Тиристоры для чайников / Хабр

ximet

8 янв 2013 в 19:23

Время на прочтение 3 мин

Количество просмотров

777K

Электроника для начинающих

Из песочницы

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием — не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.

Анод — это контакт с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно тут.

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы

Обычно тиристор представляют в виде двух транзисторов, связанных между собой, каждый из которых работает в активном режиме.

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области — эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.

При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения — это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение — это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение — это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток — ток при максимальной обратном напряжении.

6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

Теги:

• полупроводниковые приборы
• электроника для начинающих
• электроника
• тиристор

Хабы:

• Электроника для начинающих

Всего голосов 34: ↑22 и ↓12 +10

Комментарии 33

Dmitry @ximet

frontend developer

Что такое силовые тиристоры и для чего они нужны

Автор Алексей Воронцов На чтение 5 мин. Опубликовано 28.01.2019

Содержание

1. Технические характеристики
2. Виды и классифицирование
3. Защита и ограничения возможностей тиристоров
4. Как проверить функциональность устройства?
5. Область применения

Тиристорами являются приборы полупроводникового типа, регулирующие коммутации больших блоков. Они коммутируют электроцепь во время подачи сигнала, что делает его очень схожим с транзистором. Устройство обладает тремя выводами. Один из них управляет, а остальные формируют путь направления течения тока. Изделия в отличие от транзисторов открываются полностью скачкообразным способом, и даже в условиях отсутствующего тока не закрываются.

Технические характеристики

Силовой тиристор состоит из катода (обеспечивает контакт с n-слоем), анода (обеспечивает контакт с р-слоем) и управляющего электрода и обладает структурой из четырех слоев р-n-р-n. Этот мощный электронный ключ коммутирует электроцепь с током до 5кА и напряжением до 5кВ и частотой непревосходящей отметки в 1 кГц. Если вас заинтересовала тема данной статьи и вы хотите узнать подробнее о том, что такое силовые тиристоры https://gk-absolut1.ru/catalog/tiristory/. В литературе по специальности его называют еще и однооперационным тиристором, поскольку принцип действия тиристора направлен только на обеспечение включения. Выключение может происходить исключительно во время понижения силы тока практически до нулевой отметки. Ток проводится только в одном направлении если устройство включено, а если выключено, то оно выдерживает напряжение в обоих направлениях.

Виды и классифицирование

Классификация выполняется на основании разных параметров

По количеству выводов они могут быть:

• Динисторы – только два вывода;
• Триодные – три вывода. Могут управляться катодом или анодом;
• Тетроидные – четыре вывода;
• С большим числом полупроводниковых областей, которые чередуются.

Силовые тиристоры различаются скоростью действия, методом управления, направленностью электротока и прочими характеристиками. К важнейшим типам относят:

• Тиристор-диод – встречно параллельный включенный диод;
• Динистор (диоидный тиристор) – электроток проводится только при достижении обусловленной величины напряжения;
• Запираемый;
• Симисторы (более известные как симметричные тиристоры) –популярные и востребованные виды, которые включаются во время подачи напряжения любой полярности.
• Быстродействующие инверторные – период необходимый для того, чтобы они включились, не превышает 5-50 миллисекунд;
• С полевым управлением по электроду;
• Управляемые световым потоком или оптотиристор.

По возможности обратной проводимости различают:

• Проводящие – с небольшими значениями обратного напряжения;
• Непроводящие – в закрытом виде значения обратного и прямого напряжения являются равными;
• С ненормируемым значением – могут применяться только там, где обратное напряжение нельзя допустить;
• Сисмисторы – пропускающие электроток в любом направлении.

Защита и ограничения возможностей тиристоров

Тиристоры воздействуют непосредственно на трансформацию стремительности прямого электротокатка. Для них типичен обратный ток и резкое падение показателей скорости обязательно приводят к увеличению возможности регистрации перенапряжения. Кроме того, перенапряжение может возникнуть и во время пропадания напряжения в различных точках всей системы. Поэтом они нуждаются в надежной защите, которая обеспечивается схемами ЦФТП (цепь формирования траектории переключения). Они защищают в условиях несоответствующих значений. Иногда могут использоваться и варисторы, которые подключаются к точкам вывода.

Независимо для чего нужен тиристор, он требует к себе особого отношения и соблюдения некоторых правил безопасности. В первую очередь это касается скорости модификации уровня напряжения между анодами и электротоком.

Как проверить функциональность устройства?

Проверка необходима не только, когда прибор не работает или функционирует неправильно, но и во время покупки тиристора. Процедура выполняется довольно легко при помощи обычно тестера. К аноду поводится положительный щуп, а к катоду, соответственно, отрицательный. Используемая величина должна быть равна разрешению проверяемого тиристора. На управляющий электрод ненадолго подается сигнал на открытие и если на устройстве возникли огоньки, то оно нефункционально.

Устройства способны функционировать в цепях постоянного или переменного тока. При постоянном, выключение может происходить естественным образом, которое происходит во время подключения к цепи постоянного тока тогда, когда его значение достигает нуля или в принудительном порядке.

В условиях использования в цепи переменного тока, включение может привести к включению/отключению электроцепи или к изменению значений электротока, поскольку его можно регулировать во время подачи.

Область применения

Основные технические характеристики тиристоров определяют возможности их использования. Силовые ключи, которые являются переключателями переменного тока, очень широко применяются для различных приборов. Они потребляются мало мощности во время работы, которая рассеивается в местах переключения. Если устройства выключены, то риски потери мощности минимальны и, чаще всего, полностью исключены, так как напряжение отсутствует. Даже когда они работают, объем настолько мал, что это почти незаметно.

Пороговые тиристоры чаще всего встречаются в фазовых регуляторах или релаксационных генераторах, поскольку обладают способностью пускать электроток при достижении обусловленного значения силы напряжения. Запирающие виды аппаратов употребляются в приборах, в которых нужно обеспечить прерывание цепи напряжения во время выключения самой конструкции.

Устройства характеризуются высоким КПД, надежностью, мощносными свойствами, незначительными массогабаритными параметрами. Это не только расширяет спектр его возможного применения, но и позволяют заметно сэкономить на энергопотребление электроресурсов. Таким образом, тиристоры нашли свое применение в различных областях промышленности, добывающих отраслях, машино- и приборостроении, разработке средств связи и многое другое.

Силовые тиристоры нашли свое место во всех сферах современной жизни и их можно обнаружить в самом маленьком карманном электронном устройстве и в огромных, габаритных и мощных заводских станках. Они можно сказать, определили технологический скачок в развитии современных электроприборов различного назначения.

Тиристор | электроника | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Тиристор в силовой электронике.

Подробная информация

Содержание

Определение тиристора

Тиристор — это тип полупроводникового устройства, которое широко используется в силовой электронике для управления потоком электрического тока. Он также известен как выпрямитель с кремниевым управлением (SCR).

Тиристоры способны коммутировать большое количество электроэнергии, что делает их полезными для таких приложений, как управление двигателем, регулирование напряжения и управление мощностью переменного тока. Они состоят из четырех чередующихся слоев полупроводникового материала P-типа и N-типа с затвором, который управляет протеканием тока через устройство.

Тиристоры обычно используются в приложениях, где их необходимо быстро включать и выключать, а также там, где они должны работать с высокими напряжениями и токами. Их также можно использовать в цепях, требующих регулирования напряжения, поскольку они могут контролировать количество энергии, подаваемой на нагрузку, регулируя угол проводимости устройства.

Что такое тиристор

Тиристор — это тип полупроводникового устройства, которое может действовать как переключатель, управляя потоком электрического тока в цепи. Это четырехслойный полупроводниковый прибор с тремя PN-переходами и тремя выводами: анодом, катодом и затвором.

Тиристоры обычно используются в приложениях силовой электроники, где требуется коммутация высокого напряжения и/или сильного тока, например, в электродвигателях, источниках питания, элементах управления освещением и инверторах. Они особенно полезны для управления питанием переменного тока, поскольку их можно активировать для включения в определенной точке сигнала переменного тока, а затем они остаются включенными до тех пор, пока сигнал снова не пересечет ноль.

Некоторые распространенные типы тиристоров включают выпрямители с кремниевым управлением (SCR), запорные тиристоры (GTO) и симисторы. SCR являются наиболее широко используемым типом тиристоров и обычно используются для приложений большой мощности. GTO аналогичны SCR, но их можно отключить, подав отрицательное напряжение на клемму затвора. Триаки используются для управления питанием переменного тока и представляют собой два тиристора, соединенных встречно-параллельно, что позволяет им управлять потоком тока в обоих направлениях.

Обозначение тиристора

Обозначение тиристора

Обозначение тиристора, также известного как кремниевый выпрямитель (SCR), обычно представляет собой четырехслойное полупроводниковое устройство с тремя выводами: анод (A), катод (K), и ворота (G). Выводы анода и катода представлены стрелками, направленными от и к стыку между слоями P-типа и N-типа соответственно. Терминал затвора представлен маленькой стрелкой, указывающей на соединение между слоями P-типа и N-типа, и часто обозначается буквой «G». Символ тиристора может также включать дополнительную маркировку, указывающую на определенные характеристики, такие как максимальное номинальное напряжение и ток.

Конструкция тиристора

Изображение предоставлено Википедией

Конструкция тиристора состоит из четырех чередующихся слоев полупроводникового материала P-типа и N-типа, образующих структуру PNPN. В тиристоре имеется три перехода: переход анод-катод, переход катод-затвор и переход анод-затвор.

Тиристор имеет три вывода: анод, катод и затвор. Анод — это положительная клемма, катод — отрицательная клемма, а затвор — управляющая клемма.

Клеммы анода и катода подключены к слоям PN на каждом конце устройства, а клемма затвора подключена к слою P-типа, расположенному между двумя слоями N-типа. Этот слой P-типа называется слоем «затвор».

Конструкция тиристора такова, что переход между анодом и P-слоем затвора действует как диод с обратным смещением. Это означает, что ток не может протекать через этот переход, если не приложено напряжение, превышающее напряжение пробоя.

Когда к аноду прикладывается положительное напряжение по отношению к катоду, переход анод-катод смещается в прямом направлении, позволяя току течь через тиристор. Однако вывод затвора остается отрицательным по отношению к аноду, что означает, что переход между затвором и слоем P-типа остается смещенным в обратном направлении и не проводит.

Если на клемму затвора подается положительный импульс по отношению к катоду, когда переход анод-катод смещен в прямом направлении, это вызывает протекание небольшого тока через цепь затвора. Этот ток запускает тиристор, и он переключается из состояния с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением, позволяя протекать через него большому току.

После срабатывания тиристора он остается в проводящем состоянии даже при снятии напряжения на затворе до тех пор, пока ток анода превышает определенный уровень, называемый «током удержания». Для выключения тиристора необходимо уменьшить анодный ток до нуля, что можно сделать, уменьшив напряжение на аноде и катоде или подав обратное смещение на переход анод-катод.

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора основан на концепции p-n-p-n переходов. Он состоит из четырех слоев чередующихся полупроводниковых материалов p-типа и n-типа. Между этими слоями есть три перехода: анодный переход, катодный переход и затворный переход.

Первоначально тиристор находится в непроводящем состоянии, и ток через него не течет. Для включения тиристора на его вывод затвора подается положительное напряжение по отношению к катоду. Это вызывает протекание небольшого тока в клемму затвора, что запускает процесс, известный как «регенерация».

Во время регенерации небольшой ток, протекающий через клемму затвора, вызывает протекание большого тока от анода к катоду через тиристор. После включения тиристор остается в проводящем состоянии до тех пор, пока ток через него не упадет ниже определенного порогового уровня.

Для выключения тиристора протекающий через него ток должен быть уменьшен до нуля. Это можно сделать, либо уменьшив напряжение, подаваемое на анод, либо подав отрицательное напряжение на вывод затвора по отношению к катоду. Это отрицательное напряжение отключает тиристор, прерывая процесс регенерации.

Тиристор работает, используя небольшой ток на клемме затвора для запуска большого тока между анодом и катодом, и остается в проводящем состоянии до тех пор, пока ток через него не упадет ниже определенного порогового уровня или пока не будет приложено отрицательное напряжение до терминала ворот.

Типы тиристоров

Существует несколько различных типов тиристоров, в том числе:

Выпрямитель с кремниевым управлением (SCR):

SCR является наиболее часто используемым типом тиристора, и он используется для таких приложений, как управление двигателем , освещение и электроснабжение.

Тиристор отключения затвора (GTO):

GTO — это тип тиристора, который можно отключить, подав отрицательный ток затвора. Это позволяет лучше контролировать выходную мощность и может использоваться в таких приложениях, как инверторы, управление двигателем и передача постоянного тока высокого напряжения (HVDC).

Симистор:

Симистор — это тип тиристора, который может управлять потоком мощности в обоих направлениях. Он обычно используется в таких приложениях, как диммеры и управление двигателем.

Диак:

Диак — это двухконтактное устройство, которое часто используется для управления другими тиристорами, такими как симистор.

Переключатель с кремниевым управлением (SCS):

SCS — это тип тиристора, предназначенный для высокочастотного переключения, например, в телекоммуникациях.

Тиристор блокировки обратного тока (RBT):

Тиристор RBT представляет собой тип тиристора, который предназначен для блокировки напряжения в обратном направлении. Он часто используется в таких приложениях, как импульсные источники питания и освещение.

Каждый тип тиристоров имеет свои уникальные свойства и характеристики, которые делают их пригодными для различных применений.

Использование тиристоров

Вот некоторые из наиболее распространенных применений тиристоров:

Управление мощностью:

Тиристоры можно использовать для управления мощными нагрузками переменного и постоянного тока, такими как двигатели, нагреватели, лампы и источники питания. Управляя углом проводимости тиристора, можно управлять мощностью, подаваемой на нагрузку.

Регулирование напряжения:

Тиристоры можно использовать для регулирования выходного напряжения источников питания и регуляторов напряжения переменного тока. Это достигается за счет использования тиристора для контролируемого включения и выключения сигнала переменного тока.

Исправление:

Тиристоры могут использоваться в качестве выпрямителей для преобразования переменного напряжения в постоянное. В этом приложении тиристор действует как переключатель, который проводит в течение одного полупериода сигнала переменного тока и блокирует в течение другого полупериода, эффективно преобразовывая напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Инверторные схемы:

Тиристоры могут использоваться в инверторных схемах для преобразования постоянного напряжения в переменное. В этом приложении тиристоры используются для контролируемого включения и выключения напряжения постоянного тока для создания формы волны переменного тока.

Управление освещением:

Тиристоры обычно используются в системах управления освещением для управления яркостью света. Управляя углом проводимости тиристора, можно контролировать количество энергии, подаваемой на лампы, тем самым контролируя их яркость.

Управление двигателем:

Тиристоры можно использовать для управления скоростью двигателей переменного и постоянного тока. Управляя углом проводимости тиристора, можно контролировать количество энергии, подаваемой на двигатель, тем самым контролируя его скорость.

Зарядные устройства для аккумуляторов:

Тиристоры могут использоваться в схемах зарядных устройств для управления зарядным током и напряжением аккумуляторов.

В целом, тиристоры представляют собой универсальные устройства, которые широко используются в силовой электронике, системах управления двигателями и управления освещением.

Применение тиристоров

Ниже приведены некоторые распространенные области применения тиристоров:

Регулирование мощности:

Тиристоры широко используются в цепях управления мощностью, таких как диммеры для освещения, управление двигателем переменного тока и источники питания для электронного оборудования.

Регулирование напряжения:

Тиристоры можно использовать для регулирования напряжения цепи путем включения и выключения в точное время. Они используются в регуляторах напряжения для источников питания, цепях зарядки аккумуляторов и стабилизаторах напряжения.

Инверторы:

Тиристоры обычно используются в инверторах, которые представляют собой схемы, преобразующие мощность постоянного тока в мощность переменного тока. Инверторы используются во многих приложениях, включая солнечные энергетические системы, источники бесперебойного питания и приводы двигателей.

Сварка:

Тиристоры используются в сварочных аппаратах для регулирования сварочного тока. Они обеспечивают быстрое и точное переключение, что очень важно для точной сварки.

Освещение:

Тиристоры используются в цепях освещения для управления диммированием. Это позволяет регулировать яркость света в соответствии с различными условиями и потребляет меньше энергии, чем полная яркость.

Импульсные источники питания:

Тиристоры используются в импульсных источниках питания для быстрого включения и выключения питания. Это позволяет блоку питания быть более эффективным и выделять меньше тепла.

Передача постоянного тока высокого напряжения:

Тиристоры используются в системах передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для управления потоком энергии.