Тиристор принцип работы

Тиристор представляет собой однонаправленное полупроводниковое твердотельное устройство с четырьмя слоями чередующегося материала P и N-типа. Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора. Анод — это положительный конец, а катод — это отрицательный конец. Вход контролируют поток тока между анодом и катодом. 

• Как работает тиристор
• Применение тиристора
• Режим обратного запирания
• Режим прямого запирания
• Двухтранзисторная модель

Он используется в электронных устройствах и оборудовании для контроля электроэнергии или тока. Он действует как выпрямитель и может передавать ток только в одном направлении.

Как работает тиристор

Тиристор действует как диод. Он состоит из двух слоев полупроводников, а именно p-типа и n-типа, расположенных между собой для образования соединения. Анод соединен с внешним p-слоем, катод с внешним n-слоем и затвором с внутренним p-слоем. Он имеет 3 соединения, а именно J1, J2, J3.

Когда анод имеет положительный потенциал относительно катода, на затвор не подается напряжение. Соединения J1, J3 смещены в прямом направлении, а J2 — в обратном. Так что никакой проводимости здесь не происходит. Теперь, когда положительный потенциал увеличивается за пределами напряжения пробоя, происходит пробой соединения J2, и он начинает проводить ток. Как только происходит пробой, он продолжает проводить независимо от напряжения на затворе, пока потенциал на аноде не будет удален или ток через устройство не станет меньше, чем ток удержания.

Когда положительный потенциал приложен к клемме затвора по отношению к катоду, происходит пробой соединения J2. Чтобы быстро включить тиристор, необходимо выбрать соответствующее значение потенциала. Вход действует как управляющий электрод. Когда небольшое напряжение, известное как импульс затвора, подается на его затвор, устройство переключается в состояние проводимости. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится или не будет снято.

Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально напряжению затвора, и для его запуска требуется минимальный заряд затвора. Таким образом, переключением тиристоров можно управлять через его импульс затвора.

Двухтранзисторная аналогия тиристора

Ток коллектора от NPN-транзистора подается непосредственно на базу PNP-транзистора, а ток коллектора PNP-транзистора подается на базу NPN-транзистора. Эти соединенные транзисторы полагаются друг на друга для проводимости. Таким образом, для проведения одного из транзисторов требуется базовый ток. Когда анодный вывод тиристора является отрицательным по отношению к катоду, NP-переход становится смещенным вперед, а PN-переход становится обратным смещением.

Два транзисторных аналога тиристора

Здесь поток обратного тока блокируется до тех пор, пока не будет приложено напряжение пробоя. После пробивного напряжения оно начинает проводить без подачи сигнала затвора. Это одна из отрицательных характеристик тиристоров, так как она запускает проводимость при обратном разрыве напряжения.

Когда анодный вывод сделан положительным по отношению к катоду, внешние переходы смещены в прямом направлении, а центральный переход NP смещен в обратном направлении и блокирует прямой ток. Таким образом, чтобы вызвать его в проводимости, положительный ток прикладывается к базе транзисторов.

Два транзистора соединены в регенеративном контуре, и это заставляет транзистор проводить насыщение. Таким образом, можно сказать, что тиристоры блокируют ток как в направлении источника переменного тока в выключенном состоянии, так и могут включаться путем приложения положительного тока к базе транзистора.

Режимы работы тиристора

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.

Применение тиристора

Тиристор используется в различных применениях, таких как:

• В основном используется в двигателях с переменной скоростью.
• Используется для управления электроприводом высокой мощности.
• Используется в основном в двигателях переменного тока, светильниках, сварочных аппаратах и ​​т. Д.
• Используется в ограничителе тока короткого замыкания и выключателе.
• Быстрая скорость переключения и низкая проводимость возможны в тиристоре ETO.
• Используется в качестве диммеров на телевидении, в кинотеатрах.
• Используется в фотографии для вспышек.
• Может использоваться в охранной сигнализации.
• Используется в регулировании скорости вращения электрического вентилятора.
• Используется в автомобильных зажиганиях.

Режим обратного запирания

Рассказывая о принципе работы триодного тиристора, нельзя не отметить, что оно может работать в разных режимах. При обратном запирании непосредственно к аноду полупроводника приложено отрицательное напряжение по отношению к катодному контакту. Переходы при таком варианте смещены в противоположном направлении.

Существуют факторы, ограничивающие применение подобного режима. Первый из них – это лавинный пробой, а второй – прокол обедненной области. Это объясняется тем, что существенная часть напряжения снижается на одном из переходов. Возникает их смыкание или происходит пробой.

