Site Loader

Содержание

Как работает тиристор для чайников. Тиристор назначение и принцип работы. Тиристор принцип работы. В качестве заключения

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня —

напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах, через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении
R n
растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении

U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.

Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.


Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока .

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.

После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.

К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность , которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

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.

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.

Тиристор представляет собой электронный силовой частично управляемый ключ. Этот прибор, с помощью сигнала управления может находиться только в проводящем состоянии, то есть быть включенным. Для того, чтобы его выключить, нужно проводить специальные мероприятия, которые обеспечивают падение прямого тока до нулевого значения. Принцип работы тиристора заключается в односторонней проводимости, в закрытом состоянии может выдержать не только прямое, но и обратное напряжение.

Свойства тиристоров

По своим качествам, тиристоры относятся к полупроводниковым приборам. В их полупроводниковой пластине присутствуют смежные слои, обладающие различными типами проводимости. Таким образом, каждый тиристор представляет собой прибор, имеющий четырехслойную структуру р-п-р-п.

К крайней области р-структуры производится подключение положительного полюса источника напряжения. Поэтому, данная область получила название анода. Противоположная область п-типа, куда подключается отрицательный полюс, называется катодом. Вывод из внутренней области осуществляется с помощью р-управляющего электрода.

Классическая модель тиристора состоит из двух, имеющих разную степень проводимости. В соответствии с данной схемой, производится соединение базы и коллектора обоих транзисторов. В результате такого соединения, питание базы каждого транзистора осуществляется с помощью коллекторного тока другого транзистора. Таким образом, получается цепь с положительной обратной связью.


Если ток отсутствует в управляющем электроде, то транзисторы находятся в закрытом положении. Течение тока через нагрузку не происходит, и тиристор остается закрытым. При подаче тока выше определенного уровня, в действие вступает положительная обратная связь. Процесс становится лавинообразным, после чего происходит открытие обоих транзисторов. В конечном итоге, после открытия тиристора, наступает его стабильное состояние, даже в случае прекращения подачи тока.

Работа тиристора при постоянном токе

Рассматривая электронный тиристор принцип работы которого основан на одностороннем движении тока, следует отметить его работу при постоянном токе.

Обычный тиристор включается путем подачи импульса тока в цепь управления. Эта подача осуществляется со стороны положительной полярности, противоположной, относительно катода.

Во время включения, продолжительность переходного процесса обусловлена характером нагрузки, амплитудой и скоростью, с которой нарастает импульс тока управления. Кроме того, этот процесс зависит от температуры внутренней структуры тиристора, тока нагрузки и приложенного напряжения. В цепи, где установлен тиристор, не должно быть недопустимой скорости роста напряжения, которое может привести к его самопроизвольному включению.

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

В данной работе рассмотрены несколько вариантов устройств, где используются элементы тиристоры в качестве регуляторов напряжения и в качестве выпрямителей. Приведены теоретическое и практическое описания принципа действия тиристоров и устройств, схемы этих устройств.

Управляемый выпрямитель на тиристорах — элементах, обладающих большим коэффициентом усиления по мощности, позволяет получать большие токи в нагрузке при незначительной мощности, затрачиваемой в цепи управления тиристора.

В данной работе рассмотрены два варианта таких выпрямителей, которые обеспечивают максимальный ток в нагрузке до 6 А с пределом регулировки напряжения от 0 до 15 В и от 0,5 до 15 В и устройство для регулировки напряжения на нагрузке активного и индуктивного характера, питаемой от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В с пределами регулировки от 0 до номинального напряжения сети.

Глава 1. Понятие о тиристоре. Виды тиристоров. Принцип действия

1.1 Определение, виды тиристоров

Тиристором называют полупроводниковый прибор, основу которого составляет четырехслойная структура, способная переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот. Тиристоры предназначены для ключевого управления электрическими сигналами в режиме открыт — закрыт (управляемый диод).

Простейшим тиристором является динистор – неуправляемый переключающий диод, представляющий собой четырехслойную структуру типа p-n-p-n (рис. 1.1.2). Здесь, как и у других типов тиристоров, крайние n-p-n-переходы называются эмиттерными, а средний p-n-переход – коллекторным. Внутренние области структуры, лежащие между переходами, называются базами. Электрод, обеспечивающий электрическую связь с внешней n-областью, называется катодом, а с внешней p-областью – анодом.

В отличие от несимметричных тиристоров (динисторов, тринисторов) в симметричных тиристорах обратная ветвь ВАХ имеет вид прямой ветви. Это достигается встречно-параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением пятислойных структур с четырьмя p-n-переходами (симисторы).

Рис. 1.1.1 Обозначения на схемах: а) симистора б) динистора в) тринистора.


Рис. 1.1.2 Структура динистора.


Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

При включении динистора по схеме, приведенной на рис. 1.2.1, коллекторный p-n-переход закрыт, а эмиттерные переходы открыты. Сопротивления открытых переходов малы, поэтому почти все напряжение источника питания приложено к коллекторному переходу, имеющему высокое сопротивление. В этом случае через тиристор протекает малый ток (участок 1 на рис. 1.2.3).

Рис. 1.2.1. Схема включения в цепь неуправляемого тиристора (динистора).

Рис. 1.2.2. Схема включения в цепь управляемого тиристора (тринистора).

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

Если увеличивать напряжение источника питания, ток тиристора увеличивается незначительно, пока это напряжение не приблизится к некоторому критическому значению, равному напряжению включения Uвкл. При напряжении Uвкл в динисторе создаются условия для лавинного размножения носителей заряда в области коллекторного перехода. Происходит обратимый электрический пробой коллекторного перехода (участок 2 на рис. 1.2.3). В n-области коллекторного перехода образуется избыточная концентрация электронов, а в p-области — избыточная концентрация дырок. С увеличением этих концентраций снижаются потенциальные барьеры всех переходов динистора. Возрастает инжекция носителей через эмиттерные переходы. Процесс носит лавинообразный характер и сопровождается переключением коллекторного перехода в открытое состояние. Рост тока происходит одновременно с уменьшением сопротивлений всех областей прибора. Поэтому увеличение тока через прибор сопровождается уменьшением напряжения между анодом и катодом. На ВАХ этот участок обозначен цифрой 3. Здесь прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Напряжение на резисторе возрастает и происходит переключение динистора.

После перехода коллекторного перехода в открытое состояние ВАХ имеет вид, соответствующий прямой ветви диода (участок 4). После переключения напряжение на динисторе снижается до 1 В. Если и дальше увеличивать напряжение источника питания или уменьшать сопротивление резистора R, то будет наблюдаться рост выходного тока, как в обычной схеме с диодом при прямом включении.

При уменьшении напряжения источника питания восстанавливается высокое сопротивление коллекторного перехода. Время восстановления сопротивления этого перехода может составлять десятки микросекунд.

Напряжение Uвкл при котором начинается лавинообразное нарастание тока, может быть снижено введением не основных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к коллекторному переходу. Дополнительные носители заряда вводятся в тиристоре вспомогательным электродом, питаемым от независимого источника управляющего напряжения (Uупр). Тиристор со вспомогательным управляющим электродом называется триодным, или тринисторным. На практике при использовании термина «тиристор» подразумевается именно элемент. Схема включения такого тиристора показана на рис. 1.2.2. Возможность снижения напряжения U при росте тока управления, показывает семейство ВАХ (рис. 1.2.4).

Если к тиристору приложить напряжение питания, противоположной полярности (рис. 1.2.4), то эмиттерные переходы окажутся закрытыми. В этом случае ВАХ тиристора напоминает обратную ветвь характеристики обычного диода. При очень больших обратных напряжениях наблюдается необратимый пробой тиристора.

♠ Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт . Схема этого устройства изображена на рис 1 .

♠ Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А , тиристора КУ202Н , стабилитрона, узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1) .

Узел формирования состоит:
— стабилитрон, формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2) ;
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C ;
— аналог динистора Тр1, Тр2 .

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4) .

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5 при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510 .
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2) . Оно определяет начало и конец участка регулирования.



♠ Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С . При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт , пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2) . Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи: сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть .
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠ Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт .
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ , не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком , двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠ Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт , можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв .
♠ В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов , тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов , тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100% ).
В графиках в точке №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4 ).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5 , относительно точки Т6 , можно посмотреть на осциллографе.

Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.

♦ Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц , представлена на рис 1 а) .


За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.

Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α , это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

В момент фазового угла:

  • α = 0° напряжения U = 0 ;
  • α = 90° напряжение U = +Umax ;
  • α=180° напряжение U = 0 ;
  • α = 270° напряжение U = — Umax ;
  • α = 360° напряжение U = 0.

♦ Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье « »: тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт) .
♦ Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2 .

♦ Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода ) через переход Уэ – К , прошел ток включения Iвкл тиристора.


С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод, до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3) .
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.

♦ В первом случае ток управляющего электрода протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением ), пока не достигнет величины Iвкл . Тиристор откроется.

фазовым методом .

♦ Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К , от которого тиристор открывается.

Такой способ управления тиристором называется импульсно – фазовым методом .
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.

Фазовый метод управления тиристором.

♦ Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3 ) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, как на рис.2

♦ Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети , от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).

При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл , тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.

Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.

♦ В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.

Проведем небольшие вычисления для примера рис.3 . Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА . В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА .
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1 . Для разных значений резистора R1 , будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10, до а = 90 градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.


♦ Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°, до а = 90° .
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.

Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1 , ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).

Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С .
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5 .

Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1 ), весь ток идет на зарядку конденсатора С , напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ ). Как проверить тиристор?

На своем блоге я поместил рассылку на бесплатные уроки на тему: .
В этих уроках я, в популярной форме, постарался как можно проще изложить суть работы тиристора: как он устроен, как работает в цепи постоянного и переменного тока. Привел много действующих схем на тиристорах и динисторах.

В этом уроке, по просьбе подписчиков, привожу несколько примеров проверки тиристора на целостность.

Как же проверить тиристор?

Предварительная проверка тиристора проводится с помощью тестера-омметра или цифрового мультиметра .
Переключатель цифрового мультиметра должен стоять в положении проверки диодов.
С помощью омметра или мультиметра, проверяются переходы тиристора: управляющий электрод – катод и переход анод – катод.
Сопротивление перехода тиристора, управляющий электрод – катод, должно быть в пределах 50 – 500 Ом.
В каждом случае величина этого сопротивления должна быть примерно одинакова при прямом и обратном измерении. Чем больше величина этого сопротивления, тем чувствительнее тиристор.
Другими словами, будет меньше величина тока управляющего электрода, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое состояние.
У исправного тиристора величина сопротивления перехода анод – катод, при прямом и обратном измерении, должна быть очень большой, то есть имеет «бесконечную» величину.
Положительный результат этой предварительной проверки, еще ни о чем не говорит.
Если тиристор уже стоял где то в схеме, у него может быть «прогорел» переход анод — катод. Эту неисправность тиристора мультиметром не определишь.

Основную проверку тиристора нужно проводить, используя дополнительные источники питания. В этом случае полностью проверяется работа тиристора.
Тиристор перейдет в открытое состояние в том случае, если через переход, катод – управляющий электрод, пройдет кратковременный импульс тока, достаточный для открытия тиристора.

Такой ток можно получить двумя способами:
1. Использовать основной источник питания и резистор R, как на рисунке №1.
2. Использовать дополнительный источник управляющего напряжения, как на рисунке №2.

Рассмотрим схему проверки тиристора на рисунке №1.
Можно изготовить небольшую испытательную плату, на которой разместить провода, индикаторную лампочку и кнопки переключения.

Проведем проверку тиристора при питании схемы постоянным током.

В качестве нагрузочного сопротивления и наглядного индикатора работы тиристора, применим маломощную электрическую лампочку на соответствующее напряжение.
Величина сопротивления резистора R выбирается из расчета, чтобы ток, протекающий через управляющий электрод – катод, был достаточным для включения тиристора.
Ток управления тиристором пройдет по цепи: плюс (+) – замкнутая кнопка Кн1 – замкнутая кнопка Кн2 – резистор R – управляющий электрод – катод – минус (-).
Ток управления тиристора для КУ202 по справочнику равен 0,1 ампера. В реальности, ток включения тиристора, где то 20 – 50 миллиампер и даже меньше. Возьмем 20 миллиампер, или 0,02 ампера.
Основным источником питания может быть любой выпрямитель, аккумулятор или набор батареек.
Напряжение может быть любым, от 5 до 25 вольт.
Определим сопротивление резистора R .
Возьмем для расчета источник питания U = 12 вольт.
R = U: I = 12 В: 0,02 А = 600 Ом.
Где: U – напряжение источника питания; I – ток в цепи управляющего электрода.

Величина резистора R будет равна 600 Ом.
Если напряжение источника будет, например, 24 Вольта, то соответственно R = 1200 Ом.

Схема на рисунке №1 работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристор закрыт, электрическая лампочка не горит. Схема в таком состоянии может находиться сколько угодно долго. Нажмем кнопку Кн2 и отпустим. По цепи управляющего электрода пойдет импульс тока управления. Тиристор откроется. Лампочка будет гореть, даже если будет оборвана цепь управляющего электрода.
Нажмем и отпустим кнопку Кн1. Цепь тока нагрузки, проходящего через тиристор, оборвется и тиристор закроется. Схема придет в исходное состояние.

Проверим работу тиристора в цепи переменного тока.

Вместо источника постоянного напряжения U включим переменное напряжение 12 вольт, от какого либо трансформатора (рисунок №2).

В исходном состоянии лампочка гореть не будет.
Нажмем кнопку Кн2. При нажатой кнопке лампочка горит. При отжатой кнопке — тухнет.
При этом лампочка горит «в пол – накала». Это происходит потому, что тиристор пропускает только положительную полуволну переменного напряжения.
Если вместо тиристора будем проверять симистор, например КУ208, то лампочка будет гореть в полный накал. Симистор пропускает обе полуволны переменного напряжения.

Как проверить тиристор от отдельного источника управляющего напряжения?

Вернемся к первой схеме проверки тиристора, от источника постоянного напряжения, но несколько видоизменив ее.

Смотрим рисунок №3.

В этой схеме ток управляющего электрода подается от отдельного источника. В качестве него можно использовать плоскую батарейку.
При кратковременном нажатии на кнопку Кн2, лампочка так же загорится, как и в случае на рисунке №1. Ток управляющего электрода должен быть не менее 15 – 20 миллиампер. Запирается тиристор, так же, нажатием кнопки Кн1.

4. Урок №4 — «Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод»

5. Урок №5 — «Тиристорный регулятор в зарядном устройстве»

В этих уроках, в простой и удобной форме, излагаются основные сведения по полупроводниковым приборам: динисторам и тиристорам.

Что такое динистор и тиристор, выды тиристоров и их вольт — амперные характеристики , работа динисторов и тиристоров в цепях постоянного и переменного тока, транзисторные аналоги динистора и тиристора.

А так же: способы управления электрической мощностью переменного тока, фазовый и импульсно-фазовый методы.

Каждый теоретический материал подтверждается практическими примерами.
Приводятся действующие схемы: релаксационного генератора и фиксированной кнопки, реализованных на динисторе и его транзисторном аналоге ; схема защиты от короткого замыкания в стабилизаторе напряжения и многое другое.

Особенно интересна для автолюбителей схема зарядного устройства для аккумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Приводятся эпюры формы напряжения в рабочих точках действующих устройств управления переменным напряжением при фазовом и импульсно-фазовом методах.

Чтобы получить эти бесплатные уроки подпишитесь на рассылку, заполните форму подписки и нажмите кнопку «Подписаться».

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

Тиристор — полупроводниковый элемент, имеющий только два состояния: «открыто» (ток проходит) и «закрыто» (тока нет). Причем оба состояния устойчивые, то есть переход происходит только при определенных условиях. Само переключение происходит очень быстро, хоть и не мгновенно.

По способу действия его можно сравнить с переключателем или ключом. Вот только переключается тиристор при помощи напряжения, а отключается пропаданием тока или снятием нагрузки. Так что принцип работы тиристора понять несложно. Можно представлять его как ключ с электрическим управлением. Так, да не совсем.

Тиристор, как правило, имеет три выхода. Один управляющий и два, через которые протекает ток. Можно попробовать коротко описать принцип работы. При подаче напряжения на управляющий выход, коммутируется цепь через анод-коллектор. То есть, он сравним с транзистором. Только с той разницей, что у транзистора величина пропускаемого тока зависит от поданного на управляющий вывод напряжения. А тиристор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

Внешний вид

Внешний вид тиристора зависит от даты его производства. Элементы времен Советского Союза — металлические, в виде «летающей тарелки» с тремя выводами. Два вывода — катод и управляющий электрод — находятся на «дне» или «крышке» (это с какой стороны смотреть). Причем электрод управления меньше по размерам. Анод может находиться с противоположной стороны от катода, или торчать вбок из-под шайбы, которая есть на корпусе.

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

Современные тиристоры выглядят по-другому. Это небольшой пластиковый прямоугольник с металлической пластиной сверху и тремя выводами-ножками снизу. В современном варианте есть одно неудобство: надо смотреть в описании какой из выводов анод, где катод и управляющий электрод. Как правило, первый — анод, затем катод и крайний правый — это электрод. Но это как правило, то есть, не всегда.

Принцип работы

По принципу действия, тиристор можно еще сравнить с диодом. Пропускать ток он будет в одном направлении — от анода к катоду, но происходить это будет только в состоянии «открыто». На схемах тиристор похож на диод. Также имеется анод и катод, но есть еще дополнительный элемент — управляющий электрод. Понятное дело, есть отличия и в выходном напряжении (если сравнивать с диодом).

В схемах переменного напряжения тиристор будет пропускать только одну полуволну — верхнюю. Когда приходит нижняя полуволна, он сбрасывается в состояние «закрыто».

Принцип работы тиристора простыми словами

Рассмотрим принцип работы тиристора. Стартовое состояние элемента — закрыто. «Сигналом» к переходу в состояние «открыто» является появление напряжения между анодом и управляющим выводом. Вернуть тиристор в состояние «закрыто» можно двумя способами:

  • снять нагрузку;
  • уменьшить ток ниже тока удержания (одна из технических характеристик).

В схемах с переменным напряжением, как правило, сбрасывается тиристор по второму варианту. Переменный ток в бытовой сети имеет синусоидальную форму, когда его значение приближается к нулю и происходит сброс. В схемах, питающихся от источников постоянного тока, надо либо принудительно убирать питание, либо снимать нагрузку.

То есть, работает тиристор в схемах с постоянным и переменным напряжением по-разному. В схеме постоянного напряжения, после кратковременного появления напряжения между анодом и управляющим выводом, элемент переходит в состояние «открыто». Далее может быть два варианта развития событий:

  • Состояние «открыто» держится даже после того, как напряжение анод-выход управления пропало. Такое возможно если напряжение, поданное на анод-управляющий вывод, выше чем неотпирающее напряжение (эти данные есть в технических характеристиках). Прекращается прохождение тока через тиристор, фактически только разрывом цепи или выключением источника питания. Причем выключение/обрыв цепи могут быть очень кратковременными. После восстановления цепи, ток не течет до тех пор, пока на анод-управляющий вывод снова не подадут напряжение.
  • После снятия напряжения (оно меньше чем отпирающее) тиристор сразу переходит в состояние «закрыто».

Так что в схемах постоянного тока есть два варианта использования тиристора — с удержанием открытого состояния и без. Но чаще применяют по первому типу — когда он остается открытым.

Принцип работы тиристора в схемах переменного напряжения отличается. Там возвращение в запертое состояние происходит «автоматически» — при падении силы тока ниже порога удержания. Если напряжение на анод-катод подавать постоянно, на выходе тиристора получаем импульсы тока, которые идут с определенной частотой. Именно так построены импульсные блоки питания. При помощи тиристора они преобразуют синусоиду в импульсы.

Проверка работоспособности

Проверить тиристор можно либо при помощи мультиметра, либо создав простенькую проверочную схему. Если при прозвонке иметь перед глазами технические характеристики, можно заодно проверить сопротивление переходов.

Прозвонка мультиметром

Для начала разберем прозвонку мультиметром. Переводим прибор в режим прозвонки.

Обратите внимание, что величина сопротивления у разных серий разная — на это не стоит обращать особого внимания. Если хотите проверить и сопротивление переходов, посмотрите в технических характеристиках.

На рисунке представлены схемы испытаний. Крайний справа рисунок — усовершенствованный вариант с кнопкой, которую устанавливают между катодом и управляющим выводом. Для того чтобы мультиметр зафиксировал протекающий по цепи ток, кратковременно нажимаем на кнопку.

При помощи лампочки и источника постоянного тока (батарейка тоже пойдет)

Если мультиметра нет, можно проверить тиристор при помощи лампочки и источника питания. Подойдет даже обычная батарейка или любой другой источник постоянного напряжения. Вот только напряжение должно быть достаточным для того, чтобы засветить лампочку. Потребуется еще сопротивление или обычный кусок проволоки. Из этих элементов собирается простая схема:

  • Плюс от источника питания подаем на анод.
  • К катоду подключаем лампочку, второй ее вывод подключаем к минусу источника питания. Лампочка не горит, так как термистор заперт.
  • Кратковременно (при помощи куска проволоки или сопротивления) соединяем анод и управляющий вывод.
  • Лампочка загорается и продолжает гореть, хотя перемычка убрана. Термистор остается в открытом состоянии.
  • Если выкрутить лампочку или выключить источник питания, то лампочка, естественно, погаснет.
  • Если восстановить цепь/питание, она не загорится.

Заодно с проверкой, эта схема позволяет понять принцип работы тиристора. Ведь картинка получается очень наглядной и понятной.

Виды тиристоров и их особые свойства

Полупроводниковые технологии все еще разрабатываются и совершенствуются. За несколько десятилетий появились новые разновидности тиристоров, которые имеют некоторые отличия.

  • Динисторы или диодные тиристоры. Отличаются тем, что имеют только два вывода. Открываются подачей на анод и катод высокого напряжения в виде импульса. Называют еще «неуправляемые тиристоры».
  • Тринисторы или триодные тиристоры. В них есть управляющий электрод, но управляющий импульс может подаваться:
    • На управляющий выход и катод. Название — с управлением катодом.
    • На управляющий электрод и анод. Соответственно — управление анодом.

Есть также разные виды тиристоров по способу запирания. В одном случае достаточно уменьшения анодного тока ниже уровня тока удержания. В другом случае — подается запирающее напряжение на управляющий электрод.

По проводимости

Мы говорили, что проводят тиристоры ток только в одном направлении. Обратной проводимости нет. Такие элементы называют обратно-непроводящие, но существуют не только такие. Есть и другие варианты:

  • Имеют невысокое обратное напряжение, называются обратно-проводящие.
  • С ненормируемой обратной проводимостью. Ставят в схемах, где обратное напряжение возникнуть не может.
  • Симисторы. Симметричные тиристоры. Проводят ток в обоих направлениях.

Тиристоры могут работать в режиме ключа. То есть при поступлении импульса управления подавать ток на нагрузку. Нагрузка, в этом случае, рассчитывается исходя из напряжения в открытом виде. Надо также учитывать наибольшую рассеиваемую мощность. Вот в этом случае лучше выбирать металлические модели в виде «летающей тарелки». К ним удобно приделывать радиатор — для более быстрого охлаждения.

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

  • Запираемые и незапираемые. Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при смене полярности.
  • Быстродействующие. Имеют малое время перехода из одного состояния в другое.
  • Импульсные. Очень быстро переходит из одного состояние в другое, используется в схемах с импульсными режимами работы.

Основное назначение — включение и выключение мощной нагрузки при помощи маломощных управляющих сигналов

Основная область использования тиристоров — в качестве электронного ключа, служащего для замыкания и размыкания электрической цепи. В общем много привычных устройств построены на тиристорах. Например, гирлянда с бегущими огнями, выпрямители, импульсные источники тока, выпрямители и многие другие.

Характеристики и их значение

Некоторые тиристоры могут коммутировать очень большие токи, в этом случае их называют силовыми тиристорами. Они изготавливаются в металлическом корпусе — для лучшего отвода тепла. Небольшие модели с пластиковым корпусом — это обычно маломощные варианты, которые используют в малоточных схемах. Но, всегда есть исключения. Так что для каждой конкретной цели подбирают требуемый вариант. Подбирают, понятное дело, по параметрам. Вот основные:


Есть еще динамический параметр — время перехода из закрытого в открытое состояние. В некоторых схемах это важно. Может еще указываться тип быстродействия: по времени отпирания или по времени запирания.

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 .

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.

♦ Как мы уже выяснили – тиристор, это полупроводниковый прибор, обладающий свойствами электрического вентиля. Тиристор с двумя выводами (А — анод, К — катод) , это динистор. Тиристор с тремя выводами (А – анод, К – катод, Уэ – управляющий электрод) , это тринистор, или в обиходе его называют просто тиристор.

♦ С помощью управляющего электрода (при определенных условиях) можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть переводить его из состояния «выключено» в состояние «включено».
Тиристор открывается в случае, если приложенное напряжение между анодом и катодом превысит величину U = Uпр , то есть величину напряжения пробоя тиристора;
Тиристор можно открыть и при напряжении меньше, чем Uпр между анодом и катодом (U , если подать импульс напряжения положительной полярности между управляющим электродом и катодом.

♦ В открытом состоянии тиристор может находиться сколько угодно долго, пока на него подано питающее напряжение.
Тиристор можно закрыть:

  • — если уменьшить напряжение между анодом и катодом до U = 0 ;
  • — если снизить анодный ток тиристора до величины, меньше тока удержания Iуд .
  • — подачей запирающего напряжения на управляющий электрод, (только для запираемых тиристоров).

Тиристор может также находиться в закрытом состоянии сколько угодно долго, до прихода запускающего импульса.
Тиристоры и динисторы работают как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока.

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

Рассмотрим несколько практических примеров.
Первый пример применения динистора, это релаксационный генератор звуковых сигналов .

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».
♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до 35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

Устройство управления, собранное на тиристоре, для включения – выключения нагрузки с помощью одной кнопки показано на рис 2.


Устройство работает следующим образом.
♦ В исходном состоянии тиристор закрыт и лампочка не горит.
Нажмем на кнопку Кн в течении 1 – 2 секунды . Контакты кнопки размыкаются, цепь катода тиристора разрывается.

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.
♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

Мною опробованы и надежно работали в этой схеме различные тиристоры: КУ101, Т122, КУ201, КУ202, КУ208 .

♦ Как уже упоминалось, динистор и тиристор имеют свой транзисторный аналог .

Схема аналога тиристора состоит из двух транзисторов и изображена на рис 3 .
Транзистор Тр 1 имеет p-n-p проводимость, транзистор Тр 2 имеет n-p-n проводимость. Транзисторы могут быть как германиевые, так и кремниевые.

Аналог тиристора имеет два управляющих входа.
Первый вход: А – Уэ1 (эмиттер — база транзистора Тр1).
Второй вход: К – Уэ2 (эмиттер – база транзистора Тр2).

Аналог имеет: А – анод, К — катод, Уэ1 – первый управляющий электрод, Уэ2 – второй управляющий электрод.

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами А — анод и К — катод .

♦ Пару транзисторов, для аналога тиристора, надо подбирать одинаковой мощности с током и напряжением выше, чем необходимо для работы устройства. Параметры аналога тиристора (напряжение пробоя Unp, ток удержания Iyд) , будут зависеть от свойств применяемых транзисторов.

♦ Для более устойчивой работы аналога в схему добавляют резисторы R1 и R2 . А с помощью резистора R3 можно регулировать напряжение пробоя Uпр и ток удержания Iyд аналога динистора – тиристора. Схема такого аналога изображена на рис 4 .

Если в схеме генератора звуковых частот (рис 1) , вместо динистора КН102 включить аналог динистора, получится устройство с другими свойствами (рис 5) .

Напряжение питания такой схемы составит от 5 до 15 вольт . Изменяя величины резисторов R3 и R5 можно изменять тональность звука и рабочее напряжение генератора.

Переменным резистором R3 подбирается напряжение пробоя аналога под используемое напряжение питания.

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

Транзисторы Тр1 и Тр2: КТ502 и КТ503; КТ814 и КТ815 или любые другие.

♦ Интересна схема стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания в нагрузке (рис 6) .

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

  • — управляющего элемента– стабилитрона КС510 , который определяет напряжение выхода;
  • — исполнительного элемента–транзисторов КТ817А, КТ808А , исполняющих роль регулятора напряжения;
  • — в качестве датчика перегрузки используется резистор R4 ;
  • — исполнительным механизмом защиты используется аналог динистора, на транзисторах КТ502 и КТ503 .

♦ На входе стабилизатора в качестве фильтра стоит конденсатор С1 . Резистором R1 задается ток стабилизации стабилитрона КС510 , величиной 5 – 10 мА. Напряжение на стабилитроне должно быть 10 вольт .
Резистор R5 задает начальный режим стабилизации выходного напряжения.

Резистор R4 = 1,0 Ом , включен последовательно в цепь нагрузки.Чем больше ток нагрузки, тем больше на нем выделяется напряжение, пропорциональное току.

В исходном состоянии, когда нагрузка на выходе стабилизатора мала или отключена, аналог тиристора закрыт. Приложенного к нему напряжения 10 вольт (от стабилитрона) не хватает для пробоя. В этот момент падение напряжения на резисторе R4 почти равно нулю.
Если постепенно увеличивать ток нагрузки, будет увеличиваться падение напряжения на резисторе R4 . При определенном напряжении на R4, аналог тиристора пробивается и установится напряжение, между точкой Тчк1 и общим проводом, равное 1,5 — 2,0 вольта .
Это есть напряжение перехода анод — катод открытого аналога тиристора.

Одновременно загорается светодиод Д1 , сигнализируя об аварийной ситуации. Напряжение на выходе стабилизатора, в этот момент, будет равно 1,5 — 2,0 вольта .
Чтобы восстановить нормальную работу стабилизатора, необходимо выключить нагрузку и нажать на кнопку Кн , сбросив блокировку защиты.
На выходе стабилизатора вновь будет напряжение 9 вольт , а светодиод погаснет.
Настройкой резистора R3 , можно подобрать ток срабатывания защиты от 1 ампера и более . Транзисторы Т1 и Т2 можно ставить на один радиатор без изоляции. Сам же радиатор изолировать от корпуса.

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехник у, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

  • анод положительный вывод;
  • катод отрицательный вывод;
  • управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность . При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

  1. Снять сигнал с управляющего электрода;
  2. Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

  • динистор элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
  • симистор;
  • оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

принцип работы и способы управления

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехнику, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

  • анод — положительный вывод;
  • катод — отрицательный вывод;
  • управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов — это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

  1. Снять сигнал с управляющего электрода;
  2. Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

  • Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
  • Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
  • Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
  • Обратное напряжение — наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
  • Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
  • Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

  • динистор — элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
  • симистор;
  • оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

Тиристоры для чайников

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

Автор: ximet

Источник

Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.

Симметричный тиристор

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов. По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе. К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.


Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

  • Невысокая стоимость.

  • По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

  • Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

  • Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.

  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.

  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

  • Время включения – 10 мкс.

  • Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот. Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.).

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.


Оптосимистор MOC3023


Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Тиристор: принцип действия. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Тиристорный ключ переменного тока — Морской флот

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехнику, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

  • анод — положительный вывод;
  • катод — отрицательный вывод;
  • управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов — это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

  1. Снять сигнал с управляющего электрода;
  2. Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

  • Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
  • Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
  • Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
  • Обратное напряжение— наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
  • Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
  • Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

  • динистор — элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
  • симистор;
  • оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

Тиристоры составляют наиболее широкий класс полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением и предназначены в основном для коммутации токов и напряжений в сильноточных схемах. Большое число типов тиристоров с разнообразными характеристиками определяют многообразие ключевых и коммутирующих схем на их основе, тем не менее, общее свойство этих приборов – S-образная вольтамперная характеристика – позволяет обобщенно подходить к анализу статических и динамических свойств тиристорных ключей.

Для обеспечения работы ключа в двух устойчивых режимах его нагрузочная прямая должна пересекать вольт-амперную характеристику в трех точках (/, 2, 3) (рис. . )) из которых положения 1 и 3 являются устойчивыми. Если при отсутствии входного сигнала приложенное к тиристору прямое напряжение не превышает UВКЛ, то ключ находится в закрытом состоянии. Однако с приближением напряжения на тиристоре к величине, равной UВКЛ, закрытое состояние оказывается неустойчивым. Более того, некоторые образцы тиристоров могут самопроизвольно отпираться при выдержке под напряжением, значительно меньшем UВКЛ, что проявляется особенно сильно с увеличением, температуры. Поэтому закрытое состояние тиристора характеризуется лишь частью напряжения UВКЛ, т. е. максимально допустимым прямым напряжением UПР.МАКС, находясь под которым прибор должен оставаться закрытым в течение всего срока службы.

Для трехэлектродных тиристоров значение UПР.МАКС можно увеличить, если зашунтировать управляющий переход или подать на него отрицательное смещение, что вызывает протекание в цепи управляющего электрода запирающего тока IУ.ОБР, причем в случае шунтирования управляющего перехода ток IУ.ОБР является частью тока анода, ответвляющейся в цепь шунта.

Сопротивление тиристорного ключа в закрытом состоянии определяется током утечки в прямом направлении IУТ, измеренным при напряжении UПР.МАКС и максимально допустимой температуре, и током IК0 центрального перехода П2. Это позволяет использовать в качестве эквивалентной схемы тиристора в закрытом состоянии сопротивление, величина которого равна RОБР, и источник тока IК0 .

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется остаточным напряжением UОБР, измеренным при протекании максимального прямого тока IПР.МАХ, который задается исходя из максимально допустимой мощности рассеивания на тиристоре РМАХ. Это позволяет заменить открытый тиристор эквивалентным сопротивлением RПР. величина которого равна RПР = UОСТ/ IПР.МАХ и источником напряжения UОСТ.

Переключение тиристора из закрытого состояния в открытое должно осуществляться подачей отпирающего импульса в цепь управления для трехэлектродных приборов – триодных (ТТ) и запираемых (ЗТ) тиристоров или в цепь анод-катод для диодных тиристоров (ДТ). Между амплитудой импульса UВКЛ.ИМП, переключающего ДТ в открытое состояние, которую в соответствии со справочными обозначениями, принятыми для диодных тиристоров, будем обозначать UПУСК, и статическим значением UВКЛ не существует корреляционного соответствия. Амплитуда UПУСК в основном зависит от длительности фронта импульса отпирающего напряжения на аноде тиристора tФ, емкости участка анод-катод закрытого диодного тиристора CДТ CП2 где CП2 – емкость центрального р-n перехода, а следовательно, и от внутреннего сопротивления генератора отпирающих импульсов RВН.

Для отпирания импульсного ключа, выполненного на трехэлектродном приборе (ТТ или ЗТ), и запирания ключа на ЗТ необходимо обеспечить протекание определенного импульса тока в цепи управления тиристора. Амплитуда этого импульса, прежде всего, зависит от его длительности, а при запирании – и от величины прямого тока анода IПР, протекающего через открытый тиристор.

Одним из основных параметров, характеризующих процесс отпирания трехэлектродных тиристоров, является импульсный ток спрямления IСПР, под которым следует понимать минимальную амплитуду положительного импульса тока управления заданной длительности, переключающего тиристор в открытое состояние при определенном напряжении на аноде.

Длительность процесса отпирания характеризуется временем задержки tЗ (ток анода возрастает до 0,1 IПР) и временем установления прямого сопротивления tУСТ (ток анода изменяется от 0, IПР до 0,9 IПР), которые в сумме составляют время включения tВКЛ, а длительность процесса запирания характеризуется временем запаздывания tЗП (ток анода уменьшается до 0,9 IПР) и временем спада tСП (ток анода изменяется от 0,9 IПР до 0,1 IПР), которые в сумме составляют время запирания tЗАП.

Время переключения тиристорного ключа, несмотря на действие сильной внутренней положительной обратной связи составляет существенно большую величину, чем аналогичный параметр у транзисторных ключей. Это объясняется режимом глубокого насыщения p-n-p-n – структуры и связанным с ним накоплением и рассасыванием большого объемного заряда. Из-за этого время включения тиристора составляет единицы микросекунд, а выключения – десятки и сотни микросекунд, уменьшаясь у высокочастотных тиристоров и тиристоров, прямой ток которых существенно меньше максимально допустимого.

Заметим, что при активно-индуктивном характере нагрузки тиристорного ключа нарастание прямого тока определяется не только и не столько инерционностью самого прибора, сколько постоянной времени нагрузки. Для таких ключей длительность управляющих импульсов выбирается не только по минимально заданным справочным данным, но и в зависимости от постоянной времени нагрузки, учитывая, что в течении длительности импульса управления прямой ток должен успеть превысить величину IВЫКЛ.

К числу параметров, характеризующих отпирание тиристорного ключа, следует отнести и максимально допустимую скорость нарастания анодного тока (dIПР/dt)MAX. Ограничение скорости (dIПР/dt) сверху обусловлено влиянием неодномерных явлений на процесс отпирания тиристора и оказывается особенно сильным в режимах, когда амплитуда импульса прямого тока IПР.ИМП >> IПР.МАХ. Значения (dIПР/dt) иIПР.ИМП.МАХ. зависят от длительности импульсов прямого тока и частоты их следования.

Построение и расчет цепей отпирания, выключения и запирания тиристорных ключей являются первоочередными задачами, которые приходится решать при проектировании тиристорных устройств. При этом под выключением тиристоров понимается их выключение пo анодной цепи, а под запиранием – выключение по цепи управляющего электрода.

Анализ цепей отпирания. Цепь отпирания должна обеспечить включение от импульса сигнала управления, защиту тиристора от отпирающего импульса помехи и запас по минимально допустимому режиму входной цепи прибора. Эти требования необходимо удовлетворить в заданном диапазоне внешних, например, температурных, воздействий для любого тиристора выбранного типа.

Для обеспечения гарантированного включения тиристора и исключения его срабатывания от сигнала помехи UПОМ необходимо удовлетворить неравенства

(4.7.1)

(4.7.2)

где UПОМ.У и IПОМ.У – допустимые значения напряжения и тока помехи, действующей в управляющей цепи.

В случае индуктивного характера нагрузки (рис. 4.7.1-а) длительность импульса управления необходимо увеличить до значения

Для уменьшения длительности управляющих импульсов индуктивную нагрузку целесообразно шунтировать активным сопротивлением или последовательной RС-цепью (рис. 4.7.1-б и -в), параметры которых для схемы рис. 4.7.1, а выбираются из условия

а для схемы рис. 4.7.1.

;

Применение резистивно-емкостного шунта уменьшает потери мощности по сравнению с чисто резистивным шунтом, однако при

в схеме могут возникнуть колебательные процессы.Основные схемы цепей отпирания ключей на тиристорах показаны на рис. 4.7.2. Включение диода в управляющую цепь тиристора (рис. 4.7.2, –а и –б) исключает протекание обратного тока через управляющий переход, что не допускается для обычных триодных тиристоров, а включение RШ повышает устойчивость тиристоров против самопроизвольного включения В схеме (рис. 4.7.2-б) роль сопротивления шунта играет малое по постоянному току сопротивление выходной обмотки трансформатора. Включение разделительной емкости CР в схеме рис. 4.7.2-в позволяет сформировать управляющий импульс с формой, близкой к оптимальной, т. е. крутым и большим по амплитуде передним фронтом и экспоненциально убывающей вершиной.

Схемы цепей отпирания ключей на диодных тиристорах приведены на рис. 4.7.2 г-е. При подаче короткого импульса положительной (рис 4.7.2-г) или отрицательной (рис. 4.7.2-д) полярности в цепи анод – катод тиристора через емкость центрального перехода CП2 = CS протекает ток, который обеспечивает накопление в базах S заряда QВКЛ, необходимого для отпирания прибора. Диод D1 увеличивает входное сопротивление схемы. Для отпирания S в схеме рис. 4.7.2-д должны выполняться неравенства

и

а в схеме рис. 4.7.2 –г и д – неравенства

и

Анализ цепей выключения.Для выключения тиристора по аноду необходимо уменьшить протекающий через тиристор ток до величины меньшей IВЫКЛ.MIN, на время большее tВЫКЛ. В цепях постоянного тока эта задача решается с помощью транзисторного ключа или коммутирующих реактивных элементов

Схемы выключения тиристорного ключа с последовательным и параллельным транзисторами показаны на рис. 4.7.3 –а и –б. Последовательный

транзистор, запираясь оложительным импульсом, прерывает протекание тока через тиристор на время tИ > tВЫКЛ. Дополнительное подключение Е повышает надежность выключения, компенсируя ток IК0 закрытого транзистора, и способствует повышению скорости рассасывания объемного заряда и, тем самым, уменьшает время выключения тиристора.

В схеме с параллельным транзистором при его отпирании основная часть анодного тока тиристора ответвляется через транзистор, прямой ток тиристора уменьшается ниже IВЫКЛ.MIN и тиристор запирается. Для повышения надежности запирания последовательно с тиристором можно включить диод D, который увеличивает остаточное напряжение и сопротивление шунтируемой транзистором цепи и тем самым уменьшает протекающий в ней при открытом транзисторе ток.

Поскольку в тиристорных ключах с транзисторными схемами выключения рассасывание накопленного в структуре заряда происходит только за счет процессов рекомбинации, то время выключения тиристоров затягивается, а амплитуды коммутируемых токов и напряжений, определяемые характеристиками транзисторов, ограничивают область применения тиристорных ключей. Такие схемы выключения применяются только для маломощных тиристоров.

Более широко в импульсной технике используются схемы выключения с помощью заряженного конденсатора и вспомогательного тиристора. Суть работы этих схем выключения заключается в том, что предварительно заряженный конденсатор с помощью вспомогательного тиристора подключается к основному тиристору таким образом, что ток его разряда направлен навстречу прямому току основного тиристора, что обеспечивает его форсированное запирание. Коммутирующий конденсаторС может быть подключен с помощью вспомогательного тиристора S2 параллельно основному тиристору S1 (рис. 4.7.4 –а-в), параллельно нагрузке (рис. 4.7.5 -г и д) или к соединенным последовательно тиристору S1 и нагрузке (рис. 4.7.4-е). Соответственно различают параллельную (рис. 4.7.4, а-д) и последовательную (рис. 4.7.4 -е) коммутации.

Параметры коммутирующей емкостиС и дросселя L рассчитывают исходя из условия, при котором на основном тиристоре за время перезаряда конденсатора до нуля сохраняется обратное напряжение течение отрезка времени длительностью не меньше tВЫКЛ. Заряд конденсаторов С обеспечивается специальной зарядной цепью, которая на рис. 4.7.4-б-е не показана.

ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ ПЕРЕМЕН- НОГО ТОКА, содержащий два встречно-, параллельно включенных тиристора, формирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами, о т л и ч ающий с я тем, что, с целью расширения диапазона частот коммутируемого тока и упрощения, в него введены два трансформатора тока, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора вкЛ рЧена между выходным выводом и встречно-параллельно включенными тиристорами , первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторичные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к управляюще му переходу соответствующего тиристора , шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3469838/24-07 (22) 19.07 ° 82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) A.Ñ. Соколов (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (53) 621.316 ° 722 (56) 1. Авторское свидетельство СССР, 9 389626, кл. Н 03 К 17/56, 1971

2. Авторское свидетельство СССР

Р 445151, кл. Н 03 К 17/56, 1973 (54)(57) ТИРИСТОРНЫЙ КЛЮЧ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий два встречнопараллельно включенных тиристора, Формирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот

М59 Н 03 К 17, б коммутируемого тока и упрощения, в него введены два трансформатора тока, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора включена между выходным выводом и встречно-параллельно включеннымц тиристорами,первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторичные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к управляюще-. му переходу соответствующего тиристора, шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.

Изобретение относится к переключающим устройствам и предназначено для коммутации в цепях переменного тока с любым характером нагрузки, в широком диапазоне частот .и мощностей, например в установках индукционного нагрева с машинными и статическими преобразователями частоты.

Известны тиристорные ключи переменного тока промышленной, часто- о ты f13.

Большинство подобных устройств предназначено для работы с нагрузкой определенного характера, кроме того все они непригодны для работы на 15 повышенных частотах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тиристорный ключ переменного тока, содержащий два встречно-параллельно включенных силовых тиристора, фор2 мирующих последовательную цепь с входным и выходным выводами 2 ).

В схеме этого ключа тиристоры управляются импульсами, мощность которых зависит от угла. сдвига Y фазы тока нагрузки и напряжения источника питания.

Особенно сильно этот недостаток проявляется на повышенных частотах (свыше 1000 Гц ), так как резко падает коэффициент использования тиристоров по току вследствие больших ., коммутационных потерь. Кроме того, схема устройства сложна и должна содержать вспомогательный тиристор того же класси, что и силовые тиристоры.

Целью изобретения является расширение области рабочих частот коммутируемого тока в нагрузке любого характера и упрощение схемы ключа.. 40

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорный ключ, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристора, формирующих последовательную цепль с входным и Выходным Вывода-45 ми, введены два трансформатора тока,, два резистора, два стабилитрона и тумблер, причем первичная обмотка первого трансформатора включена между выходным выводом и встренно-параллелвно включенными тиристорами, первичная обмотка второго трансформатора включена в анодную цепь первого тиристора, вторйчные обмотки трансформаторов подключены каждая через резистор к ynpasляющему переходу соответствующего ти- ристора, шунтированного стабилитроном, при этом обмотка первого трансформатора подключена к управляющему переходу первого тиристора через тумблер.

На фиг.1 представлена принципиаль- 66 ная схема ключа переменного тока; на, фиг. 2 – эпюры аноднрго тока и тока управления.

Ключ содержит два встречно-парал» лельно включенных тиристора 1 и 2, последовательно с которыми включена нагрузка 3 и первичная обмотка трансформатора 4 тока с насыщением, первичная обмотка второго трансформатора, 5 тока с насыщением включена в анодную цепь тиристора 1, вторичные обмотки трансформаторов подключены через резисторы б и 7 к управляющим переходам тиристоров, шунтированным стабилитронами 8 и 9. Тумблер 10 включен во вторичную обмотку трансформатора 4.

Принцип действия ключа поясняется эпюрами анодного тока и тока управления тиристоров 1 и 2 (.фиг. 2)., Относительно оси с показан ток наг-. рузки 3, как сумма анодных токов, относительно осей 5 и 6 — – ток вторичных обмоток трансформаторов 4 и 5 (При работе на промышленной частоте каждый период .тиристор ключа включается и полпериода пропускает ток в нагрузку,а в другой полупериод,когда ток проводит второй тиристор, он восстанавливает свои управляющие свойства. Форма тока тиристора на повышенных частотах характеризуется тем; что содержит наравне с положительными:и отрицательныe площадки, величина которых зависит от амплитуды и частоты тока. Такому симметричному характеру работы соответствует,ток тиристора 1 B .интервале

1 „- t „а для тиристора 2 — Ф » Вэ (фиг. 2,ось а).

Основным параметром, определяющим воэможность использования того нли иного типа тиристоров в ключе повышенной частоты, является время выключЕниЯ тиРистоРа 1Э. ОДнако в этом ключе мо)кно выделить два режима выключения тиристорав.

В первом режиме выключение одного тиристора происходит при включенном другом (ключ открыт J. Например, тиридтор 2 выключается s промежутке когда приводит т4ж тири

53289 4М6 1 5 Ф Ф:

Заказ 8900/56 Тираж 936 Подписное

Филиал ППП «Патент», г.ужгород,ул.Проектная,4

В первом режиме, характеризуемом процессом рекомбинации, время выклю-. чения в 2-4 раза больше, чем во втором, характеризуемом процессами рассасывания носителей в базах тирис-. тора. При симметричном характере работы тиристоров ключа, т. е. когда каждый прибор пропускает ток полпе- риода, имеют место оба режима выключения. Поэтому верхняя граница рабочих частот определяется временем выключения в первом режиме;

В предлагаемом ключе тиристоры работают в несимметричном режиме, что обеспечивает второй режим выключения; а следовательно и более выоокие предельные частоты коммутирующего тока нагрузки.

Пусть при открытом ключе проводит ток тиристор 1. Момент перехода тока нагрузкй 3 из тиристора 1 в тиристаф

2(tz,ось а)определен окончанием рассасывания.заряда в широкой. базе тиристора 1. Включение тиристора 2 -в этот момент осуществляется эа счет импульса управления, сформированного во вторичной обмотке трансформатора .

5 с выходом его сердечника иэ насыщения при спаде тока тиристора 1.

Угол обратного тока тиристора 2 зависит от величины тока в момент его . включения. Величина этого угла определяет необходимую ширину импульса; управления для тиристора 1, который формируется в трансформаторе 4 каж» дый полупериод при переходе тока нагрузки через нулевую линию (моменты 4z,4 Изобретение относится к области передачи информации и может быть использовано для передачи информационных сигналов по линии связи с гальванической развязкой

назначение и основные характеристики, принцип работы для «чайников» и проверка в схемах

Характеристики Тиристора

Тиристоры могут иметь прямое или обратное смещение. Посмотрим, как это работает в обоих направлениях.

Тиристоры в состоянии смещения вперед

Когда анод становится положительным, PN-соединения на концах смещены вперед, а центральное соединение (NP) становится смещенным назад. Он будет оставаться в заблокированном (ВЫКЛ) режиме (также известном как этап прямой блокировки) до тех пор, пока он не будет вызван импульсом тока затвора или приложенное напряжение не достигнет напряжения прямого отключения.

Запуск по импульсу тока затвора — Когда он запускается импульсом тока затвора, он начинает проводить и будет действовать как переключатель замыкания. Тиристоры остаются во включенном состоянии, то есть остаются в заблокированном состоянии. Здесь вход теряет контроль, чтобы выключить устройство.

Запуск по напряжению прямого отключения — Когда подается прямое напряжение, ток утечки начинает протекать через блокировку (J2) в среднем соединении тиристоров. Когда напряжение превышает прямое отключение перенапряжения или критического предела, то J2 выходит из строя и достигает состояния ON.

Когда ток затвора (Ig) увеличивается, он уменьшает площадь блокировки и, таким образом, уменьшается прямое отключающее напряжение. Он включится, когда будет поддерживаться минимальный ток, называемый запирающим током.

Когда ток затвора Ig = 0 и ток анода падают ниже определенного значения, называемого удерживающим током, во время состояния ВКЛ, он снова достигает своего состояния прямой блокировки.

Тиристоры в обратном смещенном состоянии

Если анод является отрицательным по отношению к катоду, то есть с приложением обратного напряжения, оба PN-перехода на конце, то есть J1 и J3, становятся смещенными в обратном направлении, и центральное соединение J2 становится смещенным в прямом направлении. Через него протекает только небольшой ток утечки. Это режим блокировки обратного напряжения или выключенное состояние тиристора.

Когда обратное напряжение увеличивается еще больше, то при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и он начинает проводить в обратном направлении. Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить ток, называется обратным напряжением пробоя.

  • Тиристор блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлении, и, таким образом, образуется симметричная блокировка.
  • Тиристор включается при приложении положительного тока затвора и выключается, когда напряжение на аноде падает до нуля.
  • Небольшой ток от затвора к катоду может запустить тиристор, изменив его с разомкнутой цепи на короткое замыкание.

Тиристор имеет три режима работы:

  • Блокировка вперед
  • Обратная блокировка
  • Прямая проводимость
Блокировка вперед

В этом состоянии или режиме прямая проводимость тока блокируется. Верхний диод и нижний диод смещены в прямом направлении, а соединение в центре — в обратном направлении. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает, и через него не протекает ток.

Обратная блокировка

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и через него по-прежнему не протекает ток. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и он блокирует в обратном направлении, поэтому поток тока блокируется.

Прямая проводимость

При подаче тока на затвор срабатывает тиристор, и он начинает проводить ток. Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, и этого можно достичь, отключив цепь.

Способы проверки

При выходе из строя какого-либо устройства необходимо прозвонить элементы и заменить сгоревшие, причем необязательно выпаивать триак из схемы. Проверка симистора мультиметром аналогична проверке тиристора мультиметром в схеме не выпаивая. Сделать это довольно просто, но этот метод не даст точного результата.

Как проверить тиристор ку202н мультиметром: необходимо освободить УЭ. Как проверить симистор мультиметром не выпаивая: необходимо освободить его УЭ (выпаять или выпаять деталь — одним словом, отделить устройство от всей схемы) и произвести измерения мультиметром на предмет пробитого перехода. Для проверки необходимо использовать стрелочный тестер. Этот метод является более точным, так как ток, генерируемый тестером способен открыть переход. Нужно найти информацию о симисторе и приступить к проверке:

  1. Подключить щупы к выводам T1 и T2.
  2. Установить кратность х1.
  3. Только при показании бесконечного сопротивления деталь исправна, а во всех остальных случаях — пробита.
  4. При положительном результате (бесконечное сопротивление) соединить вывод Т2 и управляющий. В результате R падает до 20..90 Ом.
  5. Сменить полярность прибора и повторить 3 и 4.

Этот метод является более точным, чем предыдущий, но не дает полной гарантии определения исправности полупроводникового прибора. Для этих целей существуют специальные схемы, которые можно собрать самостоятельно.

Профессиональные схемы

Пробник для проверки симистора или тиристора достаточно простого исполнения и с наименьшим количеством деталей представлен на схеме 1.

Схема 1 — Простой пробник для проверки симистора или тиристора

Перечень деталей пробника:

  1. Трансформатор подбирается любого типа, но с напряжением на вторичной обмотке около 6,3 В.
  2. Диод VD1 на напряжение от 10 В и более и с выпрямительным током более 350 мА (можно найти подходящий по справочнику радиолюбителя или в интернет).

При работе нужно подключить симистор и поставить S2 в положение «=», после чего включить SA1 (SB1 пока не нажимать). При этом лампочка не должна светиться. Нажимаем SB1 (лампа загорается) и при отпускании SB1 лампа накаливания должна гореть. Поставить SА1 в положение «0», и лампа гаснет. SА1 в положение поставить «переменного» тока и лампа не должна гореть. При нажатии SB1 лампа загорается, а при отпускании — гаснет.

Универсальная схема устройства для проверки симистора изображена на схеме 2. Она является более сложной, но очень эффективной.

Схема 2 — Универсальная современная схема устройства для проверки симистора или тиристора

Перечень радиоэлементов:

  1. Трансформатор со II обмоткой 2 и 9 вольт (I = 0,2..0,3 А).
  2. Конденсаторы керамические: C3, C4, C9, C10.
  3. Конденсаторы электролитические — остальные.
  4. Диод VD1: U > 50 В и I > 1 А.
  5. Диоды VD2, VD3: U > 25 В и I > 300 мА.
  6. Микросхемы и их аналоги: 7805 (КР142ЕН5(А,В)) и 7905 (КР1162ЕН5(А,Б) или КР1179ЕН05).

При проверке необходимо SA3 задать ток управления (подача на УЭ). Для проверки тиристора нужно поставить SA2 в режим «прямое» и включить питание пробника (лампа гореть не должна).

Нажать кнопку SВ2 — лампа горит даже при ее отпускании (SВ2). Нажать SВ1, и лампа должна погаснуть.

Таким образом, симисторы получили широкое распространение в различных устройствах с электронным регулированием. Они выходят из строя, и проверить их несложно. Для этого необходимо выбрать лишь метод проверки. Проверка мультиметром менее точна, чем стрелочным омметром, ток которого способен открыть переход триака. Для более точного и профессионального определения исправности собирается специальная схема.

Originally posted 2018-04-06 09:24:37.

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.

Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

  • Невысокая стоимость.

  • По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

  • Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка.

Величина резистораR1 от 50 до 470 ом, величина конденсатораC1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

  • Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.

  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.

  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

  • Время включения – 10 мкс.

  • Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот

Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.)

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Originally posted 2018-07-04 07:13:04.

Где используется и как выглядит

Чаще всего симистор используется для коммутации в цепях переменного тока (подачи питания на нагрузку). Это удобно, так как при помощи напряжения малого номинала можно управлять высоковольтным питанием. В некоторых схемах ставят симистор вместо обычного электромеханического реле. Плюс очевиден — нет физического контакта, что делает включение питания более надежным. Второе достоинство — относительно невысокая цена. И это при значительном времени наработки и высокой надежности схемы.

Минусы тоже есть. Приборы могут сильно нагреваться под нагрузкой, поэтому необходимо обеспечить отвод тепла. Мощные симисторы (называют обычно «силовые») монтируются на радиаторы. Еще один минус — напряжение на выходе симистора пилообразное. То есть подключаться может только нагрузка, которая не предъявляет высоких требований к качеству электропитания. Если нужна синусоида, такой способ коммутации не подходит.

Заменить симистор можно двумя тиристорами. Но надо правильно подобрать их по параметрам, да и схему управления придется переделывать — в таком варианте управляющих вывода два

По внешнему виду отличить тиристор и симистор нереально. Даже маркировка может быть похожей — с буквой «К». Но есть и серии, у которых название начинается с «ТС», что означает «тиристор симметричный». Если говорить о цоколевке, то это то, что отличает тиристор от симистора. У тиристора есть анод, катод и управляющий вывод. У симистора названия «анод» и «катод» неприменимы, так как вывод может быть и  катодом, и анодом. Так что их обычно называют просто «силовой вывод» и добавляют к нему цифру. Тот который левее — это первый, который правее — второй. Управляющий электрод может называться затвором (от английского слова Gate, которым обозначается этот вывод).

Принцип работы

Радиотехнический термин thyristor составлен из двух частей. В начале употреблено слово thyra, что означает на греческом языке «дверь» или «вход». Затем использовано окончание английского слова resistor, которое переводится как «сопротивление».

Тиристором называется полупроводниковое устройство, где на базе монокристалла собираются более двух p — n переходов. Суть электронно-дырочного соединения пары химических элементов — так расшифровывается понятие «p — n переход» — состоит в том, что при подключении прямого тока на выводах появляется разность потенциалов. При обратном токе совершается блокировка носителей заряда.

В устройство коммутируется сигнальный контакт, назначение которого состоит в управлении током пробоя границы разнозаряженных зон. На электрических схемах обозначение тиристора почти совпадает со значком диода. Различие состоит в том, что к катодному выводу пририсована стрелка управляющего электрода.

Конструкция прибора

Полупроводниковый прибор представляет собой структуру, которую образуют четыре слоя разной полярности, соединённых последовательно. Образуется цепочка p — n — p — n типа. К наружному слою с положительным зарядом подключён анодный вывод, к отрицательному полупроводнику — катод. К внутренним прослойкам допустимо присоединение до двух управляющих контактов.

Основообразующим элементом тиристора является кристалл кремния с заданной толщиной. Для формирования p-слоя применяются примеси бора и алюминия. Чтобы получить n-область используется фосфор. Нанесение добавок происходит с помощью диффузионной технологии. При температуре от 1000° C до 1300° C создаётся переходный слой глубиной 60 Мкм.

Внешний вид современных устройств непохож на детали, изготовленные два десятка лет назад. Раньше они выглядели как «летающие тарелки». Минусовый электрод и сигнальный контакт располагались на торце, а анодный вывод устанавливался с противоположной стороны или сбоку изделия. Сейчас тиристор представляет собой небольшой пластмассовый коробок с тремя электродами внизу. Расположение контактов указывается в описании устройства.

Режимы работы

Принцип действия тиристора характеризуется работой в двух устойчивых состояниях. Положение «закрыто» свидетельствует о низкой проводимости. Значение «открыто» указывает высокую электропроводность.

Как работает тиристор, для чайников объяснит диаграмма зависимости силы тока от напряжения. В исходной позиции полупроводниковый элемент заперт.

Но стоит подать ток на управляющий вывод, как тиристор откроется. В этот момент линейный отрезок на графике круто изменяет угол наклона, близкий к вертикальному положению. От величины сигнального тока зависит уровень пробойного напряжения. Вольт-амперная характеристика объясняет, зачем требуется применение управляющего электрода. После обнуления командного сигнала устройство останется открытым, пока напряжение не уменьшится до уровня удержания.

Работа транзистора также основана на взаимодействии p — n переходов. От полупроводникового триода, который, как вентиль, плавно регулирует напряжение, тиристорный элемент отличается скачкообразным ростом разности потенциалов после появления сигнала управления. Своеобразный электронный ключ по команде открывает дорогу питанию электрической цепи.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Тестирование элемента

Существует несколько способов проверки симистора на работоспособность. Для самого простого понадобится только лишь мультиметр, а для более сложных измерений — автономный источник питания или тестовая схема.

С помощью тестера проверка происходит с использованием знаний, основанных на принципе работы симистора. Диагностика мультиметром не сможет определить все характеристики элемента, но вполне достаточной будет для первичного тестирования работоспособности.

Простую проверку можно осуществить, используя лампочку и элемент питания. Для этого одна клемма батарейки подключается на управляющие и рабочие выводы симистора, а вторая — на цоколь лампочки. Вывод элемента соединяется с центральным контактом осветителя. В этом случае переход должен быть открыт, тогда лампочка загорится.

Проверка тестером

Для проведения тестов подойдёт прибор любого типа действия, но при этом необходимо, чтобы значения выдаваемого им тока хватило для переключения элемента. Поэтому более предпочтительным будет использование аналогового прибора. Например, чтобы проверить тестером BTB12-800CW, понадобится обеспечить ток порядка 30 мА, а для BTB16-700BW этот показатель должен быть равен 15 мА.

Также понадобится обратить внимание на состояние батарейки, стоящей в тестере. В цифровом устройстве на экране не должен высвечиваться значок замены батарейки, а в аналоговом при закорачивании щупов друг на друга стрелка должна указывать на ноль

Суть измерения сводится к проверкам переходов прибора. Для этого тестер переключается в режим прозвонки сопротивлений на самый маленький диапазон. Выполнять проверку лучше всего в следующей последовательности:

  1. Измерительные щупы подключаются к силовым выводам симистора T1 и T2. Если радиоэлемент исправен, то мультиметр должен показать бесконечно большое сопротивление.
  2. Меняется полярность приложенного сигнала на рабочих выводах. Для этого измерительные щупы переставляются. Сопротивление также должно быть большим.
  3. Кратковременно соединяется рабочий вывод T1 или T2 и управляющий электрод G.
  4. Снова измеряется сопротивление перехода между T1 и T2. В одну сторону оно должно измениться. Так, для BTB12-800CW оно составит около 50 Ом.
  5. Изменяется полярность. При этом импеданс перехода должен быть большим, что соответствует отсутствию обратного пробоя.

Использование схемы

Существует множество различных схем, использующихся радиолюбителями для тестирования работоспособности триака. Но лучше применять универсальную схему, способную проверить любой элемент тиристорного семейства, например, BTB16-700BW. Она не нуждается в настройке и работает сразу после сборки. Для того чтобы её собрать, понадобятся следующие элементы:

  1. Резисторы R1—R4 470 Ом, R4—R5 1 кОм.
  2. Конденсаторы С1 и С2 — 100 мкФ х 6,5 В.
  3. Диоды VD1, VD2, VD5 и VD6 — 2N4148; VD2 и VD3 — АЛ307.

В качестве источника питания можно использовать батарейку типа КРОНА.

Суть измерений сводится к следующим действиям: переключатель S3 переставляется в верхнее положение, в результате на устройство подаётся питание. После этого кратковременным нажатием на кнопку S2 подаётся ток на управляющий вывод элемента.

Если BTB16-700BW рабочий, то его переход должен открыться, о чём просигнализирует светодиод VD3. Затем переключатель устанавливается в среднее положение, светодиод должен погаснуть. На следующем этапе S3 переключается в нижнее положение, и нажимается кнопка S2. Результатом этих действий будет загорание светодиода VD4. Такое поведение симистора позволит со стопроцентной уверенностью заявить о его работоспособности.

Проверить симистор не так уж и сложно, особенно если использовать тестер, хотя лучше собрать специальную схему. Но при этом стоит отметить, что из-за высокой чувствительности триаков к току переключения в качестве мультиметров лучше применять стрелочные приборы.

Нередко радиолюбителям приходится собирать различные приспособления из деталей, которые были добыты путем разборки старых электрических или радиоприборов. Понятно, что после долгого лежания в ящиках сам владелец этого мини-склада уже и не помнит, в каком состоянии находятся детали. То есть, они исправны или нет. Поэтому используемую деталь обычно проверяют. А так как тема нашей статьи – как проверить симистор, то будем разбираться в этом вопросе досконально.

Проверка симисторов

Любой, даже наиболее надёжный прибор может выйти из строя. Не исключение и симистор

По этой причине немаловажно понимать, как можно проконтролировать его на работоспособность, для того чтобы осуществить его замену. Для этого можно применять 2 способа

Первый способ состоит в применении 2-ух аналоговых омметров. Следующие измерения выполняют следующим способом:

  1. Щупы 1 омметра подсоединяют к катоду и аноду симистора. Будет комфортнее, если щупы закрепить зажимами, для того чтобы они не прыгали. В случае если ввести устройство, сопротивление станет весьма обширно: указатель будет «лежать»;
  2. Щупы 2 омметра подсоединяют следующим способом: единственный щуп закрепляется на аноде, а другим щупом дотрагиваются до управляющего электрода.

Если соразмерный тиристор исправен, то произойдёт его раскрывание, а противодействие в первом омметре опустится до нескольких ом.

Второй способ контроля предполагает прозвонку мультиметром. Для того чтобы измерения были надёжными, переключатель тестера устанавливается в положение «проверка диодов». Потом измерительные щупы закрепляются в аноде и катоде. В случае со щупами-иглами можно применять переходник с проволоки. В отличие от омметра, мультиметр продемонстрирует противодействие равное 1. Потом тонкой проволокой запираем отрицательный электрод и затвор. Случится отпирание полупроводника, и в экране тестера отобразится реальное противодействие симистора.

Симметричный тиристор

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов.

По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе.

Простейшая схема симисторного регулятора

Рассмотрим самую простую схему симисторного регулятора напряжения.

В этой схеме всего пять элементов, но она вполне работоспособна. Время заряда емкости регулируется переменным резистором.

Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня примерно 30 В, динистор начинает проводить ток и открывает симистор, который остается в открытом состоянии до конца полупериода, когда ток начнет переходить через 0. Затем цикл повторяется уже с другой полярностью.

Это универсальная схема. Она может применяться для самых разных нагрузок. Для управления индуктивными нагрузками, такими как двигатель пылесоса, необходимо защитить симистор от бросков напряжения при выключении варистором и RC-цепочкой, присоединенными параллельно симистору.

Простейший ключ

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET,
то есть полевые транзисторы с изолированным
затвором
(они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются
исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше
порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через
транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное
преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё
время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET
(даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные
транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её
«снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор
открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает
пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать
дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или
открыться не полностью.

Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через
затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный
конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот
конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И
если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё
потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует,
фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

где — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы
ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление
резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как
постоянная времени увеличится

Это важно, если транзистор
часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это
пороговое напряжение , максимальный ток через сток и
сопротивление сток — исток у открытого транзистора. Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Модель
2N70003 В200 мА5 Ом
IRFZ44N4 В35 А0,0175 Ом
IRF6304 В9 А0,4 Ом
IRL25052 В74 А0,008 Ом

Для приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных
транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно
отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот
транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с
напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов
достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях
управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной
мощности в виде тепла.

Справочники по тиристорам и аналогам , Замена тиристоров, замена диодов

Тиристоры и их зарубежные аналоги. Справочник. Черепанов В. П., Хрулев А. К. 2002г.

Во втором томе справочного издания приводятся данные по элект рическим параметрам габаритным размерам, предельным эксплуата ционным характеристикам сведения по основному функциональному назначению отечественных силовых тиристоров Приводятся динами-ческие импульсные частотные температурные зависимости парамет ров а также описываются особенности применения тиристоров в ра диоэлектронной аппаратуре

Для инженерно-технических рабогникои занимающихся разработ кой эксплуатацией и ремонтом радиоэлектронной аппаратуры

Скачать книгу >>>

Программа для чтения книги: 

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие 10 

Оцените статью:

Тиристоры для чайников / Sudo Null IT News

Добрый вечер, Хабр. Поговорим о таком устройстве, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно отнести к электронным ключам. Но у тиристора есть одна особенность, он не может перейти в замкнутое состояние, в отличие от обычного ключа. Поэтому его обычно можно найти под именем — не полностью управляемый ключ.

На рисунке показан тиристор в обычном виде.Он состоит из четырех переменных типов электропроводности полупроводниковых областей и имеет три выхода: анод, катод и управляющий электрод.
Анод контактирует с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Здесь вы можете обновить память перехода pn.

Классификация


В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. На самом деле все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динистором (соответственно, у него только анод и катод).Тиристор с тремя и четырьмя выводами называется триодом или тетродом. Также существуют тиристоры с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Один из самых интересных — симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип действия



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

В связи с этим рисунком крайние области можно назвать эмиттерными, а центральный переход — коллекторным.
Чтобы понять, как работает тиристор, взгляните на вольт-амперную характеристику.

На анод тиристора подавалось небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторные переходы — в обратном. (на самом деле все напряжение будет на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви диодной характеристики. Этот режим можно назвать режимом закрытого состояния тиристора.
По мере увеличения анодного напряжения основные носители вводятся в базовую область, тем самым накапливая электроны и дырки, что эквивалентно 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 (график 1-2).
После этого все три перехода будут смещены в прямом направлении, тем самым переведя тиристор в открытое состояние (график 2-3).
Тиристор будет оставаться в открытом состоянии до тех пор, пока коллекторный переход не будет смещен в прямом направлении. Если ток тиристора уменьшить, то количество неравновесных носителей в базовых областях уменьшится в результате рекомбинации, а коллекторный переход будет смещен в обратном направлении, и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При повторном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогична характеристике двух последовательно включенных диодов.Обратное напряжение в этом случае будет ограничено напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров


1. Виток по напряжению — 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 — максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток — это максимальный открытый ток.
5. Обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении.
6. Максимальный управляющий ток электрода
7. Время задержки включения / выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Вывод


Таким образом, в тиристоре имеется положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор не является полностью управляющим ключом.То есть, перейдя в открытое состояние, он остается в нем, даже если он прекращает подавать сигнал на управляющий переход, если ток подается выше определенного значения, то есть ток удержания.

Источники:
en.wikipedia.org
lectricschool.info

Как работает тиристор?

Прежде чем углубляться в работу тиристора, давайте разберемся, зачем он нужен, когда у нас уже есть крошечный компонент под названием транзистор, который может помочь нам в переключении и усилении.

Хотя транзисторы могут переключаться, они не очень хорошо справляются с большими токами. Еще одна проблема с транзисторами заключается в том, что они отключаются, когда мы убираем ток переключения.

Когда мы хотим сработать и ток переключения снимается, нам нужно другое устройство, потому что здесь транзистор выходит из строя. Для решения обеих вышеперечисленных проблем требуется тиристор. Помимо обработки большого количества тока, он также может работать непрерывно, даже если ток переключения отключен.

Тиристор — это четырехслойное твердотельное полупроводниковое устройство, которое содержит 3 последовательно соединенных PN перехода с 3 выводами, называемыми анодом, катодом и затвором. Подобно диоду, тиристор также является однонаправленным устройством, но, в отличие от диода, он может использоваться как переключатель разомкнутой цепи.

Принцип работы тиристора

В тиристоре кремниевая пластина легирована четырьмя альтернативными типами P и N, которые выглядят как два транзистора, соединенных друг с другом (как показано на рисунке ниже).

Здесь P (катод) и N (анод) соединены последовательно, таким образом мы получаем три контактных контакта: анод, затвор и катод.

Когда мы смещаем вперед анод и катод, то есть анод и катод, подключенные к положительной и отрицательной клеммам батареи, первый PN переход и последний PN переход (j1 и j3) становятся смещенными вперед из-за разрыва обедненного слоя. Переход j2 остается смещенным в обратном направлении, поскольку на затвор не подается ток.

Когда мы подаем ток на затвор, тогда слой перехода j2 начинает разрываться, и ток начинает течь в цепи. Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.

Тиристор может быть только полностью включен или выключен, что означает, что он не может находиться между состояниями включения и выключения, как у транзисторов. Это делает тиристор непригодным в качестве аналогового усилителя, но может использоваться в качестве переключающего устройства.

Его три режима работы:

Режим прямой блокировки

Перемычки j1 и j3 находятся в прямом рабочем состоянии, в то время как j2 находится в состоянии обратного смещения и не позволяет току течь.

Режим прямой проводимости

Здесь на вывод затвора подается положительное напряжение, вызывая пробой области обеднения j2. Из-за этого в цепи начинает течь ток, что приводит к переходу в режим включения.

Обратный режим блокировки

Здесь мы подаем отрицательное напряжение на анод и положительное напряжение на катод, в то время как затвор остается в разомкнутой цепи, в результате чего j1 и j3 имеют обратное смещение, а j2 — прямое смещение. Поскольку j1 и j2 имеют обратное смещение, протекание тока невозможно.

Использование и типы тиристоров

Обычно существует 3 типа тиристоров:

1. Кремниевый выпрямитель —

SCR

Он может управлять сильным током и обычно используется в качестве высокочастотного переключателя в электрической цепи.

2. Тиристор выключения ворот — GTO

Они используются в инверторах, приводах переменного тока, индукционных нагревателях и т. Д.

3. Биполярный транзистор с изолированным затвором — IGBT

Они используются в SMPS, управлении двигателями, индукционном нагреве и т. Д.

Мы используем тиристор в качестве схемы переключения, где мы должны управлять двигателями и включать / выключать лампы.

Примечание: Тиристорные устройства в основном используются там, где используются высокое напряжение и ток, и часто используются для управления переменным током (AC)

Видеоурок, объясняющий тиристор

Видео предоставлено:
Learn Engineering

Что такое тиристор и как он работает?

В общем, тиристоры также являются переключающими устройствами, аналогичными транзисторам.Как мы уже обсуждали, транзисторы — это крошечный электронный компонент, который изменил мир, сегодня мы можем найти их в каждом электронном устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т. Д. Они адаптируемы и универсальны, но это не значит, что их можно использовать в любом приложении, мы можем использовать их в качестве усилительного и переключающего устройства, но они не могут работать с более высоким током, а также транзистору требуется постоянный ток переключения. Итак, для решения всех этих проблем и решения этих проблем мы используем тиристоры.

Как правило, тиристор и тиристор взаимозаменяемы, но тиристор является разновидностью тиристора. Тиристор включает в себя множество типов переключателей, некоторые из них — SCR (кремниевый выпрямитель), GTO (выключение затвора) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и т. Д. Но SCR является наиболее широко используемым устройством, поэтому слово Thyristor стало синоним SCR. Проще говоря, SCR — это разновидность тиристора .

SCR или тиристор — это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство с тремя переходами.Он имеет три вывода: анод, катод и затвор . Тиристор также является однонаправленным устройством, как диод, что означает, что он течет ток только в одном направлении. Он состоит из трех последовательно соединенных PN-переходов, как и из четырех слоев. Клемма затвора, используемая для запуска SCR путем подачи небольшого напряжения на эту клемму, которую мы также назвали методом запуска затвора для включения SCR.

Двухтранзисторный аналог тиристора

Здесь эквивалентная схема двух транзисторов показывает, что база PNP-транзистора T1 питается коллекторным током NPN-транзистора T2, а коллекторный ток транзистора T1 питает базу транзистора T2.Следовательно, проводимость обоих транзисторов зависит друг от друга. Таким образом, пока одна из баз любого транзистора не получит базовый ток, он не будет проводить, даже если напряжение присутствует на аноде и катоде. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистор выключается при снятии тока базы, в то время как тиристор остается включенным только после его однократного запуска. Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна сработать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, для решения этих проблем мы используем тиристоры.

Чем тиристор отличается от полевого МОП-транзистора?

Тиристор и полевой МОП-транзистор являются электрическими переключателями и используются чаще всего. Основное различие между ними заключается в том, что переключатели MOSFET являются устройством, управляемым напряжением, и могут переключать только постоянный ток, в то время как тиристорные переключатели являются устройством с управлением по току и могут переключать как постоянный, так и переменный ток.

Есть еще несколько отличий между тиристором и полевым МОП-транзистором , которые приведены ниже в таблице:

Имущество Тиристор МОП-транзистор
Термический побег Есть
Температурная чувствительность меньше высокая
Тип Высоковольтное устройство высокого тока Устройство высокого напряжения и среднего тока

Выключение

Требуется отдельная коммутационная цепь

Не требуется

Включение

Требуется одиночный импульс

Постоянное питание не требуется, кроме как во время включения и выключения

Скорость переключения

низкий

высокая

Резистивное входное сопротивление

низкий

высокая

Контроллинг

Устройство, управляемое током

Устройство, управляемое напряжением

Чем тиристор отличается от транзистора?

Тиристор и транзистор оба являются электрическими переключателями, но пропускная способность тиристоров намного лучше, чем у транзисторов.Из-за высокого номинала тиристора, выраженного в киловаттах, а мощность транзистора — в ваттах. При анализе тиристор рассматривается как замкнутая пара транзисторов. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистору требуется непрерывное переключение питания, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он остается включенным. Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна сработать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем тиристоры.

Есть еще несколько отличий между тиристором и транзистором , которые приведены ниже в таблице:

Недвижимость

Тиристор

Транзистор

Слой

Четыре слоя

Три слоя

Клеммы

Анод, катод и затвор

Эмиттер, коллектор и база

Работа от перенапряжения и тока

Высшее

Ниже тиристора

Включение

Требуется только стробирующий импульс для включения

Требуется постоянная подача управляющего тока

Внутренняя потеря мощности

Ниже транзистора

выше

Характеристики V-I тиристора или SCR

Базовая схема для получения V-I характеристик тиристора приведена ниже, анод и катод тиристора подключены к основному источнику питания через нагрузку.Затвор и катод тиристора питаются от источника Es, который используется для обеспечения тока затвора от затвора к катоду.

Согласно характеристической диаграмме, существует три основных режима SCR: режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.

Обратный режим блокировки:

В этом режиме катод становится положительным по отношению к аноду при разомкнутом переключателе S. Переходы J1 и J3 имеют обратное смещение, а J2 — прямое.Когда обратное напряжение, приложенное к тиристору (должно быть меньше, чем V BR ), устройство обеспечивает высокий импеданс в обратном направлении. Поэтому тиристор трактуется как разомкнутый переключатель в режиме реверсивной блокировки. V BR — это напряжение обратного пробоя, при котором происходит лавина, если напряжение превышает V , BR может вызвать повреждение тиристора.

Режим прямой блокировки:

Когда анод положительный по отношению к катоду, переключатель затвора разомкнут.Говорят, что тиристор смещен в прямом направлении, соединения J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 — с обратным смещением, как вы можете видеть на рисунке. В этом режиме протекает небольшой ток, называемый током прямой утечки, поскольку прямой ток утечки мал и недостаточен для срабатывания тринистора. Следовательно, SCR рассматривается как открытый переключатель даже в режиме прямой блокировки.

Режим прямой проводимости:

По мере увеличения прямого напряжения при разомкнутой цепи затвора на переходе J2 происходит лавина, и тиристор переходит в режим проводимости.Мы можем включить тиристор в любой момент, подав положительный импульс затвора между затвором и катодом или прямым размыкающим напряжением между анодом и катодом тиристора.

Способы срабатывания тиристора или тиристора

Есть много методов запуска SCR, например:

  • Запуск по прямому напряжению
  • Запуск ворот
  • срабатывание дв / дт
  • Срабатывание по температуре
  • Легкое срабатывание

Запуск по прямому напряжению:

При приложении прямого напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи затвора переход J2 смещается в обратном направлении.В результате на участке J2 происходит формирование обедненного слоя. По мере увеличения прямого напряжения наступает стадия, когда истощающий слой исчезает, и говорят, что J2 имеет Avalanche Breakdown . Следовательно, тиристор переходит в состояние проводимости. Напряжение, при котором возникает лавина, называется напряжением прямого пробоя V BO .

Запуск ворот:

Это один из наиболее распространенных, надежных и эффективных способов включения тиристора или тиристора.При запуске затвора для включения SCR между затвором и катодом прикладывается положительное напряжение, которое вызывает ток затвора, заряд вводится во внутренний слой P и происходит прямое переключение. Чем выше ток затвора, тем ниже напряжение прямого переключения.

Как показано на рисунке, в SCR есть три перехода, теперь для включения SCR разветвление J2 должно разорваться . При использовании метода запуска затвора при подаче стробирующего импульса переход J2 разрывается, переход J1 и J2 смещается в прямом направлении или SCR переходит в состояние проводимости.Следовательно, он позволяет току течь через анод к катоду.

Для модели с двумя транзисторами, когда анод положительный по отношению к катоду. Ток не будет течь через анод к катоду, пока не сработает штифт затвора. Когда ток течет на вывод затвора, он включает нижний транзистор. Когда нижний транзистор проводит, он включает верхний транзистор. Это своего рода внутренняя положительная обратная связь, поэтому, подавая импульс на затворе один раз, тиристор остается во включенном состоянии.Когда оба транзистора включаются, ток начинает проходить через анод к катоду. Это состояние известно как прямая проводимость, и именно так транзистор «фиксируется» или остается постоянно включенным. Чтобы выключить тиристор, вы не можете выключить его, просто сняв ток затвора, в этом состоянии тиристоры становятся независимыми от тока затвора. Итак, для выключения необходимо произвести выключение цепи.

дв / дт Срабатывание:

В обратном смещенном переходе J2 приобретает характеристики конденсатора из-за наличия заряда на переходе, что означает, что переход J2 ведет себя как емкость.Если прямое напряжение приложено внезапно, зарядный ток через емкость перехода Cj приведет к включению тринистора.

Зарядный ток i C определяется выражением;

i  C  = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (где Va - прямое напряжение, появляющееся на переходе J2)
i  C  = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt)
поскольку емкость перехода почти постоянна, dCj / dt равно нулю, тогда
i  C  = Cj dVa / dt 

Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения dVa / dt высока, зарядный ток i C будет больше.Здесь зарядный ток играет роль тока затвора, чтобы включить SCR, даже если сигнал затвора равен нулю.

Срабатывание по температуре:

Когда тиристор находится в режиме прямой блокировки, большая часть приложенного напряжения собирается через переход J2, это напряжение связано с некоторым током утечки. Что увеличивает температуру спая J2. Таким образом, с повышением температуры слой истощения уменьшается, а при некоторой высокой температуре (в пределах безопасного предела) слой истощения разрушается, и SCR переходит в состояние ON.

Легкое срабатывание:

Для срабатывания тринистора светом во внутреннем p-слое сделана выемка (или полость), как показано на рисунке ниже. Луч света определенной длины волны направляется оптическими волокнами для облучения. Когда интенсивность света превышает определенное значение, SCR включается. Этот тип SCR называется Light Activated SCR (LASCR). Иногда эти SCR запускаются с использованием комбинации как источника света, так и стробирующего сигнала.Для включения тиристора требуется высокий ток затвора и более низкая интенсивность света.

LASCR или SCR с триггером света используются в системе передачи HVDC (постоянный ток высокого напряжения).

Как работают тиристоры (SCR) — Учебное пособие

По сути, SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), также известный под названием «тиристор», работает как транзистор.

Что означает SCR

Устройство получило свое название (SCR) из-за своей многослойной полупроводниковой внутренней структуры, которая отсылает к слову «кремний» в начале названия.

Вторая часть названия «Управляемый» относится к клемме затвора устройства, которая переключается с помощью внешнего сигнала для управления активацией устройства, отсюда и слово «Управляемый».

И термин «выпрямитель» означает свойство выпрямления SCR, когда его затвор срабатывает, и мощность может течь через его анод к катодным выводам, это может быть похоже на выпрямление с выпрямительным диодом.

Из приведенного выше объяснения ясно, как устройство работает как «кремниевый выпрямитель».

Хотя SCR выпрямляет как диод и имитирует транзистор из-за его функции запуска с внешним сигналом, внутренняя конфигурация SCR состоит из четырехслойной полупроводниковой схемы (PNPN), которая состоит из 3 последовательных PN переходов, в отличие от диод, который имеет двухслойный (PN) или транзистор, который включает трехслойную (PNP / NPN) полупроводниковую конфигурацию.

Вы можете обратиться к следующему изображению, чтобы понять внутреннюю схему описанных полупроводниковых переходов и принцип работы тиристоров (SCR).

Еще одно свойство SCR, которое явно совпадает с диодом, — это его однонаправленные характеристики, которые позволяют току течь только в одном направлении через него и блокироваться с другой стороны, когда он включен, при этом SCR имеют другую специализированную природу, которая позволяет им работать как разомкнутый выключатель в выключенном режиме.

Эти два крайних режима переключения в SCR ограничивают эти устройства от усиления сигналов, и они не могут использоваться как транзисторы для усиления пульсирующего сигнала.

Кремниевые управляемые выпрямители или тиристоры точно так же, как симисторы, диаки или UJT, которые обладают свойством работать как твердотельные переключатели переменного тока с быстрым переключением, регулируя заданный потенциал или ток переменного тока.

Таким образом, для инженеров и любителей эти устройства становятся отличным вариантом твердотельного переключателя, когда дело доходит до регулирования переключающих устройств переменного тока, таких как лампы, двигатели, диммерные переключатели, с максимальной эффективностью.

SCR — это полупроводниковое устройство с 3 выводами, которые назначаются как анод, катод и затвор, которые, в свою очередь, внутри сделаны с 3 переходами P-N, имеющими свойство переключаться на очень высокой скорости.

Таким образом, устройство можно переключать с любой желаемой частотой и дискретно устанавливать периоды включения / выключения для реализации определенного среднего включения или времени выключения нагрузки.

Технически схему SCR или тиристора можно понять, сравнив ее с парой транзисторов (BJT), подключенных в обратном порядке, чтобы сформировать как дополняющую рекуперативную пару переключателей, как показано на следующее изображение:

Тиристоры Аналогия с двумя транзисторами

Эквивалентная схема с двумя транзисторами показывает, что коллекторный ток NPN-транзистора TR2 подается непосредственно на базу PNP-транзистора TR1, в то время как коллекторный ток TR1 подается на базу TR2.

Эти два взаимосвязанных транзистора зависят друг от друга для обеспечения проводимости, поскольку каждый транзистор получает ток база-эмиттер от тока коллектор-эмиттер другого. Таким образом, до тех пор, пока на один из транзисторов не будет подан некоторый базовый ток, ничего не может произойти, даже если присутствует напряжение между анодом и катодом.

Моделирование топологии SCR с интеграцией двух транзисторов показывает, что формирование происходит таким образом, что коллекторный ток NPN-транзистора подается прямо на базу PNP-транзистора TR1, в то время как коллекторный ток TR1 подключает питание. с базой TR2.

Смоделированная конфигурация двух транзисторов, кажется, блокирует и дополняет проводимость друг друга, получая базовое возбуждение от тока коллектора-эмиттера другого, это делает напряжение затвора очень важным и гарантирует, что показанная конфигурация никогда не сможет проводить, пока потенциал затвора не будет нанесенный, даже в присутствии анода к катоду потенциал может быть постоянным.

В ситуации, когда анодный вывод устройства более отрицательный, чем его катод, позволяет N-P-переходу оставаться смещенным в прямом направлении, но обеспечивает обратное смещение внешних P-N-переходов, так что он действует как стандартный выпрямительный диод.

Это свойство SCR позволяет ему блокировать обратный поток тока до тех пор, пока на упомянутые провода не будет оказано значительное напряжение, которое может выходить за рамки его технических характеристик, что вынуждает SCR проводить даже при отсутствии привод ворот.

Вышеупомянутое относится к критическим характеристикам тиристоров, которые могут привести к нежелательному срабатыванию устройства из-за обратного всплеска высокого напряжения и / или высокой температуры, или быстро возрастающего переходного напряжения dv / dt.

Теперь предположим, что в ситуации, когда клемма анода имеет более положительное отношение к ее катодному выводу, это помогает внешнему P-N-переходу стать смещенным в прямом направлении, хотя центральный N-P-переход продолжает оставаться смещенным в обратном направлении. Следовательно, это гарантирует, что прямой ток также заблокирован.

Следовательно, в случае, если положительный сигнал, индуцированный через базу NPN-транзистора TR2, приводит к прохождению тока коллектора по направлению к базе f TR1, который в trun заставляет ток коллектора проходить в направлении PNP-транзистора TR1, увеличивая мощность возбуждения TR2. и процесс усиливается.

Вышеупомянутое условие позволяет двум транзисторам увеличивать свою проводимость до точки насыщения благодаря показанной им цепи обратной связи регенеративной конфигурации, которая удерживает ситуацию блокированной и фиксированной.

Таким образом, как только SCR запускается, он позволяет току течь от его анода к катоду с минимальным прямым сопротивлением, приближающимся к пути, обеспечивая эффективную проводимость и работу устройства.

Когда он подвергается воздействию к переменному току, тиристор может блокировать оба цикла переменного тока до тех пор, пока тиристор не будет предложен с запускающим напряжением на его затворе и катоде, что мгновенно позволяет положительному полупериоду переменного тока проходить через анодные катодные выводы, а устройство начинает имитировать стандартный выпрямительный диод, но только до тех пор, пока триггер затвора остается включенным, проводимость прерывается в момент снятия триггера затвора.

Кривые принудительных вольт-амперных характеристик или ВАХ для активации кремниевого выпрямителя можно увидеть на следующем изображении:

Кривые характеристик тиристора IV

Однако для входа постоянного тока, как только тиристор срабатывает, из-за объясненной регенеративной проводимости он подвергается фиксирующему действию, так что проводимость между анодом и катодом сохраняется и остается проводящей, даже если спусковой механизм затвора удален.

Таким образом, для питания постоянного тока затвор полностью теряет свое влияние, как только первый запускающий импульс подается на затвор устройства, обеспечивая фиксированный ток от его анода к катоду.Он может быть нарушен путем кратковременного отключения анодно-катодного источника тока, когда затвор полностью неактивен.

SCR не может работать как BJT

SCR не предназначен для использования в качестве полностью аналогового аналога транзисторных аналогов, и поэтому его нельзя заставить проводить в какой-то промежуточной активной области для нагрузки, которая может находиться где-то между полной проводимостью и полным выключением.

Это также верно, потому что триггер затвора не влияет на то, сколько анода к катоду можно заставить проводить или насыщать, таким образом, даже небольшого мгновенного импульса затвора достаточно, чтобы переключить проводимость анода на катод до полного включения. .

Вышеупомянутая функция позволяет сравнивать SCR и рассматривать его как бистабильную защелку, имеющую два стабильных состояния: полное включение или полное выключение. Это вызвано двумя особыми характеристиками SCR в ответ на входы переменного или постоянного тока, как объяснено в предыдущих разделах.

Как использовать затвор SCR для управления его переключением

Как обсуждалось ранее, как только SCR запускается с входом постоянного тока, а его анодный катод автоматически фиксируется, он может быть разблокирован или выключен путем мгновенного удаления источник питания анода (анодный ток Ia) полностью или путем его уменьшения до некоторого существенно низкого уровня ниже указанного удерживающего тока устройства или «минимального удерживающего тока» Ih.

Это означает, что минимальный ток удержания между анодом и катодом должен быть уменьшен до тех пор, пока внутренняя фиксирующая связь P-N тиристоров не сможет восстановить свою естественную блокирующую способность.

Следовательно, это также означает, что для того, чтобы SCR работал или проводился с триггером затвора, необходимо, чтобы ток нагрузки между анодом и катодом превышал указанный «минимальный ток удержания» Ih, в противном случае SCR может не реализовать проводимость нагрузки. , поэтому, если IL — ток нагрузки, это должно быть как IL> IH.

Однако, как уже обсуждалось в предыдущих разделах, когда через контакты SCR Anode.Cathode используется переменный ток, это гарантирует, что SCR не может выполнять эффект фиксации при удалении привода затвора.

Это связано с тем, что сигнал переменного тока включается и выключается в пределах своей линии пересечения нуля, что обеспечивает отключение тока между анодом и катодом тринистора при каждом сдвиге на 180 градусов положительного полупериода сигнала переменного тока.

Это явление называется «естественной коммутацией» и придает решающее значение проводимости SCR.В отличие от источников постоянного тока, эта функция становится несущественной для SCR.

Но поскольку SCR разработан, чтобы вести себя как выпрямительный диод, он эффективно реагирует только на положительные полупериоды переменного тока и остается смещенным в обратном направлении и полностью не реагирует на другой полупериод переменного тока даже при наличии сигнала затвора.

Это означает, что при наличии триггера затвора SCR проводит через свой анод к катоду только для соответствующих положительных полупериодов переменного тока и остается отключенным в течение других полупериодов.

Благодаря описанной выше функции фиксации, а также отключению во время другого полупериода сигнала переменного тока, SCR может эффективно использоваться для прерывания фазных циклов переменного тока, так что нагрузку можно переключать на любое желаемое (регулируемое) меньшее значение. уровень мощности.

Также известная как управление фазой, эта функция может быть реализована с помощью внешнего синхронизированного сигнала, подаваемого на затвор SCR. Этот сигнал определяет, после какой задержки может сработать тиристор после того, как фаза переменного тока начала свой положительный полупериод.

Таким образом, это позволяет переключать только ту часть волны переменного тока, которая проходит после триггера затвора. Эта регулировка фазы является одной из основных характеристик кремниевого тиристора.

Как тиристоры (SCR) работают при регулировании фазы, можно понять, посмотрев на изображения ниже.

Первая диаграмма показывает SCR, затвор которого постоянно запускается, как можно видеть на первой диаграмме, это позволяет инициировать полную положительную форму волны от начала до конца, то есть через центральную линию пересечения нуля.

Управление фазой тиристора

В начале каждого положительного полупериода тиристор находится в состоянии «ВЫКЛ». При наведении напряжения на затворе SCR активируется в проводимость и позволяет ему полностью зафиксироваться в состоянии «ВКЛ» в течение положительного полупериода. Когда тиристор включается в начале полупериода (θ = 0o), подключенная нагрузка (лампа или что-то подобное) будет «ВКЛ» на весь положительный цикл формы волны переменного тока (полуволновой выпрямленный переменный ток). ) при повышенном среднем напряжении 0.318 х Вп.

По мере того, как инициализация переключателя затвора увеличивается в течение полупериода (θ = от 0o до 90o), подключенная лампа горит на меньшее количество времени, и сетевое напряжение, подаваемое на лампу, также пропорционально меньше падает ее интенсивность.

Впоследствии можно легко использовать кремниевый выпрямитель в качестве диммера переменного тока и во многих различных дополнительных приложениях питания переменного тока, например: управление скоростью двигателя переменного тока, устройства регулирования нагрева, схемы регулятора мощности и т. Д.

До сих пор мы были свидетелями того, что тиристор, по сути, является полуволновым устройством, способным пропускать ток только в положительной половине цикла, когда анод положительный, и предотвращает протекание тока, как диод, в тех случаях, когда анод отрицательный, даже если ток затвора остается активным.

Тем не менее, вы можете найти гораздо больше вариантов аналогичных полупроводниковых продуктов на выбор, которые производятся под названием «Тиристор» и предназначены для работы в обоих направлениях полупериодов, двухполупериодных устройств или могут быть выключены с помощью Сигнал ворот.

Этот вид продукции включает в себя «тиристоры с выключенным затвором» (GTO), «тиристоры статической индукции» (SITH), «тиристоры с МОП-управлением» (MCT), «кремниевый управляемый переключатель» (SCS), «триодные тиристоры» ( TRIAC) и «Тиристоры с запуском по свету» (LASCR), чтобы идентифицировать несколько, поскольку многие из этих устройств доступны с разными номинальными значениями напряжения и тока, что делает их интересными для использования в целях с очень высокими уровнями мощности.

Обзор работы тиристора

Выпрямители с кремниевым управлением, известные как тиристоры, представляют собой трехпереходные полупроводниковые устройства PNPN, которые можно рассматривать как два взаимосвязанных транзистора, которые можно использовать для переключения тяжелых электрических нагрузок, работающих от сети.

Они характеризуются тем, что они фиксируются — «ВКЛЮЧЕНЫ» посредством одиночного импульса положительного тока, приложенного к их выводу затвора, и могут продолжать оставаться «ВКЛЮЧЕННЫМИ» до тех пор, пока ток между анодом и катодом не снизится ниже установленной минимальной меры фиксации или не изменится на обратное.

Статические атрибуты тиристора

Тиристоры — это полупроводниковое оборудование, сконфигурированное для работы только в режиме переключения. Тиристоры — это продукты с регулируемым током, крошечный ток затвора может управлять более значительным анодным током.Включает ток только один раз с прямым смещением и током срабатывания, подаваемым на затвор.

Тиристор работает аналогично выпрямительному диоду всякий раз, когда он активирован. Анодный ток должен быть больше, чем поддерживаемое значение тока, чтобы сохранить проводимость. Запрещает прохождение тока в случае обратного смещения, независимо от того, включен ли ток затвора.

Как только включается, фиксируется «ВКЛ» независимо от того, применяется ли ток затвора, но только в том случае, если ток анода превышает ток фиксации.

Тиристоры — это быстродействующие переключатели, которые можно использовать для замены электромеханических реле в ряде цепей, поскольку они просто не имеют вибрирующих частей, искрения контактов или имеют проблемы с износом или грязью.

Но помимо простого переключения значительных токов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», тиристоры могут быть выполнены для управления среднеквадратичным значением тока нагрузки переменного тока без рассеивания значительного количества мощности. Прекрасным примером управления мощностью тиристора является управление электрическим освещением, нагревателями и скоростью двигателя.

В следующем руководстве мы рассмотрим некоторые основные тиристорные схемы и приложения, использующие источники переменного и постоянного тока.

Что такое SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), как он работает и различные типы SCR и пакеты

Термин SCR означает кремниевый управляемый выпрямитель, который является одним из наиболее важных членов семейства тиристоров . Он более популярен, чем другие тиристоры, такие как TRIAC, SCS, DIAC и т. Д., Поэтому некоторые люди даже используют слова Thyristor и SCR как синонимы.Так что в следующий раз, когда кто-то скажет просто «тиристор» в целом, они будут иметь в виду SCR.

SCR

изготовлены из кремния и чаще всего используются для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление), отсюда и название Кремниевый управляемый выпрямитель . Они также используются в других приложениях, таких как регулирование мощности, инверсия и т. Д. SCR обладают способностью выдерживать высокие значения тока и напряжения, поэтому они используются в большинстве промышленных приложений.

Символ SCR

Символ SCR будет аналогичен символу диода, кроме того; он имеет терминал ворот, как показано ниже. SCR — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь в одном направлении и противодействовать ему в другом направлении. SCR имеет три контакта, а именно анод (A), катод (K) и затвор (G), он может быть включен или выключен, контролируя условия смещения или вход затвора.

И снова символ тиристора и символ SCR одинаковы. Теперь, когда мы знаем, как SCR / тиристор может быть представлен на принципиальной схеме, давайте рассмотрим конструкцию SCR и работу , чтобы понять его подробнее.

Строительство SCR

SCR — это четырехслойное полупроводниковое устройство, которое формирует структуру NPNP или PNPN, которая в конечном итоге формирует три перехода J1, J2 и J3.Среди трех выводов SCR анод является положительным электродом, он будет на P-слое, а катод — отрицательным электродом, он будет на N-слое SCR, затвор действует как управляющий вывод SCR. Изображение SCR Construction показано ниже.

Внешние слои P и N, на которых размещены два электрода, будут сильно легированы, а средние слои P и N будут слегка легированы, вывод затвора будет соединен с P-слоем в середине.SCR изготавливаются трех различных типов: плоского типа, типа Mesa и типа пресс-пакета.

Как работает SCR

Чтобы понять принцип работы SCR , мы должны изучить различные способы его работы. В зависимости от полярности приложенного напряжения и импульса затвора, подаваемого на SCR, он может работать в трех различных режимах, таких как

  • Режим блокировки вперед
  • Режим прямой проводимости
  • Обратный режим блокировки

Теперь давайте разберемся, как работает тиристор , посмотрев на каждый из режимов работы с его принципиальной схемой.

Режим прямой блокировки

В этом режиме работы положительное напряжение подается на анод, а отрицательное напряжение подается на катод, импульс на затвор не подается, он будет оставаться в открытом состоянии. После подачи напряжения переходы J1 и J3 будут смещены в прямом направлении, а переход J2 — в обратном. Поскольку J2 смещен в обратном направлении, ширина обедненной области увеличивается, и она действует как препятствие для проводимости, поэтому только небольшое количество тока будет течь от J1 к J3.

Когда напряжение, приложенное к SCR, увеличивается и достигает напряжения пробоя SCR , переход J2 истощается из-за лавинного пробоя. Как только произойдет сбой Лавина , ток начнет течь через тиристор. В этом режиме работы тиристор смещен в прямом направлении, но никакого протекания тока не будет.

Режим прямой проводимости

Режим прямой проводимости — единственный режим, в котором SCR будет находиться во включенном состоянии и будет проводить.Мы можем заставить SCR проводить два разных способа: один — мы можем увеличить приложенное напряжение прямого смещения выше напряжения пробоя , либо мы можем подать положительное напряжение на вывод затвора.

Когда мы увеличиваем приложенное прямое напряжение смещения между анодом и катодом, переход J2 будет истощен из-за лавинного пробоя, и SCR начнет проводить. Мы не можем сделать это для всех приложений, и этот метод активации SCR в конечном итоге уменьшит срок службы SCR .

Если вы хотите использовать тиристор для низковольтных приложений, вы можете подать положительное напряжение на затвор тиристора. Приложенное положительное напряжение поможет тиристору перейти в состояние проводимости. В этом режиме работы тиристор будет работать в прямом смещении, и через него будет протекать ток.

Обратный режим блокировки

В режиме обратной блокировки положительное напряжение подается на катод (-), а отрицательное напряжение подается на анод (+). На затвор не будет подаваться импульс, он будет сохранен как разомкнутая цепь. .В этом режиме работы переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а переход J2 будет смещен в прямом направлении. Поскольку переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, через тиристор не будет протекать ток. Хотя будет протекать небольшой ток утечки из-за дрейфующих носителей заряда в смещенном в прямом направлении переходе J2, этого недостаточно для включения тринистора.

VI Характеристики SCR

Характеристики VI SCR получаются путем работы SCR в трех различных областях, а именно в области прямой блокировки, области прямой проводимости и области обратной блокировки

Когда SCR работает в режиме обратной блокировки , будет небольшой ток утечки, протекающий в обратном направлении SCR, который упоминается как обратный ток утечки на графике, обратный ток утечки будет расположен в отрицательном направлении. квадранты графа.

Теперь, если вы подадите положительное напряжение на анод и отрицательное напряжение на катод, SCR начнет работать в режиме прямой блокировки , и небольшой ток утечки будет проходить через SCR в положительном направлении, следовательно, кривая начинает подниматься до определенного значения. уровень в положительных квадрантах графика, который упоминается как прямой ток утечки.

Когда график достигает определенного уровня напряжения, называемого напряжением пробоя, или если ток затвора Ig прикладывается к SCR, SCR переходит в режим проводимости , и через SCR начинает течь большой ток.Ток представлен как прямая проводимость на кривой VI . Применяемый ток затвора обозначается как Ig1, Ig2 и Ig3, чем выше приложенный ток затвора, тем быстрее SCR переходит в состояние проводимости как Ig3> Ig2> Ig1.

Приложения SCR

От схем преобразователя до схем управления, тиристоры используются в широком диапазоне приложений. Невозможно обсудить все применения тиристора , но в основном они используются для управления током или напряжением на устройстве.Например, давайте рассмотрим пример, в котором SCR используются для управления скоростью двигателя.

На приведенной выше принципиальной схеме SCR показано устройство для управления скоростью двигателя постоянного тока с использованием SCR. Двигатель будет иметь две обмотки, а именно обмотку возбуждения и обмотку якоря . Управляя током, подаваемым на обмотку якоря, мы можем управлять скоростью двигателя постоянного тока. Обмотка якоря двигателя подключена к источнику переменного тока через трансформатор и два тиристора, включенных параллельно друг другу.

Во время положительного полупериода питания переменного тока, , тиристор 1 смещен в прямом направлении и начинает проводить, если подан импульс затвора, ток в обмотке якоря будет протекать через тиристор 1. Аналогично, во время отрицательного полупериода подачи переменного тока, SCR2 смещен в прямом направлении, и SCR1 будет смещен в обратном направлении, и, следовательно, SCR1 перейдет в состояние ВЫКЛ, когда импульс затвора применяется к SCR2, он начинает проводить. Изменяя пусковой импульс, подаваемый на вентили соответствующих тиристоров, мы сможем управлять входом, подаваемым на двигатель постоянного тока, следовательно, он контролирует скорость двигателя.

Различные типы SCR и пакетов

Существует множество типов SCR в зависимости от технических характеристик и применения. Мы уже обсуждали популярные SCR, такие как BT151, 2P4M, TYN608 и т. Д. SCR доступны в различных пакетах, которые можно использовать для разных типов приложений. SCR доступны в следующих пакетах

Дискретный пластик: Дискретный пластиковый корпус — это широко известный тип тиристоров, которые имеют три контакта, прикрепленные к покрытому пластиком полупроводниковому материалу.Эти SCR имеют плоскую конструкцию и являются самым дешевым типом SCR по сравнению с другими блоками. Они доступны до 25A и приложений 1000V, они могут быть легко установлены в цепи любого типа с большим количеством других компонентов.

Пластиковый модуль: Пластиковый модуль имеет те же характеристики, что и дискретный пластиковый корпус, он также содержит более одного устройства и доступен в диапазоне тока от до 100 А .Использование этих модулей придаст схеме более качественный вид, поскольку их можно установить на плате, прикрутив болтами радиатор к печатной плате.

Основание шпильки: Основание шпильки будет иметь резьбовое основание, оно имеет двойное преимущество — низкое тепловое сопротивление и простоту монтажа. Они доступны в диапазоне тока от 5 до 150 A и полном диапазоне напряжений. Единственный недостаток, которым он обладает, — его непросто изолировать от радиатора

.

Плоское основание: Плоское основание имеет те же характеристики, что и основание шпильки SCR, дополнительным преимуществом является то, что они изолированы от радиатора тонким слоем изоляции.Они доступны в диапазоне тока от 10 до 400 А.

Press Pack: SCR пресс-пакета используются для сильноточных приложений 200A или выше и приложений с более высоким напряжением , превышающим 1200V . Структура SCR и электроды упакованы в керамическую оболочку, которая обеспечивает необходимую изоляцию между анодом и катодом. Обе поверхности прижимаются к радиатору; следовательно, они обладают лучшим электрическим контактным сопротивлением и минимальным тепловым сопротивлением.

Учебное пособие по схемам для проектов

Basic Triac-SCR

от Льюиса Лофлина

На этой странице обсуждаются базовые симисторы и тиристоры. Симистор — это двунаправленный трехконтактный двойной тиристорный переключатель (SCR). Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и вторым главным контактом.

Симистор изготавливается путем объединения двух тиристоров в обратном параллельном соединении. Он используется в приложениях переменного тока, таких как регулирование яркости света, управление скоростью двигателя и т. Д.Симисторы также могут использоваться в микроконтроллере управления мощностью со схемой фазовой синхронизации.

Если кто-то не знаком с диодами и выпрямлением переменного тока, см. Следующее:


Включение / выключение диода

На рисунке выше изображен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристер. Это диод с «затвором». SCR не только проводит в одном направлении, как любой другой диод, но и затвор позволяет отключать и отключать саму проводимость. Когда переключатель ON нажат, SCR включается, и ток течет с отрицательного на положительный через SCR и нагрузку.После включения SCR будет оставаться включенным до тех пор, пока не будет нажат выключатель, нарушающий текущий путь.

Обратите внимание, что переключатель ON называется «нормально разомкнутым» (Н.О.) и при нажатии замыкает (замыкает) соединение. Выключатель OFF, называемый «нормально закрытым» (N.C.), разрывает (размыкает) соединение при нажатии. Оба они кнопочные.

В цепи над нагрузкой есть лампа постоянного тока. Нажмите переключатель S1, и включатся и будут продолжать оставаться включенными, пока не будет нажат переключатель S2.

В этом примере мы разместили диод последовательно с переключателем включения / выключения затвора. Когда вы нажимаете переключатель ON, двигатель запускается, загорается свет и т. Д. Когда переключатель отпускается, питание прекращается без использования переключателя OFF. Это связано с тем, что входное напряжение переменного тока возвращается к нулю вольт на 180 и 360 градусов, отключая SCR. И как диод, SCR проводит только половину цикла.

В этом примере схемы мы разместили переменный резистор (потенциометр) последовательно с диодом затвора.(Это также было известно как ручка регулировки громкости старого типа.) «Поворачивая ручку», мы можем изменить точку срабатывания при включении SCR только части полупериода или, если сопротивление достаточно, выключить SCR.


Это иллюстрирует процесс с двухполупериодным нефильтрованным постоянным током.

В другом примечании мы можем управлять двухполупериодным пульсирующим нефильтрованным постоянным током с помощью тиристора. См. Также «Основы выпрямления и фильтрации переменного тока»

.

Для получения дополнительной информации см. Что такое светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель? (LASCR) и спецификация оптопары h21C6 SCR.(PDF файл)

Выше представлена ​​практическая схема тестирования SCR. Лампа загорится только при нажатии Sw3. Лампа будет иметь половинную яркость, потому что тиристор действует как полуволновой выпрямитель. R4 может находиться в диапазоне от 100 до 470 Ом. Лампа должна быть полностью выключена, если выключатель не нажат или устройство не неисправно. (Полностью или частично закорочены.)

Эта схема также хороша для сравнения различных тиристоров одного и того же номера детали. Например, однажды у меня была неисправная печатная плата с шестью тиристорами, но один тиристор из шести при работе включался при совершенно другом напряжении срабатывания триггера, чем остальные пять.Лампа имела другой уровень яркости, чем остальные пять. Замена того одного SCR устранила эту очень дорогую печатную плату.


Знакомство с симисторами

Симистор — это твердотельный переключатель переменного тока. Небольшой ток на клемме затвора может переключать очень большие токи переменного тока. Думайте о симисторе как о двух последовательно соединенных тиристорах, в которых катод одного тиристора соединен с анодом другого и наоборот. Ворота соединены между собой. Поскольку у нас есть две конфигурации типа SCR, можно переключать оба полупериода.

Примечание. Я видел бумажные примеры использования двух тиристоров, расположенных один за другим, в качестве симистора, но это может не работать так же! Остерегайтесь этого.

В приведенном выше примере замыкание переключателя приведет к включению симистора. Идея состоит в том, чтобы использовать небольшой переключатель малой мощности для управления устройствами большой мощности, такими как двигатели или нагреватели. Опасность здесь заключается в том, что на самом переключателе присутствует высокое напряжение переменного тока. Это также может быть большой проблемой для твердотельных контроллеров, если они не используют небольшое реле, которое некоторые микроволновые печи делают именно так.

Выше представлена ​​практическая испытательная схема TRIAC. Нажмите любой переключатель, и лампа включится с половинной яркостью. Сожмите оба вместе полной яркости. Это позволяет тестировать обе стороны SCR по отдельности. Яркость должна быть одинаковой для обеих сторон, иначе TRIAC неисправен. Когда ни один переключатель не нажат, лампа должна быть полностью выключена. R1 и R2 должны быть в диапазоне от 100 до 470 Ом.


Схема симистора с наилучшим откликом и диак.

Ключ к успешному срабатыванию симистора состоит в том, чтобы убедиться, что затвор получает свое напряжение срабатывания со стороны главной клеммы 2 схемы (основной клеммы на противоположной стороне символа TRIAC от клеммы затвора).Идентификация клемм Mt1 и Mt2 должна выполняться по номеру детали TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

DIAC, или «диод переменного тока», представляет собой триггерный диод, который проводит ток только после того, как его напряжение пробоя было кратковременно превышено. Когда это происходит, сопротивление DIAC резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению падения напряжения на самом DIAC, что приводит к резкому увеличению тока, протекающего через затвор симистора.

Это обеспечивает быстрое и чистое резание TRIAC.DIAC остается в режиме проводимости до тех пор, пока напряжение не упадет до очень низкого значения, намного ниже напряжения срабатывания. Это называется удерживающим током. Ниже этого значения диак снова переключается в состояние высокого сопротивления (выключено). Это двунаправленное поведение, то есть обычно одинаковое как для положительного, так и для отрицательного полупериодов.

Большинство DIAC имеют напряжение пробоя около 30 В. Таким образом, их поведение в некоторой степени похоже на (но гораздо более точно контролируется и происходит при более низких напряжениях, чем) неоновая лампа.

ЦИАП

не имеют электрода затвора, в отличие от некоторых других тиристоров. Некоторые TRIAC содержат встроенный DIAC последовательно (я никогда не видел такого в полевых условиях) с терминалом «затвора» TRIAC для этой цели. ДИАП также называют симметричными триггерными диодами из-за симметрии их характеристической кривой. Поскольку DIAC являются двунаправленными устройствами, их выводы помечены не как анод и катод, а как A1 и A2 или Mt1 («Главный вывод») и Mt2. Большинство листов спецификаций не удосуживаются маркировать A1 / A2 или Mt1 / Mt2.

Также см. Как проверить DIAC


Диммер для коммерческих ламп в странах с напряжением 220 В. Br100 — диак.

Диак обеспечивает более чистое переключение симистора. Диоды — это специализированные диоды Шокли, соединенные спина к спине.


Демпферы

Демпферная цепь (обычно RC-типа) часто используется между MT1 и MT2. Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели.Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и MT1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне. Резистор на 100 Ом и конденсатор 0,1 мкФ предназначены для демпфирования симистора. Эти компоненты должны использоваться с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, контакторы и т. Д.

Для получения дополнительной информации о вышеуказанном оптопаре см. Оптоизолятор серии moc30xx (файл в формате pdf)

тиристоров в цепях переменного тока

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Описать методы управления мощностью переменного тока с помощью тиристоров
  • • Полуволновое и двухполупериодное управление
  • • Базовое резистивное управление.
  • • Фазовое управление.
  • • Контроль уровня.
  • • Импульсный запуск.
  • • Синхронное переключение или переключение через ноль.
  • Разберитесь в работе схемы для различных методов срабатывания тринистора.
  • Опишите методы безопасной изоляции для устройств среднего и высокого напряжения.

Базовый резистивный контроль

Тиристоры обычно используются в цепях управления питанием переменного тока, таких как диммеры освещения, регуляторы скорости двигателя переменного тока, нагреватели и т. Д.где сетевое (линейное) напряжение используется для нагрузок в много ватт или часто киловатт. Целью управления переменным током является запуск SCR на части в течение каждого цикла переменного тока, чтобы ток нагрузки через SCR отключался на часть цикла переменного тока, таким образом ограничивая средний ток, протекающий через SCR, и, следовательно, среднюю передаваемую мощность. к нагрузке.

Рис. 6.2.1 Базовая схема резистивного управления

Самый простой способ достижения этого проиллюстрирован на рис. 6.2.1, где тиристор включается путем подачи синусоидальной волны низкого напряжения (полученной от входа переменного тока простой резисторной цепью, содержащей переменный потенциометр) на вывод затвора SCR.Обратите внимание, что поскольку входная волна затвора получается из переменного тока, протекающего через тиристор, она будет состоять только из выпрямленных полуволновых импульсов. Эффект этой входной волны заключается в том, что SCR будет включаться только тогда, когда форма волны затвора достигает потенциала срабатывания SCR, что происходит на полпути в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока. После включения тиристора он продолжает проводить до тех пор, пока волна переменного тока не упадет до уровня чуть выше нуля вольт, когда ток, протекающий между анодом и катодом, упадет до значения, меньшего, чем порог ‘удерживающего тока’ (показан в тиристорном модуле 6.0 рис. 6.0.3). Затем тиристор остается в непроводящем состоянии в течение отрицательного полупериода волны переменного тока, поскольку теперь он смещен в обратном направлении (в режиме обратной блокировки) в течение оставшейся части цикла переменного тока. Когда начинается следующий положительный полупериод, тиристор остается в непроводящем состоянии до тех пор, пока сигнал запуска на выводе затвора снова не достигнет своего пускового потенциала.

Рис. 6.2.2 Активное срабатывание SCR

Время или фазовый угол, при котором срабатывает тиристор, можно изменять, изменяя амплитуду сигнала затвора.Как видно из анимации на рис. 6.2.2. чем меньше амплитуда стробирующего сигнала, тем позже включается тиристор. Таким образом, изменение амплитуды сигнала триггера контролирует время включения SCR. Однако обратите внимание, что, поскольку тиристор в основном представляет собой выпрямительный диод, он проводит только половину цикла переменного тока, поэтому один тиристор может выдавать только 50% доступной мощности переменного тока. Кроме того, при использовании этой очень простой формы управления током, протекающим через тиристор, можно управлять только в течение половины положительного полупериода, то есть четверти полного цикла переменного тока.Можно видеть, что как только время включения достигает пика амплитуды волны переменного тока, его нельзя регулировать дальше, так как пиковая амплитуда сигнала запуска больше не будет достигать потенциала срабатывания затвора SCR и поэтому не будет запускать SCR после эта точка.

Рис. 6.2.3 Управление переменным током с помощью резисторов

Рис. 6.2.3 Видео недоступно в формате для печати

Из анимации и видео на рис. 6.2.3 также видно, что при использовании простого резистивного метода управление не очень линейное; первоначально ток через SCR изменяется только на относительно небольшую величину, но есть более быстрое изменение непосредственно перед прекращением проводимости.Внимательно посмотрите на вставку с изображением лампы на видео; он начинает заметно тускнеть только тогда, когда время переключения приближается к пиковому значению волны переменного тока.

Рис. 6.2.4 Методы управления полноволновым тиристором

Полноволновое управление SCR

Базовая операция SCR, описанная выше, может быть значительно улучшена с помощью некоторых простых модификаций. Возможно, самым большим недостатком простого резистивного управления является то, что диапазон регулировки может покрывать только 25% всей волны переменного тока.Это происходит из-за того, что диодный тиристор проводит только положительную половину волны переменного тока. Чтобы обеспечить проводимость во время прохождения отрицательной половины волны переменного тока, переменный ток можно выпрямить с помощью двухполупериодного выпрямителя, как показано на рис. 6.2.4 (a). Поскольку обе половины волны переменного тока теперь будут положительными, диапазон регулировки теперь увеличен почти до 50%. Альтернативой является использование второго SCR, соединенного встречно-параллельно, как показано на рис. 6.2.4 (b), чтобы один SCR работал во время положительных полупериодов, а другой SCR — во время отрицательных полупериодов.Однако такое параллельное расположение тиристоров также можно получить, просто используя один симистор вместо двух тиристоров.

Рис. 6.2.5 Демонстрационная схема управления фазой тиристора

Управление фазой SCR

Для достижения практически 100% -ного контроля волны переменного тока при регулировке фазы просто заменяется один из резисторов в резистивной цепи управления на конденсатор. Теперь это преобразует цепь резисторов в переменный фильтр нижних частот, который будет сдвигать фазу волны переменного тока, подаваемой на затвор.Подробности о том, как работает фильтр нижних частот, можно найти здесь, но в основном значения C и R выбраны таким образом, чтобы регулировка R1 обеспечивала сдвиг фазы от 0 ° до почти 90 °. Чтобы быть эффективным, изменение R1 должно приводить к существенному изменению поведения устройства нагрузки (в данном случае лампы 12 В 100 мА). Однако, помимо сдвига фазы сигнала затвора, RC-фильтр также будет изменять амплитуду формы сигнала затвора, поэтому амплитуда сигнала затвора также должна поддерживаться выше пускового потенциала выбранного типа SCR для переключения иметь место.Из этих условий видно, что расчет подходящих значений для R и C для обеспечения надлежащего управления зависит как от фазы, так и от амплитуды, поэтому может быть довольно сложным. Поэтому, скорее всего, также потребуются некоторые практические эксперименты со значениями R и C.

Рис. 6.2.6 Управление фазой SCR

Рис. 6.2.6 Видео недоступно в формате для печати

Видео на рис. 6.2.6 показывает рабочую схему с использованием значений компонентов, показанных на рис.6.2.5. Наблюдая за яркостью лампы вместе с изменяющейся формой волны, показанной на вставленном изображении, можно увидеть, что использование фазового управления действительно дает значительно лучший контроль почти на всех 180 ° каждого полупериода по сравнению с простым резистивным управлением.

Контроль уровня SCR

Рис. 6.2.7 Контроль уровня SCR

Другой способ включения тиристора в соответствующую часть цикла переменного тока состоит в том, чтобы подать напряжение постоянного тока на затвор в течение времени, в течение которого тиристор должен проводить.Следовательно, постоянный ток, приложенный к затвору, будет импульсом переменной ширины, имеющим уровень напряжения, достаточный для того, чтобы заставить тиристор проводить. Эти импульсы должны быть синхронизированы с выпрямленной волной переменного тока, чтобы они всегда начинались и заканчивались в правильное время относительно формы волны переменного тока.

Анимация на рис. 6.2.7 иллюстрирует основной метод запуска SCR с использованием контроля уровня. SCR запускается (включается) в течение каждого полупериода выпрямленного переменного тока напряжением V g , приложенным к затвору SCR.SCR отключается в конце каждого полупериода, когда напряжение на SCR падает почти до нуля, что также совпадает с концом запускающего импульса V g . Импульсы постоянного тока могут генерироваться в цифровом виде, с использованием выхода компьютера или дискретной компонентной схемы, такой как показанная ниже на рис. 6.2.8, в которой используется моностабильный таймер 555. Эта схема предлагает простой и недорогой метод демонстрации работы тринистора с использованием только низких напряжений. Используются два блока питания, заштрихованная область на рис.6.2.8 — это демонстрационный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, который изолирует демонстрационную схему от сети (линии). На контрольную секцию цепи должно подаваться постоянное напряжение от 5 В до 12 В. Это может быть либо отдельный источник питания постоянного тока (например, «настенная бородавка»), либо специальный регулируемый источник питания IC, либо батарея. Секция управления схемы (черная) также изолирована от секции переменного тока (красная) двумя оптопарами, IC1 и IC3. Поскольку эта схема уже изолирована от сетевого напряжения с помощью T1, казалось бы, нет необходимости использовать второй метод изоляции в IC1, однако основная функция IC1 в данном случае не изоляция, а действие как детектор перехода через ноль.

Рис. 6.2.8 Цепь запуска уровня SCR

Рис. 6.2.9 Формы сигналов запуска уровня SCR

Демонстрационная схема запуска уровня

Схема на рис. 6.2.8 включает тиристор в момент времени, выбранный настройкой VR1, в течение каждого положительного полупериода переменного тока от низковольтного источника питания (форма сигнала A). SCR снова отключается, когда выпрямленное переменное напряжение падает почти до нуля в конце каждого полупериода. Схема управления основана на микросхеме таймера 555, работающей в моностабильном режиме, и двух оптопарах 4N25.

Помимо изоляции цепи 555 от входящего переменного тока, IC1 (4N25) выдает синхронизирующий импульс (форма сигнала B на рис. 6.2.9). Это достигается за счет смещения IC1 в режиме общего коллектора, так что его выходной транзистор проводит большую часть входного двухполупериодного переменного тока, создавая высокое (5 В) напряжение на выводе 4, но выключается, когда волна переменного тока приближается к 0 В, создавая выходной сигнал 0 В. на выводе 4 микросхемы IC1. Эти импульсы используются для запуска моностабильного модуля 555 (IC2) в начале каждого полупериода.

Каждый раз, когда срабатывает IC2, его выход на выводе 3 становится высоким в течение времени, установленного постоянной времени, создаваемой переменным резистором VR1 и конденсатором синхронизации C1.Обратите внимание, что VR1 также подключен параллельно резистору R4 на 27 кОм. Целью этого является достижение более точной постоянной времени, чем это возможно при использовании только предпочтительных значений VR1 и C1. Также можно было бы установить предварительно установленный резистор вместо R4, чтобы получить точную длительность пускового импульса высокого уровня, генерируемого IC2.

Рис. 6.2.10 Срабатывание по уровню SCR

Рис. 6.2.10 Видео недоступно в формате для печати

Обратите внимание, что запускающий импульс, создаваемый IC2 (форма сигнала C на рис.6.2.9) переходит в высокий уровень сразу после получения синхронизирующего импульса, который включает SCR в начале полупериода. Также, когда импульс запуска возвращается на низкий уровень, это не отключит SCR, он будет продолжать работать до конца полупериода; это не то, что нужно. Однако форма сигнала C инвертируется под действием оптрона IC3, поскольку его выходной транзистор подключен в режиме общего эмиттера. Следовательно, SCR срабатывает во время последнего периода полупериода выпрямленного переменного тока (форма сигнала D на рис.6.2.9). Обратите внимание на то, что форма сигнала D не похожа на обратную форму волны C, потому что, как только SCR запускается, вход затвора (вместе с анодом и катодом) следует форме выпрямленной волны переменного тока с момента запуска до момента его запуска. достигает 0 В.

Обратите внимание, что схема запуска уровня, описанная здесь и показанная в работе на видео на рис. 6.2.10, не предназначена конкретно для представления практической схемы для управления высоким напряжением, а как демонстрационный образец, позволяющий изучить управление SCR. .Таким образом, этот модуль дает возможность более глубоко изучить режимы запуска SCR, используя низковольтный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, и создавая схемы запуска на макетной плате. Однако на практике есть некоторые недостатки срабатывания по уровню, которые можно преодолеть с помощью импульсного запуска.

Запуск импульса SCR

Использование запуска по уровню, как описано выше, имеет недостаток, заключающийся в создании тока затвора в течение всего периода включения SCR.Это создает ненужный ток затвора и в приложениях с высокой мощностью может увеличить тепло, выделяемое на переходе 2 SCR, что, в свою очередь, может снизить долговременную надежность.

Модификация схемы, показанной на рис. 6.2.8, проиллюстрирована на рис. 6.2.11. Эта схема генерирует одиночный узкий импульс (длительностью около 4 мкс) для запуска SCR при выбранном угле включения, затем SCR продолжает проводить до тех пор, пока прямой ток не упадет до значения, меньшего, чем значение удерживающего тока около 0 В, что значительно снижает среднее значение затвора. Текущий.

Рис. 6.2.11 Цепь запуска импульса SCR

Как работает схема запуска импульса

Часть рис. 6.2.11, показанная бледно-серым цветом, работает так же, как уже было описано для рис. 6.2.8; Выход IC2 (моностабильный) состоит из положительных импульсов переменной ширины (форма сигнала A, показанная на рис. 6.2.12), где задний фронт каждого импульса определяет угол включения SCR. (Обратите внимание, что в схеме запуска уровня этот сигнал инвертируется перед подачей на затвор, так что задний фронт становится нарастающим фронтом для запуска SCR).На рис. 6.2.11 перед тем, как выходной сигнал IC2 будет инвертирован, он дифференцируется C3 и R5 для создания серии узких 4 мкс положительных и отрицательных импульсов, соответствующих нарастающим и спадающим фронтам сигнала A. Эти узкие импульсы подаются на общий коллектор (эмиттерный повторитель) задающего транзистора Tr1 через R6. Диод D2 на эмиттере Tr1 удаляет положительные импульсы (за исключением небольшого остатка из-за потенциала прямого перехода диода).

Рис. 6.2.12 Формы сигналов запуска импульса SCR

Отрицательные импульсы (форма волны B) на эмиттере Tr1 инвертируются импульсным трансформатором 1: 1 T2 путем соединения вторичной обмотки T2 в противофазе с первичной обмоткой T2 (обратите внимание на точки индикатора фазы рядом с первичной и вторичной обмотками), таким образом, производя положительные триггерные импульсы для SCR.Т2 также действует как изолятор между цепью управления постоянного тока низкого напряжения и тиристором переменного тока более высокого напряжения. На рис. 6.2.12 форма волны C показывает форму волны катода SCR, причем быстрый нарастающий фронт соответствует времени запуска импульса, подаваемого на затвор через токоограничивающий резистор R8; это снижает ток, подаваемый каждым импульсом запуска, примерно до 100 мкА.

Цепи запуска по уровню и импульсного запуска обеспечивают надежный запуск и настройку почти на всех 360 ° волны переменного тока 50 Гц.Для работы на частоте 60 Гц может потребоваться некоторая регулировка постоянной времени моностабильности. Уровень напряжения питания постоянного тока не критичен, от 5 до 12 В.

Рис. 6.2.13 Кривые пересечения нуля SCR

Синхронное переключение (переход через нуль)

Однако существует проблема со всеми описанными выше методами управления. Форма выходного сигнала переменного тока, когда SCR включается в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока, имеет очень быстрое время нарастания, поскольку ток через SCR внезапно переключается с нуля на мгновенное значение волны переменного тока.При использовании источника переменного тока 230 В это резкое изменение может составлять около 325 В (пиковое значение волны переменного тока). Форма волны также может быть острым треугольным всплеском, если SCR включается после достижения пикового значения волны. В любом случае форма волны переменного напряжения, создаваемая действием SCR, будет богата гармониками, которые могут создавать серьезный уровень электромагнитных помех (ЭМИ), вызывая проблемы не только для других подключенных схем; Помехи также могут излучаться на другие расположенные поблизости электронные устройства в виде радиочастотных помех (r.е.и.), поскольку создаваемые гармоники могут распространяться в радиодиапазоны. Чтобы избежать этих проблем, можно использовать альтернативные методы контроля. Один из таких методов, называемый «синхронное переключение или переключение с переходом через нуль», заключается в том, чтобы разрешить тиристорам переключаться только тогда, когда форма напряжения сети равна нулю или очень близка к ней. Затем тиристор включается на некоторое количество циклов, а затем снова выключается (когда напряжение переменного тока проходит через 0 В) еще на количество циклов. Затем можно изменить соотношение циклов включения и выключения, чтобы обеспечить изменение средней мощности, подаваемой на нагрузку.Рис. 6.2.13 иллюстрирует теоретический метод достижения нулевого переключения кроссовера. Практическая демонстрационная схема показана на рис. 6.2.14, а фактические формы сигналов, полученные из схемы, показаны на рис. 6.2.15.

Форма сигнала A на рис. 6.2.15 показывает форму сигнала 18Vpp, 100 Гц, приложенную к схеме перехода через нуль от двухполупериодного выпрямленного источника переменного тока и мостового выпрямителя (заштриховано серым на рис. 6.2.14).

Форма сигнала B представляет собой серию импульсов 5 В, полученных от оптопары IC1.Поскольку транзистор оптопары включен в течение большей части положительного полупериода входа переменного тока, это делает эмиттер высоким, за исключением узкого импульса, поскольку эмиттер падает с 5 В до 0 В каждый раз, когда вход переменного тока падает до 0 В. Таким образом, эти импульсы синхронизируются с точкой нулевого напряжения формы сигнала A.

Однако, поскольку для запуска SCR необходимы положительные импульсы запуска, импульсы в точке B инвертируются Tr1 для создания формы сигнала C.

Форма сигнала D является выходным сигналом автономного нестабильного генератора 555 IC2, который генерирует прямоугольные импульсы с частотой повторения импульсов около 7 Гц и переменной скважностью, регулируемой VR1.Эта форма сигнала используется для управления соотношением времени включения и выключения SCR. Поскольку SCR будет высоким (включенным) в течение нескольких полупериодов 100 Гц, затем низким (выключенным) в течение нескольких полупериодов. Отношение метки к пространству прямоугольной волны, создаваемой IC2, регулируется VR1, чтобы обеспечить время включения примерно от 20% до 90% от периодического времени нестабильного выхода. Работа микросхемы IC2 более подробно описана в модуле «Осцилляторы» 4.4.

Выходы Tr1 (форма сигнала C) и IC2 (форма сигнала D) подаются на два входа логического элемента И (IC3).Выход IC3 переходит в логическую 1 только тогда, когда оба входа находятся в логической 1. Это создает серию узких положительных пусковых импульсов (форма сигнала E) для запуска SCR только в начале этих полупериодов, когда форма сигнала D имеет высокий уровень. Создаваемые импульсы запуска подаются на Т2, изолирующий импульсный трансформатор 1: 1, через транзистор Tr2 драйвера эмиттерного повторителя. Вторичная обмотка T2 подает триггерные импульсы на затвор SCR через резистор ограничителя тока R11 и диод D3. Форма волны затвора (форма волны F) практически идентична форме волны выхода на катоде SCR, поскольку между затвором и катодом SCR существует лишь небольшая разница в напряжении.

Рис. 6.2.14 Цепь управления переходом через ноль SCR

* Примечание по безопасности: Как правило, резисторы 0,25 Вт подходят для этой конструкции, но если цепь работает в течение длительного времени без источника переменного тока, но при этом источник постоянного тока все еще включен, существует вероятность того, что R11 (47R 0,25 Вт) может перегреться. , так как в этих условиях он будет пропускать повышенный ток из-за сигнала E, являющегося версией нестабильного выхода с более высоким током (форма сигнала D). Чтобы избежать перегрева, R5 можно заменить версией с более высокой мощностью или, предпочтительно, всегда отключать источники переменного и постоянного тока, когда цепь не работает!

Рис.6.2.15 Формы сигналов Рис. 6.2.14 Схема

Рис. 6.2.16 SCR Zero Crossing


Схема макетной платы

Работа цепи с переходом через ноль SCR

В этой демонстрационной схеме снова используется двухполупериодный выпрямленный источник переменного тока низкого напряжения (12 В RMS ), описанный ранее и закрашенный серым на рис. 6.2.14.

Рис. 6.2.14. использует два разных метода изоляции и демонстрирует, как метод контроля перехода через нуль может быть реализован с использованием стандартных компонентов.Он не предназначен для представления какого-либо конкретного коммерчески доступного решения и не предназначен для представления наилучшего доступного метода. Целью схем управления затвором SCR, обсуждаемых в этом модуле, является предоставление полезных демонстраций широко используемых методов управления и среды низкого напряжения для соответствующих экспериментов. Они могут быть построены недорого на стандартном макете или плате, как показано на рис. 6.2.16, в качестве полезных демонстраций или студенческих проектов. В этих проектах используются низкие напряжения, чтобы поддерживать более безопасную среду, но узнайте больше об электронике.org не заявляет и не предполагает, что любая электронная схема является полностью безопасной, выбор построения и / или использования схем и методов, описанных на этом сайте, осуществляется исключительно на ваш страх и риск.

Видео на рис. 6.2.17 показывает эффект управления переходом через ноль при использовании для уменьшения яркости лампы. Обратите внимание на выраженное мерцание, возникающее при включении и выключении SCR на низких частотах, показывая, что это решение, устраняя одну проблему управления SCR (помехи), создает другую — низкую скорость переключения и связанное с этим мерцание.Однако, хотя это может быть проблемой для приложений освещения, это не проблема для приложений с медленно меняющимися значениями, такими как управление нагревом. Таким образом, переход через нуль может быть эффективным для контроля температуры путем изменения средней мощности, подаваемой на нагревательный элемент. Кроме того, из-за отсутствия быстро изменяющихся скачков напряжения при управлении переходом через ноль, он больше подходит для использования с индуктивными нагрузками, чем схемы управления, которые переключаются во время цикла переменного тока.

Рис.6.2.17 SCR Zero Crossing Control

Рис. 6.2.17 Видео недоступно


в формате для печати

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *