибор способен проводить ток в обоих направлениях; его вольт-амперные характеристики приведены на рисунке 2.32, б.

Верхняя часть структуры симистора (рисунок 2.32, а) состоит из слоев n1, p1 и п4. Ее крайние слои металлизации электрически объединены и связаны с внешним выводом А прибора. В нижней части структуры слой металлизации, имеющий контакт с внешним выводом В прибора, связывает электрически слои р2 и п3. Вывод от центральной части р1-слоя является управляющим электродом тиристора. Слои с противоположным типом электропроводности образуют в структуре пять р-п-переходов.

Предположим, что тиристор закрыт и к внешнему выводу А относительно вывода В подано напряжение положительной полярности (на рисунке 2.32, а показана без скобок). При этом переходы П3, П4 смещаются в прямом направлении, а переход П3 — в обратном. Все внешнее напряжение будет приложено к переходу П3.

Рисунок 2.32 — Полупроводниковая структура симистора (а) и его вольт-амперная характеристика (б).

При подаче на управляющий электрод импульса напряжения положительной полярности относительно вывода А переход П5 смещается в прямом направлении и инжектирует электроны из п4-слоя в р1-слой, которые под действием диффузии проходят р1-слой в направлении перехода П2. Прямое напряжение на переходе П2 будет ускоряющим для электронов, которые входят в n2-слой. Вошедшие электроны снижают потенциал п2-слоя относительно p1-слоя, прямое напряжение на переходе П2 увеличивается, что приводит к инжекции дырок из р1-слоя в п2-слой. Пройдя под действием диффузии п2— слой, дырки попадают в ускоряющее поле перехода П3 и перебрасываются в р2-слой. Диффузионное движение дырок в р2-слое в направлении внешнего вывода В возможно лишь по пути огибания перехода П4 (на рисунке 2.32, а показано стрелкой), так как поле перехода П4 для дырок будет тормозящим.

В результате протекания дырочного тока через р2-слой в нем создается падение напряжения, которое увеличивает прямое смещение перехода П4. В свою очередь, увеличиваются инжекция электронов из п3-слоя в р2-слой и последующий их переход в р2-слой во встречном направлении. Появление дополнительного числа электронов в п2-слое вызывает еще больший поток дырок в направлении внешнего вывода В.

В приборе действует внутренняя положительная обратная связь, приводящая к лавинообразному процессу нарастания тока через прибор и отпиранию правой половины тиристорной структуры p1-n2-p2-n3. Таким образом, в результате подачи импульса управления осуществляется переход тиристора с участка закрытого состояния 0 — а на участок открытого состояния б — в вольт-амперной характеристики (см. рисунок 2.32, б).

При подведении к тиристору напряжения противоположной полярности (на рисунке 2.32, а в скобках) поведение прибора определяется структурой левой его части. п1 — р1 — п2 — р2, соответствующей обычному тиристору с внешним напряжением, приложенным в прямом направлении.

Симисторы выпускают на токи до 160 А и напряжение до 1200 В.

5. Тиристоры Назначение и классификация

Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

Это определило его название – “thyra” по гречески “дверь”. Тиристор подобно двери открывается, пропуская электрический ток, и закрывается, преграждая путь току. Тиристоры используются в цепях электропитания устройств связи и энергетики, в качестве регуляторов.

Применение тиристоров на электроподвижном составе и тяговых подстанциях позволило осуществлять плавное регулирование выпрямленного тока, инвертирование тока, а также выполнять ряд других функций.

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор. К числу факторов, наиболее широко используемых для отпирания тиристоров, относится воздействие напряжением (током) или светом (фототиристоры).

По своей структуре тиристоры отличаются от биполярных транзисторов тем, что у них вместо трех – четыре (или более) полупроводниковых слоя, в которых проводимость последовательно чередуется.

Существует много разновидностей тиристоров (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Классификация тиристоров

Основными типами являются диодные и триодные тиристоры.

Диодные и триодные тиристоры

В диодных тиристорах (динисторах) переход прибора из закрытого состояния в открытое связан с тем, что напряжение между анодом и катодом достигает некоторой граничной величины – напряжения включения (Uвкл), являющейся параметром прибора.

В триодных тиристорах (тринисторах) управление состоянием прибора производится по цепи третьего – управляющего электрода.

Устройство тиристора с управляющим электродом показано на рис. 7.2. Тиристор имеет структуру p1-n1-p2-n2 c тремя p-n-переходами (П1— П3).

Рис. 7.2. Устройство тиристора с управляющим электродом

Исходным материалом для изготовления тиристора является кремниевая пластина n-типа. Сначала путем диффузии акцепторной примеси с обеих сторон создают транзисторную структуру p1-n1-p2. Затем, после локальной обработки поверхности слоя p2, вносят донорную примесь в этот слой для получения четвертого n2-слоя.

Рассмотрим структурную схему тиристора при приложении напряжений обратной и прямой полярности и его ВАХ (рис. 7.3, 7.4).

Рассмотрим обратную ветвь вольт-амперной характеристики тиристора, которая снимается при токе управления Iу = 0. Обратному напряжению соответствует полярность, указанная на рис. 7.3 без скобок. При приложении обратного напряжения Uобр переходы П1 и П3 закрыты, П2 – открыт. Падение напряжения на переходе П2 мало, поэтому можно предположить, что обратное напряжение Uобр распределяется равномерно между переходами П1 и П3.

Рис. 7.3. Вольт-амперная характеристика тиристора

Рис. 7.4. Структурная схема тиристора при приложении напряжений

обратной и прямой полярности

При изготовлении тиристоров концентрация примесей в слоях p2 и n2 делается намного выше концентрации примесей в слоях p1 и n1, поэтому переход П3 получается узким. С приложением обратного напряжения переход П3 вступает в режим электрического пробоя при напряжении, меньшем рабочего напряжения тиристора, то есть обратное напряжение приложено по существу к переходу П1.

