54. Тиристоры (динисторы, тринисторы, симисторы) (устройство, параметры, обозначение, конструкции, применения).

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ).

У всех тиристоров на вольтамперной характеристике присутствует участок отрицательного дифференциального сопротивления. Тиристоры в основном производят по технологии диффузии.

Основные параметры тиристоров:

Амплитуда повторяющегося импульсного напряжения, которое прикладывают к закрытому тиристору, B.

Длительность включения, т.е. такой отрезок времени, за который тиристор переходит в открытое состояние под действием импульса тока, протекающего по управляющему электроду, мс.

Критическая скорость нарастания напряжения на закрытом тиристоре, т. е. значение такой максимальной скорости нарастания напряжения, которое не приведёт к отпиранию тиристора, dU / dt.

Напряжение включения, т.е. такое напряжение, приложенное к динистору, при котором он переходит в открытое состояние, В.

Напряжение переключения, т.е. приложенное к тиристору напряжение во время переключения, В.

Неповторяющийся ударный ток тиристора в открытом состоянии, т.е. предельно допустимый ток через открытый тиристор, который не вызовет выход компонента из строя при кратковременном воздействии, по завершении которого сила тока станет много меньше, А.

Постоянный обратный ток, протекающий по выводам анод-катод тиристора в закрытом состоянии, мА.Предельно допустимая амплитуда импульсов тока, протекающего через выводы анод-катод открытого тиристора, А.

Предельно допустимый постоянный ток через выводы анод-катод открытого тиристора, А.

Ток запирания, т.е. такой ток, протекающий по управляющему электроду, который инициирует переход тиристора из открытого состояния в закрытое состояние, А.

Ток удержания, т.е. минимальный ток такой силы, под действием которого тиристор не переходит в закрытое состояние, А.

Динистор

Динистором, или, по-другому, диодным тиристором, называют переключательный компонент с двумя выводами, который переходит в открытое состояние при превышении определённого напряжения, которое прикладывают между его выводами. Динисторы содержат три электронно-дырочных перехода. Схематичное изображение структуры динистора дано на рисунке.

Вывод от внешней зоны n2 называют катодом, а от зоны p1 – анодом. Зоны n1 и p2 носят название баз динистора. Переход между зонами p1, n1 и p2, n2 именуют эмиттерным, а между зонами n1 и p2 – коллекторным переходом.

Динисторы применяют в регуляторах и переключателях, чувствительных к изменениям напряжений.

 обозначение на схемах симмитричный динистор

Тринистор

Тринистором, или, иначе, триодным тиристором, называют переключательный компонент с тремя электронно-дырочными переходами, и тремя выводами – анодом, катодом и управляющим электродом. Тринисторы обладают аналогичной динисторам структурой, а отличие состоит в наличии управляющего электрода – дополнительного вывода, подключённого к одной из баз. Если через управляющий электрод тринистора пропустить отпирающий ток, то тринистор перейдёт в открытое состояние. В зависимости от того, к какой именно из баз будет подсоединён управляющий электрод, можно организовать включение тринистора при приложении отпирающего напряжения между управляющим электродом и либо анодом, либо катодом.

Вольтамперная характеристика тринистора похожа на вольтамперную характеристику динистора. Однако отпирание тринистора обычно происходит при существенно более низком прямом напряжении, чем необходимо динистору, и к открыванию тринисторной структуры приводит протекание тока через управляющий электрод. Чем больше ток управляющего электрода, тем при более низком прямом напряжении тринистор перейдёт в открытое состояние, что отражено на вольтамперной характеристике тринистора, изображённой на рисунке.

Катодный управляющий элемент, анодный. Симмитричный тринистор.

Тринисторы широко применяют в регуляторах мощности, контакторах, ключевых преобразователях и инверторах и пр. Некоторое ограничение на внедрение тринисторов накладывает их частичная управляемость.

Симистор

Симисторы, в отличие от обычных тиристоров, проводят ток анод-катод при протекании тока по управляющему электроду, как в прямом направлении, так и в обратном. В результате этого их вольтамперная характеристика симметрична, что отражено на рисунке.

обозначение на схемах

Таким образом, на вольтамперной характеристике каждого симистора присутствуют два участка отрицательного дифференциального сопротивления.

Структура симистора содержит пять слоёв, что отражено на рисунке

Симисторы нашли широкое применение в устройствах регулирования скорости вращения электродвигателей, в системах освещения, в электронагревателях, в преобразовательных установках.

БИЛЕТ 15.

Динистор | это… Что такое Динистор?

Обозначение на схемах

Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с четырёхслойной структурой р-n-p-n-типа, обладающий в прямом направлении двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В обратном направлении тиристор обладает только запирающими свойствами. Т.е тиристор — это управляемый диод. Тиристоры подразделяются на тринисторы, динисторы и симисторы. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

Содержание 1 Устройство тиристора 2 Вольт-амперная характеристика тиристора 3 Режимы работы тиристора 3. 1 Режим обратного запирания 3.2 Режим прямого запирания 3.2.1 Двухтранзисторная модель 3.3 Режим прямой проводимости 4 Отличие динистора от тринистора 5 Характеристики тиристоров 6 Применение 7 Ссылки 8 См. также

Устройство тиристора

Рис. 1. Схемы тиристора: a) Основная четырёхслойная p-n-p-n структура b) Диодный тиристор с) Триодный тиристор.

Основная схема тиристорной структуры представлена на рис. 1. Она представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n прибор может иметь два управляющих электрода (базы), присоединённых к внутренним слоям. Прибор без управляющих электродов называется

диодным тиристором (или динистором). Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (или просто тиристором).

Вольт-амперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

ВАХ тиристора (с управляющими электродами или без них) приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

• Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора — прямое запирание.
• В точке 1 происходит включение тиристора.
• Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
• Участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянию (прямой проводимости).
• В точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток I_h.
• Участок между 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора.
• Участок между 4 и 5 — режим обратного пробоя.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Режимы работы тиристора

Режим обратного запирания

Рис. 3. Режим обратного запирания тиристора

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

1. Лавинный пробой.
2. Прокол обеднённой области.

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис. 3). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины W

n1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше W_n1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).

Режим прямого запирания

Рис. 4. Двухтранзисторная модель триодного тиристора, соединение транзисторов и соотношение токов в p-n-p транзисторе.

При прямом запирании напряжение на аноде положительно по отношению к катоду и обратно смещён только переход J2. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении. Большая часть приложенного напряжения падает на переходе J2. Через переходы J1 и J3 в области, примыкающие к переходу J2, инжектируются неосновные носители, которые уменьшают сопротивление перехода J2, увеличивают ток через него и уменьшают падение напряжения на нём. При повышении прямого напряжения ток через тиристор сначала растёт медленно, что соответствует участку 0-1 на ВАХ. В этом режиме тиристор можно считать запертым, так как сопротивление перехода J2 всё ещё очень велико. По мере увеличения напряжения на тиристоре снижается доля напряжения, падающего на J2, и быстрее возрастают напряжения на J1 и J3, что вызывает дальнейшее увеличение тока через тиристор и усиление инжекции неосновных носителей в область J2. При некотором значении напряжения (порядка десятков или сотен вольт), называется напряжением переключения V_BF (точка 1 на ВАХ), процесс приобретает лавинообразный характер, тиристор переходит в состояние с высокой проводимостью (включается), и в нём устанавливается ток, определяемый напряжением источника и сопротивлением внешней цепи.

Двухтранзисторная модель

Для объяснения характеристик прибора в режиме прямого запирания используем двухтранзисторную модель. Тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого, как показано на рис. 4 для триодного тиристора. Центральный переход действует как коллектор дырок, инжектируемых переходом J1, и электронов, инжектируемых переходом J3. Взаимосвязь между токами эмиттера I_E, коллектора I_C и базы I_B и статическим коэффициентом усиления по току α₁ p-n-p транзистора также приведена на рис. 4, где I_Со— обратный ток насыщения перехода коллектор-база.

Аналогичные соотношения можно получить для n-p-n транзистора при изменении направления токов на противоположное. Из рис. 4 следует, что коллекторный ток n-p-n транзистора является одновременно базовым током p-n-p транзистора. Аналогично коллекторный ток p-n-p транзистора и управляющий ток I_g втекают в базу n-p-n транзистора. В результате, когда общий коэффициент усиления в замкнутой петле превысит 1, оказывается возможным регенеративный процесс.

Ток базы p-n-p транзистора равен I_B1 = (1 — α₁)I_A — I_Co1. Этот ток также протекает через коллектор n-p-n транзистора. Ток коллектора n-p-n транзистора с коэффициентом усиления α₂ равен I_C2 = α₂I_K + I_Co2.

Приравняв I_B1 и I_C2, получим (1 — α₁)I_A — I_Co1 = α₂I_K + I_Co2. Так как I_K = I_A + I_g, то

Рис. 5. Энергетическая зонная диаграмма в режиме прямого смещения: состояние рановесия, режим прямого запирания и режим прямой проводимости.

Это уравнение описывает статическую характеристику прибора в диапазоне напряжений вплоть до пробоя. После пробоя прибор работает как p-i-n-диод. Отметим, что все слагаемые в числителе правой части уравнения малы, следовательно, пока член α₁ + α₂ < 1, ток I_A мал. (Коэффициенты α1 и α2 сами зависят от I_A и обычно растут с увеличением тока) Если α1 + α2 = 1, то знаменатель дроби обращается в нуль и происходит прямой пробой (или включение тиристора). Следует отметить, что если полярность напряжения между анодом и катодом сменить на обратную, то переходы J1 и J3 будут смещены в обратном направлении, а J2 — в прямом. При таких условиях пробой не происходит, так как в качестве эмиттера работает только центральный переход и регенеративный процесс становится невозможным.

Ширина обеднённых слоёв и энергетические зонные диаграммы в равновесии, в режимах прямого запирания и прямой проводимости показаны на рис. 5. В равновесии обеднённая область каждого перехода и контактный потенциал определяются профилем распределения примесей. Когда к аноду приложено положительное напряжение, переход J2 стремится сместиться в обратном направлении, а переходы J1 и J3 — в прямом. Падение напряжения между анодом и катодом равно алгебраической сумме падений напряжения на переходах: V_AK = V₁ + V₂ + V₃. По мере повышения напряжения возрастает ток через прибор и, следовательно, увеличиваются α1 и α2. Благодаря регенеративному характеру этих процессов прибор в конце концов перейдёт в открытое состояние. После включения тиристора протекающий через него ток должен быть ограничен внешним сопротивлением нагрузки, в противном случае при достаточно высоком напряжении тиристор выйдет из строя. Во включенном состоянии переход J2 смещён в прямом направлении (рис. 5, в), и падение напряжения _VAK = (_V1 — |V₂| + _V3) приблизительно равно сумме напряжения на одном прямосмещенном переходе и напряжения на насыщенном, транзисторе.

Режим прямой проводимости

Когда тиристор находится во включенном состоянии, все три перехода смещены в прямом направлении. Дырки инжектируются из области p1, а электроны — из области n2, и структура n1-p2-n2 ведёт себя аналогично насыщенному транзистору с удалённым диодным контактом к области n1. Следовательно, прибор в целом аналогичен p-i-n (p⁺-i-n⁺)-диоду…

Отличие динистора от тринистора

Принципиальных различий между динистором и тринистором нет, однако если включение динистора происходит при повышении напряжения между анодом и катодом, то в тринисторе для этого используют подачу импульса тока определённой длительности и величины на управляющий электрод при положительной разности потенциалов между анодом и катодом. Тринисторы являются наиболее распространёнными приборами из «тиристорного» семейства.

Выключение тиристоров производят либо снижением тока через тиристор до значения I_h, либо изменением полярности напряжения между катодом и анодом. В настоящее время разработан целый класс запираемых тиристоров, которые переходят в закрытое состояние после подачи на управляющий электрод напряжения отрицательной полярности.

Характеристики тиристоров

Современные тиристоры изготовляют на токи от 1 мА до 10 кА напряжения от нескольких В до нескольких кВ; скорость нарастания в них прямого тока достигает 10⁹ А/сек, напряжения — 10⁹ В/сек, время включения составляет величины от нескольких десятых долей до нескольких десятков мкс, время выключения — от нескольких единиц до нескольких сотен мкс; кпд достигает 99 %.

Применение

• Электронные ключи
• Управляемые выпрямители
• Преобразователи (инверторы)
• Регуляторы мощности (триммеры)

Ссылки

• Управление тиристорами и симисторами через микроконтроллер или цифровую схему

См. также

• Диод
• Резистор
• Транзистор
• Термистор
• Симистор
• Ключ (электротехника)

типов тиристоров | bartleby

Что такое тиристоры? Знакомство с тиристорамиФункции терминала воротТипы тиристоровКонтекст и практические задачиРодственные понятия

Что такое тиристоры?

С четырьмя слоями чередующихся P- и N-материалов тиристор представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор. Он действует как тип бистабильного переключателя и проводит, когда затвор получает триггер тока, и продолжает проводить до тех пор, пока напряжение не будет смещено в обратном направлении на устройстве или каким-либо образом, пока напряжение не будет снято. Некоторые источники считают выпрямитель с кремниевым управлением синонимом тиристоров. Другие источники определяют тиристоры как более сложные, поскольку они содержат как минимум четыре слоя чередующейся подложки N-типа и P-типа. Они находят широкое применение в управлении источниками электропитания, управлении скоростью электродвигателя и регулировке диммеров света, поскольку тиристоры могут управлять большим количеством источников питания и напряжения с помощью небольшого устройства. Схематическое обозначение тиристора приведено ниже.

CC BY-SA 3.0 | Изображение предоставлено: https://commons.wikimedia.org | Riflemann~commonswiki

Знакомство с тиристорами

Это тип трехвыводного четырехслойного полупроводникового устройства, каждый слой которого состоит из материалов N- и P-типа. Например, П-Н-П-Н. Основными клеммами являются клеммы анод-катод, которые проходят через все четыре слоя. Клемма затвора — это клемма управления, прикрепленная к материалу р-типа рядом с катодом. Тиристоры имеют три режима работы:

1. Обратный режим блокировки : Напряжение подается в таком направлении, которое будет заблокировано диодом.
2. Прямой режим блокировки : Напряжение подается в таком направлении, которое помогает диоду проводить, но тиристор не включается для проведения.
3. Режим прямой проводимости : В этом режиме тиристор включается в проводимость и продолжает проводить ток до тех пор, пока прямой ток не упадет до значения, называемого пороговым значением, которое известно как «ток удержания».

Функции терминала ворот

CC BY-SA 3.0 | Изображение предоставлено: https://commons.wikimedia.org | Riflemann~commonswiki

В тиристоре J1, J2 и J3 есть три PN-перехода от анода. Переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а переход J2 смещен в обратном направлении, когда анодный вывод находится под положительным потенциалом, а именно VAK, по отношению к катоду, и на вывод, управляемый затвором, не подается напряжение. Теперь проводимости нет, так как соединение J2 смещено в обратном направлении (закрыто). Происходит лавинный пробой перехода J2 и тиристор начинает проводить, когда напряжение VAK превышает пороговое значение напряжения отключения VBO. Пробой перехода J2 происходит, когда на клемму затвора подается положительный потенциал VG по отношению к клемме катода. Тиристор можно быстро включить, выбрав соответствующее значение VG. Независимо от значения напряжения на клеммах затвора тиристор продолжает проводить ток после лавинного пробоя до тех пор, пока ток, протекающий через устройство, не станет меньше значения тока удержания или потенциал VAK не будет снят. Напряжение затвора VGT и ток затвора IGT характеризуют импульсы затвора. Ток затвора изменяется обратно пропорционально ширине импульса затвора.

Типы тиристоров

• AGT (тиристор с анодным затвором): тип тиристора с затвором на n-слое рядом с анодом
• ASCR или асимметричный кремниевый управляемый выпрямитель двунаправленный тип коммутационного устройства, который имеет две тиристорные структуры с отдельными контактами затвора.
• БПК (размыкающий диод): срабатывает от лавинного тока, имеет беззатворный тиристор.
• DIAC: Это тип двунаправленного триггерного устройства.
• Динистор: Это тип однонаправленного коммутационного устройства.
• Диод Шокли: Это тип однонаправленного триггера и переключающего устройства.
• SIDAC: это тип двунаправленного коммутационного устройства.
• ETO: Это эмиттерный запирающий тиристор.
• GTO: Тиристор с запирающим затвором.
• IGCT: это встроенный тиристор с коммутацией затвора.
• LASCR: активируемый светом SCR.
• MCT: это тиристор с управлением полевым МОП-транзистором. Для управления включенным и выключенным состоянием он имеет две дополнительные структуры FET.
• RCT: Это тиристоры обратной проводимости.
• SCR: выпрямитель с кремниевым управлением — это тип выпрямителя с фазовым управлением.
• TRIAC (Триод для переменного тока): Это тип двунаправленного коммутационного устройства, которое содержит две тиристорные структуры с общим контактом затвора.
• QUADRAC: Это особый тип тиристора, который состоит из комбинации DIAC и TRIAC.

Тиристоры с обратной проводимостью

Тиристор с обратной проводимостью не обеспечивает обратного запирания, поскольку он имеет встроенный обратный диод. Везде, где используются обратные или обратные диоды, эти устройства выгодны в использовании. Поскольку SCR и диод никогда не проводят ток одновременно, они не выделяют тепла и могут легко охлаждаться и интегрироваться. В преобразователях частоты и инверторах часто используются тиристоры обратной проводимости.

Фототиристоры

Эти типы тиристоров активируются только светом. Их нечувствительность к электрическим сигналам является преимуществом фототиристоров, которые могут вызывать сбои в работе в среде с электрическими помехами. Активируемый светом тиристор имеет оптически чувствительную область на выводе затвора, в которую электромагнитное излучение поступает с помощью волокна, называемого оптическим волокном. Тиристоры, запускаемые светом, выгодны в приложениях с высоким напряжением, таких как HVDC (высокое напряжение постоянного тока), потому что не требуются электронные платы для обеспечения потенциала тиристоров для его запуска. Два распространенных типа фототиристоров включают активируемый светом SCR и активируемый светом TRIAC. При воздействии света LASCR действует как переключатель и включается. LASCR включен, даже если свет отключен, но питание не отключено, а полярность анода и катода еще не поменялись местами.

Контекст и приложения

Эта тема имеет важное значение на профессиональном экзамене для бакалавров, выпускников и аспирантов.

• Бакалавр электротехники
• Бакалавр электроники и телекоммуникаций
• Магистр электротехники
• Магистр электроники и телекоммуникаций

Практические задачи

1. Сколько слоев содержит тиристор?

1. 2 слоя
2. 3 слоя
3. 4 слоя
4. 5 слоев

Ответ: Вариант c

Объяснение: Твердотельный полупроводник с четырьмя слоями чередующихся P- и N-состояний тиристора представляет собой устройство.

2. Сколько выводов у тиристора?

1. Двухконтактный
2. Трехконтактный
3. Четырехконтактный
4. Пятиконтактный

Ответ: Вариант b

Объяснение: Тиристор представляет собой трехполюсное четырехслойное полупроводниковое устройство, каждый слой которого состоит из материалов N- и P-типа. Например, П-Н-П-Н.

3. Какой вывод является управляющим выводом тиристора?

1. Терминал ворот
2. Терминал истока
3. Терминал слива
4. Нет

Ответ: Вариант a

4. Какой из следующих слоев транзисторов можно назвать тиристором?

1. PNPN Transistor
2. NPN Transistor
3. PNP Transistor
4. FET-CTH

ОТВЕТ: Вариант A

ARTINATIO Транзистор слоя PNPN.

5. Тиристор типа QUADRAC является комбинацией двух тиристоров какого типа?

1. SCR и TRIAC 9

Ответ: Опция b .

• Реактор с тиристорным управлением
• Биполярный транзистор с изолированным затвором
• Защелка
• Тиристорный привод

У нас есть пошаговые решения для миллионов задач из учебников, готовые эксперты в любой области 24/ 7, когда вы в тупике, и многое другое.

Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по электротехнике здесь!

*Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

Изучайте умный доступ к миллионам пошаговых учебников, нашей библиотеке вопросов и ответов и математическому решателю на основе искусственного интеллекта. Кроме того, вы ежемесячно получаете 30 вопросов, которые нужно задать эксперту.

МашиностроениеЭлектротехника

Силовая электроника

Силовые полупроводниковые приборы

Тип тиристоров

способы, схемы и подключение к микроконтроллеру

Тиристоры широко используются в полупроводниковых приборах и преобразователях. Различные источники питания, преобразователи частоты, регуляторы, устройства возбуждения синхронных двигателей и многие другие устройства были построены на тиристорах, а в последнее время их вытесняют транзисторные преобразователи. Основной задачей тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — это значит, что тиристор можно только включить, он выключается только при прерывании тока в цепи или при подаче на него обратного напряжения.

Он, как и диод, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужны два тиристора, каждый по одному, хотя и не всегда. Тиристор состоит из 4 участков полупроводника (p-n-p-n).

Другое подобное устройство называется симистор — двунаправленный тиристор. Основное его отличие в том, что он может проводить ток в обоих направлениях. Фактически он представляет собой два тиристора, включенных параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики

Как и любой другой электронный компонент, тиристоры имеют ряд характеристик:

• Падение напряжения при максимальном анодном токе (ТН или УОС).

• Прямое замкнутое напряжение (VD (RM) или Ucc).

• Обратное напряжение (VR (PM) или Uрев).

• Прямой ток (IT или Ipr) — максимальный ток в открытом состоянии.

• Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в разомкнутом состоянии.

• Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.

• Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или ISc).

• Постоянное управляющее напряжение триггера (VGT или UU).

• Ток управления (IGT).

• Электрод контроля максимального тока IGM.

• Максимально допустимая мощность рассеяния на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип действия

Когда на тиристор подается напряжение, он не проводит ток. Включить его можно двумя способами — подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа не будет отличаться от динистора.

Другой способ — подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора находится в пределах 70-160 мА, хотя на практике это значение, как и напряжение, которое необходимо подать на тиристор, зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий в которых он работает, например, температура окружающей среды.

Кроме тока управления есть такой параметр, как ток удержания — это минимальный анодный ток, чтобы удерживать тиристор в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключить, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает постоянный ток и приложено напряжение. То есть в переменной цепи тиристор будет открыт в течение той полуволны, напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, ток уменьшится. Когда ток в цепи упадет ниже тока удержания тиристора, он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, как видно на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично, хотя и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока необходимо два импульса управляющего напряжения — на каждую полуволну синусоиды соответственно.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это ясно показано на следующих сигналах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или с выходов микроконтроллера. Но это легко решается установкой драйвера симистора, о котором мы поговорим позже.

Общие тиристорные или симисторные цепи управления

Наиболее распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того, как на конденсаторе будет достаточно заряда для его открытия. Момент открытия регулируется с помощью потенциометра или переменного резистора. Чем больше его сопротивление, тем медленнее заряжается конденсатор. Резистор R2 ограничивает ток через управляющий электрод.

Данная схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полный контроль мощности от почти 0% до почти 100%. Этого удалось добиться установкой регулятора в диодный мост, таким образом, регулируется одна из полуволн.

Ниже показана упрощенная схема, здесь регулируется только половина периода, вторая полуволна проходит без изменений через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный контроллер без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу работы почти аналогичен предыдущим, но обе полуволны уже регулируются с помощью симистора. Отличия в том, что здесь управляющий импульс подается с помощью двунаправленного динистора DB3, после заряда конденсатора до нужного напряжения, обычно 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Эта схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Интересно:

Такие схемы управления напряжением называются SIFU — система управления фазой импульсов.

На рисунке выше показан вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Драйвер симистора состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор, то на управляющий электрод всегда подается напряжение необходимой полярности, но тут есть свои нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора необходимо в определенный момент времени подать управляющий сигнал, чтобы срез фазы произошел до нужной величины. Если хаотично снимать управляющие импульсы, то схема конечно сработает, но регулировки работать не будут, поэтому нужно определить, когда полуволна проходит через ноль.

Так как для нас полярность полуволны в данный момент не имеет значения, достаточно просто отследить момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называется детектором нуля или нулевым детектором, а в англоязычных источниках он именуется «zero crossдетектором цепи» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптроне выглядит следующим образом:

Существует множество оптических драйверов для управления симисторами, типичными являются линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X производства Motorola и другие.