Режим прямого запирания

Принцип работы тиристора в режиме прямого запирания предполагает обратное смещение одного из переходов. Противоположные слои сдвинуты в прямом направлении. Основная часть приложенного напряжения снижается на единичном переходе. Через остальные слои в соприкасающиеся области инжектируются носители, позволяющие уменьшить сопротивление на проводящем элементе. Происходит увеличение проходящего тока. Падение напряжения уменьшается.

Увеличение прямого напряжения приводит к медленному росту электрического тока. В таком режиме полупроводник считается запертым, что связано с повышенным сопротивлением единичного перехода. При некотором показателе напряжения процесс начинает приобретать лавинообразный характер. Прибор переходит во включенное состояние, в нем устанавливается электрический ток, который зависит от источника и сопротивления цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения устройства и принципа работы тиристора в режиме прямого запирания применяется двухтранзисторная модель. Данный полупроводниковый прибор можно рассматривать как два совмещенных транзистора с противоположными выводами. Переход в центре используется в качестве коллектора дырок и электронов, которые инжектируются определенными переходами.

Соотношения не изменяются при протекании токов в противоположном направлении. При повышении коэффициента в замкнутой петле происходит лавинообразный процесс, подразумевающий увеличение тока непосредственно через структуру. Электрический ток ограничен лишь сопротивлением наружной цепи.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

принцип работы, схемы и т.д.

Триодный тиристор — специальный электронный прибор, который имеет три p-n перехода. Материал N-типа на одной стороне триодного тиристора является катодом, а материал P-типа на другой его стороне — анодом.

Схема триодного тиристора

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Когда на катод триодного тиристора подается отрицательный потенциал, а на его анод положительный, то переходы J1 и J3 имеют прямое смещение, а переход J2 — обратное. Поскольку переход J2 имеет обратное смещение, то он ведет себя как разомкнутая цепь до тех пор, пока не появится достаточно большой подаваемый потенциал, способный преодолеть сопротивление его обедненной области.

Напряжение, подаваемое на триодный тиристор

Когда на триодный тиристор впервые подается какой-то потенциал, то очень малый ток протекает через этот прибор, так как J2 имеет обратное смещение и действует в основном как разомкнутая цепь. Когда подаваемый потенциал вырастает до значения, при котором сопротивление обедненной области J2 оказывается преодоленным, то триодный тиристор становится очень хорошим проводником и ток, идущий через него, начинает очень быстро нарастать. Потенциал, при котором триодный тиристор становится очень хорошим проводником, называется напряжением включения тиристора. Эффект подобного напряжения включения тиристоров четко виден на графике на рисунке ниже, отражающем характерную кривую триодного тиристора.

Вертикальная линия отображает значения тока, протекающего через прибор, а горизонтальная линия — значения подаваемого напряжения.

Характерная кривая триодного тиристора

Как видно из графика, линия тока, протекающая через прибор, направлена почти вертикально вверх, когда достигается напряжение включения тиристора. Для того, чтобы предотвратить повреждение триодного тиристора в результате появления столь большого тока, этот прибор должен иметь либо какую-то нагрузку, либо подаваемый потенциал должен быть уменьшен.

Потенциал, который необходим для того, чтобы триодный тиристор стал хорошим проводником, может быть очень небольшим по сравнению с напряжением включения тиристора. Величина тока, протекающего через триодный тиристор в то время, когда подаваемый потенциал минимален, называется удерживающим током триодного тиристора. Триодный тиристор будет оставаться хорошим проводником до тех пор, пока ток, протекающий через него, не сравняется или не станет выше необходимого удерживающего тока.

Величина напряжения, при котором происходит включение тиристора при прямом смещении, а триодный тиристор становится хорошим проводником, если контролировать, подавая положительный потенциал на материал p-типа обратно смещенного перехода (J2).

Этот материал P-типа называется затвором. Потенциал, подаваемый на затвор, называется потенциалом затвора. Когда на затвор подается положительный потенциал, то обратное смещение p-n перехода будет преодолено. А так как значение напряжения включения триодного тиристора в этом случае уменьшится, то сам прибор станет хорошим проводником при более низком напряжении, подаваемом с источника питания.

P-N переход точка в полупроводниковом приборе, где катод анод соприкасаются

Стабилизаторы напряжения прибор, который обеспечивает стабильный уровень напряжения

Повторитель напряжения имеет высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице

Умножитель напряжения контур, способный выдать напряжение, в несколько раз превышающее полученное

Светодиоды диод с простым P-N переходом, испускающий свет, когда через него проходит ток

Тиристор или SCR, конструкция, работа и характеристики

05 августа 2020 г.

Что такое тиристор (SCR)?

Тиристор также известен как SCR. Это трехполюсное четырехслойное полупроводниковое устройство. Используется много слоев кремния. Терминал Gate управляет устройством.

Когда устройство включено, оно действует как выпрямитель и поэтому называется SCR. Он имеет общие свойства диодов, резисторов и транзисторов.

Тиристор является однонаправленным устройством и проводит ток только в одном направлении. Его можно использовать только для коммутации и нельзя использовать для усиления.

Символ SCR:

Символ SCR

Символ SCR выглядит как символ Diode, и, в дополнение, мы имеем терминал привода на привязке. Он имеет три вывода анод, катод и затвор.

Construction of SCR:

Construction of SCR

 

Thyristor or SCR consists of four P-N-P-N layer and have three PN junctions J1,J2, J3 in series. Он имеет три вывода анод, катод и затвор. Терминал Gate прикреплен к слою типа P рядом с терминалом катода.

Модель с двумя транзисторами показывает, что SCR представляет собой комбинацию одного транзистора PNP и одного транзистора NPN.

Эмиттер PNP-транзистора принимается за клемму Anode, эмиттер NPN-транзистора — за катод, а база PNP — за клемму Gate. База PNP подключена к коллектору NPN, а коллектор PNP подключен к транзистору NPN.

Работа SCR:

Обратный режим блокировки SCR:

Обратный режим блокировки тиристора

Тиристор отключается, если на клемму Gate не подается напряжение. Когда SCR смещен в обратном направлении, анод подключен к отрицательному концу, а катод подключен к положительному концу, переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а J2 смещен в прямом направлении.

Действует как обычный диод в условиях обратного смещения. Течет только обратный ток насыщения. Обратный пробой происходит, как и у диода, когда на нем превышается безопасное напряжение.

Режим блокировки переходной блокировки SCR:

Режим блокировки передней блокировки SCR

Когда SCR смеется, а anode подключен к положительному конец, и Cathod подключен к негативному. В конце соединения J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 смещено в обратном направлении.

Действует как обычный диод в режиме прямого смещения. Здесь также не течет ток, течет только небольшой ток насыщения.

Режим передовой проводимости SCR:

Режим передней проводимости SCR

, когда заглушается на первом, и малая volte -volate, наносящая в заглушке, на малой volte -volate на малой voltage. включен.

В модели с двумя транзисторами при подаче напряжения на затвор включается нижний транзистор, который, в свою очередь, включает верхний транзистор.

Это продолжается до тех пор, пока не прекратится подача питания на клеммы затвора и анода. Течение тока продолжается, даже когда приложенное напряжение на клемме затвора прекращается.

Характеристики SCR:

Характеристики SCR

Когда напряжение ворота не применяется, а когда термин Anode и Cathode. течет и течет только ток насыщения.

Когда напряжение подается на клемму затвора, ток течет через нижний транзистор, который включает верхний транзистор, и это продолжается как защелка.

Когда устройство включено, клемма затвора не влияет на управление током. Для остановки устройства все источники питания должны быть ВЫКЛЮЧЕНЫ.

Преимущества:

• Легко включается
• Тиристор или тиристор выдерживают большие напряжения, токи и мощности имеет низкую стоимость

Недостатки:

• Он проводит только в одном направлении, поэтому управляет только в течение полупериода.
• Он не может использоваться на высоких частотах
• Ток затвора должен быть положительным
• . Очень сложно выключить SCR

Применение SCR:

• Контролируемые выпрямители
• Inverster
• Контролируемые выпрямители
• • .
  • Блокировочные реле
  • Системы контроля температуры
  • Устройства дистанционного переключения

  Что такое GTO? Типы, конструкция, работа и применение

  Тиристор представляет собой однонаправленный полупроводниковый переключатель, который проводит большой ток во включенном состоянии и блокирует высокие напряжения в выключенном состоянии. Он имеет три вывода: затвор (G), катод (K) и анод (A). Клеммы катода и анода используются для проведения основного тока, в то время как клемма затвора переключает состояние тиристора. Это полууправляемый переключатель, который можно включить, подав положительный ток затвора, но он не может быть выключен тем же затвором.

  Основной ток должен быть прерван для выключения тиристора с помощью схемы коммутации. Для решения этой проблемы разработан GTO.

  GTO или тиристор с выключением затвора — это тип тиристора, который обеспечивает полный контроль над переключением, т. е. его можно включать и выключать с помощью одной и той же клеммы затвора. GTO имеет много общего с обычным тиристором.

  • Связанный пост: IGBT — типы, конструкция, работа и применение

  Содержание

  Что такое GTO?

  GTO (также известное как Gate Turn Off) представляет собой полупроводниковое полностью управляемое однонаправленное переключающее устройство (тиристор), имеющее 3 вывода

  Затвор , Катод и Анод . Его можно включить/выключить с помощью терминала ворот.

  Положительный импульс тока на затворе включает GTO, а отрицательный импульс тока на затворе выключает его. Он однонаправленный, поэтому пропускает ток только от анода к катоду.

  Как и обычный тиристор, его можно переключить в режим проводимости с помощью положительного импульса тока на затворе. Имеет низкое падение напряжения во включенном состоянии. Однако ток выключения, требуемый на затворе, относительно высок. Импульс отрицательного тока на затворе составляет почти четверть тока анода.

  Связанный пост:

  • DIAC – конструкция, работа и применение
  • TRIAC – конструкция, работа и применение
  Структура GTO

  GTO представляет собой 4-слойное устройство PNPN, имеющее 3 PN-перехода и 3 клеммы: затвор (G), анод (A) и катод (C).

  Анод представляет собой металлический электрод, прикрепленный к сильно легированной области P+. Легирование поддерживается на высоком уровне для поддержания высокой эффективности анода. Сильное легирование уменьшает время включения, но также увеличивает время выключения с потерей мощности.

  Чтобы избежать этой проблемы, в область анода добавляют N+ областей, известную как структура с коротким замыканием анода. Это уменьшает блокировку обратного напряжения с лучшим временем выключения. Поэтому короткое замыкание анода проектируется исходя из требуемой производительности.

  Поверх анодной области добавлена ​​базовая область N-типа, образующая PN-переход J1, где легирование и ширина этой области определяют допустимое напряжение прямой блокировки устройства. Низкий уровень легирования и увеличенная ширина этого слоя увеличивают прямое блокирующее напряжение GTO.

  Область затвора P-типа добавляется поверх базового слоя N, образуя соединение 2 ^и j2. Эта область не является ни сильно, ни слабо легированной по указанным причинам. Сильное легирование области затвора приводит к лучшему времени выключения, а легкое легирование увеличивает эффективность эмиттера из катодной области. Вот почему область затвора P умеренно легирована.

  Катод прикреплен к сильно легированному слою N+. Он сильно легирован, чтобы иметь более высокую эффективность эмиттера, но за счет снижения напряжения пробоя.

  • Запись по теме: В чем разница между DIAC и TRIAC?
  Принцип работы GTO

  GTO работает как обычный тиристор, за исключением возможности отключения.

  Механизм включения

  GTO имеет ту же операцию выключения, что и обычный тиристор. Его можно включить двумя способами: повышением прямого напряжения выше напряжения отключения, подачей положительного тока затвора.

  Когда на GTO подается прямое напряжение, т. е. напряжение на аноде больше, чем на катоде, переход j1 и j3 смещается в прямом направлении, а переход j2 смещается в обратном направлении. Обратно смещенный j2 не позволяет току течь через устройство. Если прямое превысит значение напряжения прямого отключения по напряжению , произойдет лавина, и J2 станет смещенным в прямом направлении, что позволит протекать току. этот тип переключения является разрушительным, и его следует избегать.

  Надлежащий метод включения GTO заключается в подаче положительного тока затвора при подаче прямого напряжения. Приложение положительного тока к затвору вводит дырки в область затвора P, что создает прямое смещение j3. Таким образом, позволяя току течь через него.

  Механизм выключения

  Для выключения GTO на клемму затвора подается отрицательный ток или отрицательное напряжение по отношению к катоду. Отверстия, входящие через анод, извлекаются через клемму затвора. Это делает переход j3 смещенным в обратном направлении, что останавливает инжекцию электронов из прикатодной области.

  В это время катодный ток отсутствует, но анодный ток все еще протекает через клемму затвора, что называется «хвостовым током». она уменьшается экспоненциально. и как только он достигает нуля, устройство полностью отключается и блокирует напряжение на своих клеммах. Ток выключения, необходимый для GTO, зависит от анодного напряжения и тока, но обычно составляет одну четвертую от анодного тока.

  • По теме: Типы транзисторов — BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT и специальные транзисторы
  Типы GTO

  В зависимости от конструкции существует два типа GTO.

  Асимметричный GTO

  Асимметричный GTO — наиболее распространенный тип GTO, также известный как «GTO с короткозамкнутым анодом». Они обладают способностью блокировки асимметричного напряжения, т. е. напряжение блокировки в прямом направлении не равно напряжению блокировки в обратном направлении. Напряжение блокировки в обратном направлении намного меньше напряжения блокировки в прямом направлении. Обычно они используются с диодом, включенным встречно-параллельно.

  Симметричный GTO

  Симметричный GTO имеет возможности блокировки симметричного напряжения. Обратное напряжение блокировки такое же высокое, как и прямое напряжение. Он не имеет структуры с «закороченным анодом», вместо этого анод сделан из чистой области P+.

  Режимы работы

  Тиристор GTO или Gate Turn-Off, как и тиристор, может работать в следующих трех режимах.

  Прямой режим блокировки

  Когда приложенное напряжение между анодом и катодом положительное, но ток затвора отсутствует. Устройство не проводит и блокирует прямой ток, если анодное напряжение не превышает напряжения пробоя или не применяется ток затвора. Этот режим называется режимом прямой блокировки.

  Режим прямой проводимости

  В этом режиме GTO находится в состоянии проводимости и с тех пор является однонаправленным. Он проводит ток от анода к катоду. GTO, как и тиристор, можно перевести в проводимость либо подачей тока затвора, что является правильным способом, либо увеличением анодного напряжения выше напряжения отключения.

  Обратный режим блокировки

  Когда анодное напряжение становится отрицательным по отношению к катоду, оно блокирует ток. это однонаправленное устройство, оно не допускает обратного направления тока. Но если обратное напряжение превысит обратное перенапряжение пробоя, начнется проводимость.

  ВАХ ГТО

  ВАХ ГТО напоминают обычный тиристор, за исключением запирания затвора. GTO работает в первом и третьем ^-м -м квадрантах. На следующем графике показано соотношение между анодным напряжением V _и и анодным током I _C .

  В первом квадранте анодное напряжение V _a положительно по отношению к катоду, устройство находится в режиме прямой блокировки, но все еще присутствует прямой ток утечки. Увеличение V _a выше перенапряжения прямого отключения V _BF или подачи тока затвора GTO срабатывает в проводимость, пропуская анодный ток I _a через него с уменьшенным падением напряжения V _a во включенном состоянии на нем.

  Подайте отрицательный ток на затвор, чтобы выключить GTO. I _и уменьшаются, в то время как V _и начинают появляться на устройстве.

  В третьем квадранте примененные V _и отрицательны по отношению к катоду. Устройство находится в режиме обратной блокировки, но имеет место утечка тока, называемая обратным током утечки. Если напряжение превышает перенапряжение обратного отключения В _BR устройство запускает проводку в обратном направлении. Он не является разрушительным, пока его продолжительность остается небольшой. Длительное время работы в режиме обратной проводимости повредит устройство.

  Преимущества и недостатки GTO

  Преимущества

  GTO или запорный тиристор имеет следующие преимущества

  • GTO имеет функцию отключения, что исключает использование схемы коммутации. в свою очередь, размер, вес схемы существенно уменьшены.
  • Имеет малое время выключения и эффективное переключение.
  • Обладает лучшими коммутационными характеристиками, чем обычный тиристор.
  • Имеет возможности блокировки более высокого напряжения.
  • Обладает высокими перегрузками по току.
  • Экономичен благодаря отсутствию дополнительных схем коммутации.
  • Имеет более высокий КПД за счет отсутствия потерь на принудительную коммутацию в обычном тиристоре.
  • Он может выдерживать скачки тока, как обычный тиристор.

  Недостатки
  

  GTO имеет следующие недостатки:

  • Потери привода затвора и потери в открытом состоянии выше, чем у обычного тиристора.
  • Ток затвора, необходимый для срабатывания GTO, выше, чем у обычного тиристора.
  • Имеет более высокое падение напряжения во включенном состоянии.
  • Он не может работать с высоким обратным напряжением.
  • Имеет более высокую величину тока фиксации и удержания.

  Применение ГТО

  
  

  Благодаря превосходным характеристикам переключения и возможностям отключения без коммутационной схемы, GTO предпочтительнее обычных тиристоров в различных приложениях.