Обратная ветвь ВАХ тиристора представляет собой обратную ветвь ВАХ перехода П1 или диода (рис. 7.3). Именно на переходе П1 решается задача получения лавинной характеристики для защиты тиристора от перенапряжений (создание лавинного тиристора).

Рассмотрим прямую ветвь ВАХ. При приложении прямого напряжения переходы П1 и П3 открыты, переход П2 закрыт.

Рассмотрим работу тиристора при токе управления Iу = 0. Этот режим соответствует работе тиристора в режиме динистора.

Для рассмотрения принципа работы тиристора воспользуемся двухтранзисторной аналогией. На рис. 7.4 можно представить структуру p1-n1-p2 в виде транзистора VT1, а структуру n2-p2-n1 в виде транзистора VT2. При этом переходы П1 и П3 будут являться эмиттерными переходами двух транзисторов, а переход П2 будет являться общим коллекторным переходом для обоих транзисторов. Через эмиттерные переходы транзисторов VT1 и VT2 будут протекать токи Iэ1 и Iэ2, а коэффициенты передачи этих токов – α1 и α2.

Из-за большого сопротивления перехода П2 тиристор находится в закрытом состоянии.

Чтобы открыть тиристор необходимо сбалансировать потенциальный барьер на границе слоев n1 и p2. Под действием прямых напряжений через эмиттерные переходы (П1 и П3) происходит инжекция основных носителей заряда в соответствующие базы транзисторов n1 и p2. В транзисторе VT2 электроны из эмиттера (слой n2) переходят в базу (слой p2), где становятся неосновными носителями. Часть этих электронов рекомбинирует в базе, а остальные переходят на коллектор n1, где создается избыточный отрицательный заряд. Аналогично дырки создают в слое p2 избыточный положительный заряд.

Однако, за счет обратного напряжения на переходе П2 в области n1 имеется положительный заряд, а в области p2 – отрицательный, образующие потенциальный барьер. Избыточные электроны в слое n1 и дырки в слое p2, накапливаясь, создают свое электрическое поле, которое снижает потенциальный барьер. Чем больше напряжение Uпр, тем больше это поле, и в результате оно может полностью компенсировать потенциальный барьер, при этом Uпр достигнет значения напряжения включения Uвкл. Ток тиристора резко возрастет, тиристор откроется, его ВАХ будет идентична ВАХ диода. Сопротивление перехода П2 станет незначительным (как у переходов П1 и П3). На рис. 7.3 значение напряжения включения Uвкл соответствует значению в точке а.

Процесс скачкообразного переключения тиристора из закрытого состояния в открытое можно еще весьма просто объяснить математически.

Коллекторные токи транзисторов VT1 и VT2 определяются следующим образом:

Iк1 = 1Iэ1;

Iк2 = 2Iэ2. (7.1)

Через коллекторный переход течет еще обратный ток этого перехода – Iко – тепловой ток. Таким образом, результирующий ток коллекторного перехода будет равен:

Iкол = Iк1 + Iк2 + Iко = 1Iэ1 + 2Iэ2 + Iко. (7.2)

Все переходы в тиристоре соединены последовательно и тиристор имеет два силовых вывода, поэтому результирующий ток будет равен:

IА = Iк = Iэ1 = Iэ2. (7.3)

Из выражения (7.2) с учетом (7.3) можно определить ток анода:

. (7.4)

При малых токах 1 и 2 значительно меньше единицы и сумма их также меньше единицы. Тогда в соответствии с выражением (7.4) ток IА получается сравнительно небольшим. С увеличением тока 1 и 2 растут, и это приводит к возрастанию тока IА. При некотором токе, являющимся током включения Iвкл, сумма 1 + 2 становится равной единице и ток IА возрос бы до бесконечности, если бы его не ограничивало сопротивление нагрузки Rн (участок б-в на рис. 7.3). Именно такое стремление тока IА неограниченно возрастать указывает на скачкообразное нарастание тока, то есть на отпирание тиристора.

При отсутствии тока управления Iу тиристор будет всегда открываться при напряжении включения Uвкл (точка а на рис. 7.3), но он неуправляем, т.е. работает в режиме динистора.

В ряде случаев динистор используется в электрических цепях в качестве разрядника, например для защиты вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов электроподвижного состава. Работа его заключается в следующем: при возникновении перенапряжения и соответствующем пробое динистора вентильная обмотка преобразовательного трансформатора закорачивается, но аварийное перенапряжение при этом не пропускается на нагрузку.

Недостатком динисторов является большое значение напряжения включения Uвкл при протекании больших токов.

Создав третий электрод можно управлять моментом открытия тиристора. Такой тиристор (трехэлектродный) называется тринистором.

С увеличением напряжения управления + Uупр возрастает значение тока управления Iу. Ток управления приводит к движению электронов из области n2 в область p2. Для области p2 электроны – неосновные носители заряда, для них поле перехода П2 действует втягивающее (экстракция). Эти электроны усиливают компенсацию объемного положительного заряда и тиристор открывается при значении прямого напряжения Uпр меньшем, чем значение напряжения включения Uвкл. У тиристора растет значение 2, сумма 1 + 2 стремится к единице при напряжении Uпр < Uвкл. Значения тока Iу – единицы миллиампер, при этом значения тока IА достигает десятков и сотен ампер. На рис. 7.3 точки г, д, е, ж соответствуют различным сочетаниям значений Uвкл и Iу (Uвкл1 и Iу1; Uвкл2 и Iу2 и т.д.). Существует значение тока управления, при котором тиристор открывается сразу – ток управления спрямления. При этом ВАХ тиристора вырождается в ВАХ диода.

Тиристор – частично управляемый вентиль, так как можно управлять только моментом его открытия, тиристор не может закрыться при уменьшении Iу, а закроется при условии, что ток анода IА будет меньше тока удержания Iуд.

ТИРИСТОРЫ принципы работы и области применения

  • Главная, Купить Тиристоры ,Диоды,Симисторы
  • Силовая электроника IXYS
    • Тиристорно-диодные модули IXYS
    • Тиристорно-тиристорные модули IXYS
    • Диоды в модульном корпусе
    • Тиристоры в модульном корпусе
    • Диодно-диодные модули
  • Где купить?
  • Аналоги Тиристоров и Диодов
    • Справочники по Силовым Тиристорам,Диодам и Аналогам
      • Справочники по тиристорам и диодам
      • Справочники -Тиристоры,Диоды,Симисторы,Стабилитроны
      • Принцип работы тиристоров и область применения
      • Устройство и параметры тиристоров
      • Общие сведения о тиристорах
      • Марикировка отечественных тиристоров,диодов (СНГ, СССР)
      • Методы и аппаратура для определения качества включения силовых тиристоров при групповом соединении
      • Монтаж и Эксплуатация
      • О ВЛИЯНИИ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ ТОКА УПРАВЛЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ПЛОЩАДИ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВЫХ ТИРИСТОРОВ
    • Замена силовых полупроводников, снятых с производства
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 1
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 2
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 3
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 4
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 5
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 6
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 7
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 8
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 9
    • АНАЛОГИ ТИРИCТОРОВ 11
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 10
  • Классификация Тиристоров
  • Контакты
    • О компании
  • Фото Каталог Полупроводниковых приборов
  • Тэги
  • Тэги 2
  • тэги 3
  • Охлаждение для силовых тиристоров и диодов
    • Охладители для силовых тиристоров , диодов
    • Охладители для тиристоров и диодов и аналоги
ТИРИСТОРЫ

Типы тиристоров — Студопедия

В настоящее время имеется довольно много различных типов тиристоров. Диодные тиристоры или динисторы имеют два внешних вывода, триодные тиристоры или тринисторы имеют три вывода. Динистор имеет постоянный порог срабатывания, порог тринистора может изменяться током управляющего электрода.

Динисторы и тринисторы могут иметь ВАХ трех типов (рис. 7.8). Непроводящие в обратном направлении тиристоры при подаче отрицательного анодного напряжения не переключаются и оказываются закрытыми (рис. 7.8,а). Проводящие в обратном направлении тиристоры также не переключаются при подаче обратного напряжения, но проводят токи сравнимые с токами в открытом состоянии в прямом направлении (рис. 7.8,б). Симметричные тиристоры – симисторы – имеют одинаковые характеристики переключения в первом и третьем квадрантах ВАХ (рис. 7.8,б).

Рис. 7.8 Примеры ВАХ тиристоров различных типов

Тиристоры изготавливаются на основе кремния. Большая ширина запрещенной зоны кремния, совершенство кристаллической структуры, большие подвижности и времена жизни носителей заряда, механическая прочность и сравнительная легкость получения рn-переходов позволили создать кремниевые тиристоры с различным сочетанием параметров: на токи от 1 мА до 10 кА и напряжения от нескольких вольт до нескольких киловольт. Скорость нарастания напряжения в них достигает I09 В/с, а тока – 109А/с. Время включения составляет от сотых долей до десятков микросекунд, время выключения – от единиц до сотен микросекунд.


Конструктивно различают три типа приборов: тиристоры штыревой конструкции в металлических и металлокерамических корпусах, прижимные тиристоры с отводом тепла с одной стороны приборов, таблеточные с двусторонним отводом тепла. Основными конструкциями являются штырьевая и таблеточная.

Серийно выпускают следующие основные типы тиристоров средней и большой мощностей.

Управляемые тиристоры типа Т – это наиболее распространенный тип тиристоров на токи 10…200 А и напряжения переключения до 1600 В. Сюда же относятся тиристоры типа ТД – тиристоры динамические и ТТ – тиристоры таблеточные.

Лавинные транзисторы типа ТЛ рассчитаны на токи до 250 А и напряжения лавинного пробоя до 1500 В. Для тиристоров такого типа допускается кратковременное перенапряжение в обратном направлении, когда напряжение превышает напряжение лавинного пробоя.


Высокочастотные тиристоры типа ТЧ (тиристор частотный) рассчитаны на токи 10…200 А, напряжение переключения до 1200 В, время выключения до 15 мкс. Тиристоры типов Т, ТД, Т’Т, TЛ работают на частотах до 500 Гц, а рабочая частота тиристоров ТЧ достигает 20 кГц.

В эту же группу приборов входят тиристоры типов ТИ (тиристор импульсный) и ТМ (тиристор модуляторный), которые предназначены для работы при больших импульсах токов – до 3000 А, и коротких длительностях импульсов – 1…1000 мкс. больших скоростях нарастания анодного тока – до 109 А/с и малых временах включения – 0,1…0,2 мкс.

Широкое распространение в цепях переменного тока находят тиристоры с симметричными характеристиками – симисторы. Симметричные тиристоры типа ТС (тиристор симметричный) выполняют роль ключа переменного тока. Один управляющий электрод обеспечивает управление обеими ветвями ВАХ, причем токи управления для разных направлений различны. Эффективные токи тиристоров ТС достигают 150 А, напряжение переключения – 1200 В.

На рис. 7.9 приведены примеры некоторых возможных структур тиристоров и их графические обозначения.

 
 

Рис. 7.9 Примеры структур тиристоров и их графические обозначения

Общие сведения о тиристорах

  • Главная, Купить Тиристоры ,Диоды,Симисторы
  • Силовая электроника IXYS
    • Тиристорно-диодные модули IXYS
    • Тиристорно-тиристорные модули IXYS
    • Диоды в модульном корпусе
    • Тиристоры в модульном корпусе
    • Диодно-диодные модули
  • Где купить?
  • Аналоги Тиристоров и Диодов
    • Справочники по Силовым Тиристорам,Диодам и Аналогам
      • Справочники по тиристорам и диодам
      • Справочники -Тиристоры,Диоды,Симисторы,Стабилитроны
      • Принцип работы тиристоров и область применения
      • Устройство и параметры тиристоров
      • Общие сведения о тиристорах
      • Марикировка отечественных тиристоров,диодов (СНГ, СССР)
      • Методы и аппаратура для определения качества включения силовых тиристоров при групповом соединении
      • Монтаж и Эксплуатация
      • О ВЛИЯНИИ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ ТОКА УПРАВЛЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ПЛОЩАДИ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВЫХ ТИРИСТОРОВ
    • Замена силовых полупроводников, снятых с производства
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 1
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 2
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 3
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 4
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 5
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 6
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 7
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 8
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 9
    • АНАЛОГИ ТИРИCТОРОВ 11
    • АНАЛОГИ ТИРИСТОРОВ 10
  • Классификация Тиристоров
  • Контакты
    • О компании
  • Фото Каталог Полупроводниковых приборов
  • Тэги
  • Тэги 2
  • тэги 3
  • Охлаждение для силовых тиристоров и диодов
    • Охладители для силовых тиристоров , диодов
    • Охладители для тиристоров и диодов и аналоги
ТИРИСТОРЫ

Классификация методов коммутации тиристоров

В большинстве преобразователей и импульсных источников питания используются компоненты силовой электроники, такие как тиристоры, MOSFET и другие силовые полупроводниковые устройства для высокочастотных операций переключения при высоких номинальных мощностях. Рассмотрим тиристоры, которые мы очень часто используем в качестве бистабильных переключателей в нескольких приложениях. В этих тиристорах используются переключатели, которые необходимо включать и выключать. Для включения тиристоров существуют методы включения тиристоров, называемые методами срабатывания тиристоров.Аналогично, для отключения тиристоров существуют методы, называемые методами коммутации тиристоров. Прежде чем обсуждать методы коммутации тиристоров, мы должны кое-что узнать об основах тиристоров, таких как тиристоры, работа тиристоров, различные типы тиристоров и способы включения тиристоров.

Тиристор

Двух-четырехпроводные полупроводниковые устройства, состоящие из четырех слоев чередующихся материалов N- и P-типа, называются тиристорами. Обычно они используются как бистабильные переключатели, которые работают только при срабатывании затвора тиристора.Триистор также называют кремниевым выпрямителем или тиристором.


Thyristor Thyristor Тиристор

Методы коммутации тиристоров

Как мы уже выяснили выше, тиристор можно включить, запустив клемму затвора с помощью короткого импульса низкого напряжения. Но после включения он будет работать непрерывно, пока тиристор не будет смещен в обратном направлении или ток нагрузки не упадет до нуля. Эта непрерывная проводимость тиристоров вызывает проблемы в некоторых приложениях. Процесс выключения тиристора называется коммутацией.В процессе коммутации режим работы тиристора изменяется с режима прямой проводимости на режим прямой блокировки. Итак, для выключения используются методы коммутации тиристоров или методы коммутации тиристоров.

Методы коммутации тиристоров подразделяются на два типа:

  • Естественная коммутация
  • Принудительная коммутация

Естественная коммутация

Обычно, если мы рассматриваем питание переменного тока, ток будет проходить через линию пересечения нуля при переходе от положительного от пика до отрицательного пика.Таким образом, одновременно на приборе появится обратное напряжение, которое немедленно отключит тиристор. Этот процесс называется естественной коммутацией, поскольку тиристор выключается естественным образом без использования каких-либо внешних компонентов, цепи или источника питания для коммутации.

Natural Commutation Natural Commutation Естественная коммутация

Естественная коммутация может наблюдаться в контроллерах напряжения переменного тока, выпрямителях с фазовым управлением и циклоконверторах.

PCBWay PCBWay

Принудительная коммутация

Тиристор может быть отключен обратным смещением тиристора или использованием активных или пассивных компонентов.Ток тиристора можно уменьшить до значения ниже значения тока удержания. Поскольку тиристор выключается принудительно, это называется процессом принудительной коммутации. Базовая электроника и электрические компоненты, такие как индуктивность и емкость, используются в качестве коммутирующих элементов для целей коммутации.

Может наблюдаться принудительная коммутация при питании постоянным током; следовательно, это также называется коммутацией постоянного тока. Внешняя цепь, используемая для процесса принудительной коммутации, называется коммутационной схемой, а элементы, используемые в этой схеме, называются коммутирующими элементами.

Классификация методов принудительной коммутации

Принудительную коммутацию можно классифицировать по различным методам следующим образом:

  • Класс A: Самокоммутируется резонирующей нагрузкой
  • Класс B: Самокоммутируется по контуру LC
  • Класс C: Cor LC переключается с помощью другого поддерживающего нагрузку SCR
  • Класс D: C или LC переключается с помощью вспомогательного SCR
  • Класс E: Внешний источник импульсов для коммутации
  • Класс F: Коммутация линии переменного тока
Класс A: Самостоятельная коммутация с помощью резонирующего Нагрузка

Класс A — один из часто используемых способов коммутации тиристоров.Если тиристор срабатывает или включается, то анодный ток будет протекать, заряжая конденсатор C точкой как положительной. Схема второго порядка с пониженным демпфированием образована индуктором или резистором переменного тока, конденсатором и резистором. Если ток нарастает через SCR и завершает полупериод, то ток индуктора будет течь через SCR в обратном направлении, что отключит тиристор.

Class A-Commutation Class A-Commutation Класс A-Коммутация

После коммутации тиристора или выключения тиристора, конденсатор начнет экспоненциально разряжаться от своего пикового значения через резистор.Тиристор будет находиться в состоянии обратного смещения, пока напряжение на конденсаторе не вернется к уровню напряжения питания.

Класс B: самокоммутируется цепью LC

Основное различие между методами коммутации тиристоров класса A и класса B заключается в том, что LC соединен последовательно с тиристором в классе A, тогда как параллельно с тиристором в классе B. срабатывая на SCR, конденсатор заряжается (точка указывает на плюс). Если SCR срабатывает или подает импульс запуска, то результирующий ток имеет две составляющие.Постоянный ток нагрузки, протекающий через нагрузку R-L, обеспечивается большим реактивным сопротивлением, подключенным последовательно с нагрузкой, которая ограничена диодом свободного хода. Если синусоидальный ток течет через резонансный контур L-C, то конденсатор C заряжается отрицательной точкой в ​​конце полупериода.

Class B-Commutation Class B-Commutation Класс B-Коммутация

Полный ток, протекающий через SCR, становится равным нулю, а обратный ток, протекающий через SCR, противодействует току нагрузки для небольшой части отрицательного размаха.Если ток резонансной цепи или обратный ток становится чуть больше, чем ток нагрузки, то тиристор будет выключен.

Класс C: C или L-C переключается другой нагрузкой SCR

В описанных выше методах коммутации тиристоров мы наблюдали только один SCR, но в этих методах коммутации тиристоров класса C будет два SCR. Один SCR считается основным тиристором, а другой — вспомогательным тиристором. В этой классификации оба могут действовать как основные тиристоры, несущие ток нагрузки, и они могут быть спроектированы с четырьмя тиристорами с нагрузкой через конденсатор с использованием источника тока для питания интегрального преобразователя.

Class C-Commutation Class C-Commutation Класс C-Коммутация

Если срабатывает тиристор T2, то конденсатор заряжается. Если тиристор T1 срабатывает, то конденсатор разряжается, и этот разрядный ток C будет противодействовать потоку тока нагрузки в T2, поскольку конденсатор переключается на T2 через T1.

Класс D: LC или C, переключаемый вспомогательным тиристором

Методы коммутации тиристоров классов C и D могут различаться в зависимости от тока нагрузки в классе D: только один из тиристоров будет пропускать ток нагрузки, а другой действует как вспомогательный тиристор, тогда как в классе C оба тиристора будут пропускать ток нагрузки.Вспомогательный тиристор состоит из резистора на аноде, сопротивление которого примерно в десять раз превышает сопротивление нагрузки.

Class D-Commutation Class D-Commutation Класс D-Коммутация

При запуске Ta (вспомогательный тиристор) конденсатор заряжается до напряжения питания, а затем Ta выключается. Дополнительное напряжение, если таковое имеется, из-за значительной индуктивности во входных линиях будет разряжаться через цепь диод-индуктор-нагрузка.

Если срабатывает Tm (главный тиристор), то ток будет протекать по двум путям: коммутирующий ток будет течь по пути C-Tm-L-D, а ток нагрузки будет течь через нагрузку.Если заряд на конденсаторе реверсируется и удерживается на этом уровне с помощью диода, и если Ta ​​повторно запускается, то напряжение на конденсаторе появляется на Tm через Ta. Таким образом, основной тиристор Tm будет отключен.

Класс E: Внешний источник импульсов для коммутации

Для методов коммутации тиристоров класса E, трансформатор, который не может насыщаться (поскольку он имеет достаточный железный зазор и воздушный зазор) и способен выдерживать ток нагрузки с небольшим падением напряжения по сравнению с с питающим напряжением.Если тиристор Т срабатывает, то ток будет протекать через нагрузку и импульсный трансформатор.

Class E-Commutation Class E-Commutation Class E-Commutation

Внешний генератор импульсов используется для генерации положительного импульса, который подается на катод тиристора через импульсный трансформатор. Конденсатор C заряжается примерно до 1 В, и считается, что он имеет нулевой импеданс на время импульса выключения. Напряжение на тиристоре меняется на противоположное с помощью импульса электрического трансформатора, который обеспечивает ток обратного восстановления, и в течение необходимого времени выключения он удерживает отрицательное напряжение.

Класс F: Коммутация линии переменного тока

В методах коммутации тиристоров класса F для питания используется переменное напряжение, и в течение положительного полупериода этого источника питания будет течь ток нагрузки. Если нагрузка сильно индуктивна, ток будет оставаться до тех пор, пока энергия, накопленная в индуктивной нагрузке, не рассеется. Во время отрицательного полупериода, когда ток нагрузки становится равным нулю, тиристор выключается. Если напряжение существует в течение периода номинального времени выключения устройства, то отрицательная полярность напряжения на выходном тиристоре выключит его.

Class F-Commutation Class F-Commutation Класс F-Коммутация

Здесь продолжительность полупериода должна быть больше, чем время выключения тиристора. Этот процесс коммутации аналогичен концепции трехфазного преобразователя. Рассмотрим, в первую очередь, Т1 и Т11 проводят с углом срабатывания преобразователя, равным 60 градусам, и работают в режиме непрерывной проводимости с высокоиндуктивной нагрузкой.

Если тиристоры Т2 и Т22 срабатывают, то мгновенно ток через входящие устройства не поднимется до уровня тока нагрузки.Если ток через входящие тиристоры достигнет уровня тока нагрузки, то начнется процесс коммутации выходных тиристоров. Это обратное напряжение смещения тиристора должно продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние прямой блокировки.

Тиристор можно просто назвать управляемым выпрямителем. Существуют различные типы тиристоров, которые используются для создания инновационных электрических проектов на базе силовой электроники. Процесс включения тиристора путем подачи запускающих импульсов на клемму затвора называется запуском.Точно так же процесс выключения тиристора называется коммутацией. Надеюсь, эта статья даст краткую информацию о различных методах коммутации тиристора. Дальнейшая техническая помощь будет предоставлена ​​на основе ваших комментариев и запросов в разделе комментариев ниже.

.

Общие сведения о технических характеристиках и параметрах тиристоров SCR »Примечания по электронике

Ознакомьтесь с основными характеристиками и параметрами тиристора или тиристора, указанными в технических описаниях, чтобы можно было выбрать или выбрать правильное устройство.


Triac, Diac, SCR Учебное пособие Включает:
Основы тиристоров Конструкция тиристорного устройства Работа тиристора Затвор отключающий тиристор, ГТО Характеристики тиристора Что такое симистор Технические характеристики симистора Обзор Diac


При выборе тиристора или тиристора необходимо понимать несколько параметров из таблицы данных, чтобы можно было выбрать правильное устройство.

Различные спецификации и параметры тиристоров / тиристоров сильно отличаются от более известных спецификаций транзисторов и полевых транзисторов, но даже в этом случае они относительно просты.

Стоит отметить, что многие спецификации тиристоров также применимы к симисторам и цифровым входам.

Thyristor or SCR circuit symbol
Общие технические характеристики тиристора и параметры из таблицы данных
Спецификация Технические характеристики тиристора / Подробные сведения о параметрах
dI / dt Максимальное повышение тока в открытом состоянии Имеется максимальная скорость нарастания тока в открытом состоянии при включении.Если этот показатель превышен, устройство может быть повреждено.
Я GM Пиковый ток затвора Это максимальный уровень тока затвора, который нельзя превышать.
I GT Ток срабатывания затвора Это ток, необходимый в затворе, чтобы позволить устройству запускаться и фиксироваться во включенном состоянии при условии, что анодно-катодный ток достаточен для поддержания протекания тока.
I 2 т Максимальная токовая защита Параметр I 2 t указывает предохранитель, необходимый для защиты. Это для продолжительности перегрузки по току 10 мс.
I T (AV) Средний ток в открытом состоянии Этот параметр отличается от среднеквадратичного тока, поскольку он определяет средний ток, а не среднеквадратичное значение. Среднеквадратичное значение даст истинный нагревательный эффект тока.
I T (среднеквадратичное значение) Действующее значение тока в открытом состоянии В данной спецификации тиристора указан максимально допустимый среднеквадратичный ток через устройство. Он указан для данной температуры. В различных технических характеристиках может быть указана температура окружающей среды, T a , температура корпуса, T c , или даже температура свинца, T l . Метод, используемый для определения температуры, обычно зависит от типа корпуса тиристора / тиристора.
I TSM Неповторяющийся импульсный ток в открытом состоянии Как следует из названия, этот параметр из таблицы данных для тиристоров определяет максимальный пиковый ток в устройстве в импульсных условиях. Необходимо посмотреть точные условия для рассматриваемого производителя, но они часто определяются для полусинусоиды. Длительность указана для 50 Гц (продолжительность 10 мс) и 60 Гц (продолжительность 8,3 мс). Это необходимо, потому что импульсный ток, превышающий максимальный, может вызвать отказ устройства.
Т Дж Температура перехода Это температура перехода, и часто максимальная температура перехода указывается в технических характеристиках. Вычисляя тепловое сопротивление, можно определить условия, при которых не превышается максимальная температура перехода.
T stg Температура хранения Это минимальная температура, при которой устройство может храниться.
V DRM / V RRM Повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии Этот параметр представляет собой максимальное пиковое напряжение, допустимое на устройстве. Этот параметр спецификации таблицы данных не должен быть превышен, иначе устройство может выйти из строя. Также всегда хорошо оставлять достаточный запас, чтобы учесть переходные процессы. Этот параметр указан для условий вплоть до максимальной температуры перехода. Кроме того, токи утечки (I DRM / I RRM ) также обычно определяются в этой спецификации.
В GT Напряжение срабатывания затвора Это напряжение, которое необходимо приложить между затвором и катодом, чтобы обеспечить достижение пускового тока затвора и срабатывание устройства.
В RGM Пиковое напряжение обратного затвора Это максимальный уровень напряжения затвора, которое может быть приложено к катодному переходу затвора без возможности его повреждения.Разумно работать при значительно меньшем напряжении.

Несмотря на то, что в их технических паспортах используется множество других характеристик и параметров тиристоров, это одни из наиболее широко применяемых, которые необходимы при проектировании схем и выборе правильных компонентов.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Thyristor / SCR Tutorial — Basics, Description and Applications

Thyristor (часто называемый кремниевым управляемым выпрямителем, SCR) — полупроводниковый двухпозиционный (включен, выключен) электронный компонент. Его принцип работы напоминает полупроводниковый диод или биполярный транзистор в конфигурации переключателя. Однако тиристоры не являются полностью управляемыми переключателями, поскольку их нельзя выключить по желанию. После того, как они были включены током триггера от терминала затвора, они не могут быть отключены затвором даже после снятия его сигнала.Тиристор будет оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока не произойдет отключение (обратное смещение тиристора или уменьшение его прямого тока до определенного порогового уровня, называемого «ток удержания»). Однако есть также тиристор под названием GTO Thyristor (Gate Turn Off) , который можно включать и выключать (обратный ток) с помощью сигнала затвора. Таким образом, этот компонент можно назвать полупроводниковым диодом, который можно включить.

Первые коммерчески доступные тиристоры SCR появились на рынке в 1956 году, а тиристор GTO был изобретен в 1962 году компанией General Electric.

thyristor_symbol

Рис. 1. Обозначение тиристора (SCR) (аналогично GTO).

Тиристор — раздел

Тиристор можно разделить в основном по свойствам, а затем по количеству его выводов. Различают следующие четыре типа тиристоров (рис. 3.):

  • Dynistor — однонаправленный двухполюсный элемент,
  • Триодный тиристор (SCR) — однонаправленный трехполюсный элемент,
  • DIAC (Диод для переменного тока) — двунаправленный двухконтактный элемент,
  • TRIAC (Триод для переменного тока) — двунаправленный трехконтактный элемент.

Из вышеупомянутых тиристоров чаще всего используется триодный тиристор, широко известный как тиристор SCR.

thyristor_component

Рис. 2. Пример того, как реальный компонент SCR в типичном корпусе может выглядеть в реальности. Желтый провод от терминала ворот облегчает распознавание.

Название «тиристор» традиционно сохранялось в узком смысле, включая только трехконтактный переключающий элемент, работающий только в одном направлении. Как видно на рисунке 3, название тиристора имеет более широкое значение.

thyristor_division

Рис. 3. Типов тиристоров много, в зависимости от количества выводов и формы вольт-амперных характеристик в 3-й четверти ВАХ.

Тиристор — внутренняя конструкция

Тиристор SCR состоит из трех (или более) переходов, следовательно, один и тот же с четырьмя (или более) полупроводниковыми слоями с различным легированием в системе «p-n-p-n». К нему прикреплены 3 электрода, два из которых соединены с внешними слоями компонента (анодом и катодом), а третий электрод — с одним из средних слоев — слоем «p-типа» (затвор).

thyristor_structure

Рис. 4. Внутреннее устройство тиристора (SCR).

На рисунке 5 ниже показано разделение тиристоров по направлению работы:

thyristor_division2

Рис. 5. Классификация тиристоров (SCR).

Тиристор — Принцип работы

Тиристор может одновременно работать только в одном из трех следующих рабочих состояний:

  • Режим прямой блокировки — тиристор блокирует прямую проводимость тока, который обычно переносится прямым смещенный диод.Переходы J 1 , J 3 смещены в прямом направлении, а переход J 2 смещены в обратном направлении,
  • Режим прямой проводимости — тиристор был запущен сигналом затвора в проводящее состояние. Он будет оставаться проводящим, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».
  • Режим обратной блокировки — тиристор блокирует ток так же, как и в обратном смещенном диоде.Ток, протекающий через тиристор в этом рабочем состоянии, представляет собой очень небольшой обратный ток переходов J 1 , J 3 .
  • По мере увеличения напряжения, при определенном значении оно превысит уровень напряжения пробоя перехода J 1 , тогда переход J 3 также будет пробит. Характеристики тиристора в области обратного смещения не отличаются от характеристик полупроводникового диода.

Тиристор SCR проводит ток от анода к катоду, аналогично полупроводниковому диоду.Если анод находится в более высоком энергетическом состоянии (положительном), чем катод (отрицательный), внешние «p-n» переходы смещены в прямом направлении, а средний переход «n-p» — смещен в обратном направлении.

До тех пор, пока на затвор тиристора не подается положительное напряжение, он не будет проводить ток. Подача положительного напряжения на затвор вызовет протекание «тока затвора» и сработает тиристор. Это также называется «зажиганием» тиристора.

В отличие от транзистора BJT, сработавший тиристор все еще проводит ток после отключения тока затвора, что является его неоспоримым преимуществом в некоторых приложениях, что снижает общее потребление тока в цепи.Он теряет эти свойства только после потери тока нагрузки (ниже значения тока проводимости, минимального значения тока удержания) или при обратном смещении электродов. Затем необходимо снова запустить тиристор.

bjt_thyristor

Рис. 6. Модель двухбиполярного транзистора как пример принципа работы тиристора.

Тиристор — ВАХ

На рисунке 7 внизу представлена ​​вольт-амперная характеристика тринистора:

thyristor_characteristics

Рис.7. Вольт-амперные характеристики IA (VAC) тиристора SCR для различных значений тока затвора IG. На рисунке также отмечены пороговое напряжение VT тиристора и его ток удержания IH.

Тиристор — Приложения

Благодаря своему принципу действия, тиристоры обычно используются в энергосистемах для управления большой мощностью и меньшей. Другие приложения перечислены ниже:

  • Управление мощностью переменного тока (светорегуляторы, регулировка скорости электродвигателя и т. Д.),
  • Защита от перенапряжения для источников питания,
  • HVDC (постоянный ток высокого напряжения), цепи переключения питания переменного тока
  • (тиристоры хорошо выдерживают обратное напряжение),
  • генераторы,
  • инверторы.

Источник: W. Marciniak: «Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone», WNT, Warszawa 1984

.

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 11 апреля 2020 г.

Транзисторы — крошечные электронные компоненты которые изменили мир: вы найдете их в все от калькуляторов и компьютеры для телефоны, радио и слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все. Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и выключено (это основной принцип компьютерной памяти), и преобразовать малые токи в несколько большие (вот как усилитель работает), они не особо полезны в обращении гораздо большие токи.Еще один недостаток — они отключаются сразу после снятия тока переключения, что означает они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго. Для такого рода работ мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому тиристор, имеющий общие черты с диоды, резисторы, и транзисторы. Триристоры довольно легко понять, хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне сложный и часто невероятно запутанный.Итак, это наш старт точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что бывают тиристоры, как они работают и какие вещи, для которых мы можем их использовать!

Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор — и работает в близкородственный способ.

Что такое тиристоры?

Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR) взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый выпрямитель — это торговая марка, которую компания General Electric представила опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал.Есть различные другие типы тиристоров (в том числе называемые диаки и симисторы, которые предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью синоним. Тем не менее, эта статья о хранении вещей просто, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде термины и предполагают, что SCR — это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.

Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.

Три соединения

Так что же такое тиристор? Это электронный компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор. Это несколько аналогичные к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или FET). В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими два отведения.То же самое и с тиристором: затвор управляет ток, протекающий между анодом и катодом. (Стоит отметить, что можно получить триисторы с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами. Но мы сохраняем здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)

Сравнение транзисторов и тиристоров

Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу, какая между ними разница? С транзистором, когда маленький ток течет в базу, это делает больший ток между эмиттер и коллектор.Другими словами, он действует как переключатель и усилитель одновременно:

Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором. Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.

То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести электрическое поле, которое помогает току течь от источника к слив.Если мы удалим малый ток в базе (или затворе), большой ток немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).

Часто это не то, чего мы хотим. В что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки).В тиристоре это именно то, что происходит. Небольшой ток на затворе вызывает много больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда удалите ток затвора, больший ток продолжает течь из анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным. и остается в этом состоянии до сброса схемы.

Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические) силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания, регуляторы скорости электродвигателей, бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей, сетевые фильтры и термостаты. Время переключения практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция, в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому тиристоры часто используются как электронные (твердотельные) версии реле (переключатели электромагнитные).

Как работает тиристор?

Тиристоры являются логическим продолжением диодов и транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и более четкие объяснения того, как работают диоды и и как работают транзисторы, которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.

А тиристор как два диода

Напомним, что диод — это два слоя полупроводника. (p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются благополучно через переход и нормальный ток течет:

Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).

В противоположной конфигурации, с плюсовым подключением к n-типу и отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение: соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь и нет тока:

Диод с обратным смещением: при обратном подключении батареи «зона истощения» на переходе становится шире, поэтому ток не течет.

В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных попеременно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор — это просто следующий шаг в последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные попеременно дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p, катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p слой, например:

Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев — «затвору».«

Вы можете видеть, что это похоже на два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу. Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли, который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом, кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.

Тиристор как два транзистора

Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат как своего рода «стартер» для их активации.

Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.

Три состояния тиристора

Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:

Прямая блокировка

Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из анод к катоду.Зачем? Представьте тиристор как два соединенных диода. все вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении. Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.

Блокировка обратного хода

Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).

Форвардное ведение

Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он включает нижний транзистор, который включает верхний, который включает нижний и так далее. Каждый транзистор активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу. пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток. как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так тиристор «защелкивается» (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора на таком, его нельзя выключить, просто сняв ток с вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения — и вы должны прервать основной ток, протекающий от анода к катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим? Посмотрите анимацию в поле ниже, и я надеюсь, что это проясняет ситуацию.

Типы тиристоров

Несколько упрощено, вот в чем суть того, как тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе устройства отключения ворот (GTO) (который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором) устройства, которые имеют затвор, идущий во внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода), фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково, с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.

Узнать больше

На этом сайте

Вам могут понравиться эти другие статьи на нашем сайте на похожие темы:

Книги

Блоки тиристоров

Не беспокойтесь, что эти книги «старые»: вообще говоря, физика полупроводников никогда не устаревает.

  • Thyristor Device Data: Motorola, 1988. Подробный сборник технических данных и многое другое.
  • Физика тиристоров Адольф Блихер, Springer, 1976. Подробный взгляд на физику твердого тела тиристоров. Вы можете прочитать весь текст в Интернете, если «позаимствуете» книгу виртуально из Интернет-архива.
  • 110 Проекты тиристоров автор R.M. Marston, Newnes, 1972. Огромная коллекция практических схем тиристоров, включая проекты переключения мощности, сигнализации, схемы с выдержкой времени, контроллеры ламп, контроллеры нагревателей и контроллеры двигателей.
  • Руководство по выпрямителю с кремниевым управлением от General Electric, 1964 г. Это исчерпывающее (400 страниц) руководство по тиристорам собственной марки GE.
Учебники общеобразовательные

Статьи

  • Как Б. Джаянт Балига преобразовал силовые полупроводники Дэвида Шнайдера. IEEE Spectrum, 27 апреля 2014 г. Празднование работы Б. Джаянта Балиги, лауреата Почетной медали IEEE 2014 г., в разработке тиристоров и других силовых полупроводников.
  • Попробуйте симистор Чарльза Платта.Make, 10 января 2014 г. Узнайте о симисторах из этого практического светодиодного проекта.
  • Кремниевый переключатель p-n-p-n и управляемый выпрямитель (тиристор). Автор: Ник Холоняк, младший. IEEE Transactions on Power Electronics, январь 2001 г., том 16, выпуск 1, стр. 8–16. В этой интересной статье (изобретателя светодиода) описывается историческое развитие тиристоров Уильямом Шокли, Джимом Эберсом и другими.
  • Ранняя история силовых полупроводников в GE: Музей полупроводников представляет раннюю историю кремниевого управляемого выпрямителя, рассказанную в устной истории одним из его пионеров, Ф.В. «Билл» Гуцвиллер.

Патенты

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *