Site Loader

Содержание

Тиристоры для чайников / Хабр

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

Тиристоры. Что такое тиристор, типы тиристоров, их описание и применение. | Электроника, Arduino и IT

Приветствую Вас дорогие читатели, с вами на связи Электроника, Arduino и IT, и на этот раз я расскажу вам о тиристорах.

Хочу сразу принести извинения за долгую задержку между выпуском статей, просто у меня очень много работы и времени совсем нет.

Но не будем отрываться от темы, давайте приступим.

Что такое тиристор

Тиристор — полупроводниковое устройство с числом выводом от двух до четырёх, функционирующее исключительно как переключатель. Тиристоры не используют для усиления сигналов в отличии от транзисторов (о которых я напишу чуть позже).

Тиристор с тремя выводами имеет вывод управления, подав на который небольшой ток и напряжение можно управлять гораздо большим током, который протекает между двумя другими выводами.

Тиристор с двумя выводами лишён управляющего вывода, он включается только тогда, когда напряжение на его выводах достигает определённого значения, которое называется напряжением пробоя.

Пример тиристора

Пример тиристора

Почему в качестве переключателя просто не взять транзистор?

Да, это возможно. Транзисторы действительно часто используют в качестве переключателей. Зачем же тогда нужны тиристоры? Тиристоры менее требовательны к управляющему току и напряжению, а также у них нет промежуточного состояния как у транзистора, то есть если ток и напряжение управления транзистором не совсем точные, он может находиться в состоянии между включен и выключен, что для переключателя нежелательно.

Где применяются тиристоры?

Тиристоры применяются в схемах управления фазами, определения уровня сигнала, генераторах колебаний, управления яркостью освещения и скоростью электродвигателя, применяются в качестве замены реле и в некоторых других устройствах.

Кремниевые управляемые выпрямители (КУВ)

КУВ — устройство, представляющее собой управляемый электричеством переключатель. КУВ включается когда его управляющий электрод(УЭ) подаётся положительное напряжение и ток включения. Когда КУВ включён, между катодом(К) и анодом(А) создаётся проводящий канал, ток протекает только в одном направлении — от анода(А) к катоду(К).

Его уникальное свойство — даже после снятия тока с управляющего электрода(УЭ) он остаётся во включённом состоянии. Единственный способ его выключить — снять с него ток анод-катод или сменить его направление.

Бывают малой (обычно максимальный рабочий так таких КУВ не превышает 1А/100В), средней (10А/100В) и высокой мощности (несколько тысяч ампер при напряжении несколько тысяч вольт).

КУВ используются в схемах управления фазами, инверторах, схемах коммутирования сигналов, ограничения уровня сигнала, в схемах управления реле и т.д.

Обозначение КУВ на схеме

Обозначение КУВ на схеме

Тетроидный тиристор

Это устройство похоже на КУВ, его отличие — наличие дополнительного четвёртого вывода. Тетроидный тиристор (далее ТТ) имеет меньшее время срабатывания чем КУВ, но более низкие номинальную мощность, напряжение и ток. В отличии от КУВ ТТ можно выключить, подав на его четвёртый вывод (который называется анодный управляющий электрод, сокращённо УЭ2) положительное напряжение и входящий ток. Его можно включить, подав на этот же вывод отрицательное напряжение и исходящий ток.

ТТ применяются в схемах управления лампами, датчиках напряжения, логических схемах, схемах переключения питания и т.д.

Обозначение тетроидного тиристора на схеме

Обозначение тетроидного тиристора на схеме

Симметричный триодный тиристор, или симистор, или триак

Симистор похож на КУВ, но может проводить ток в обоих направлениях, поэтому может применяться в цепях переменного тока. Имеет три вывода — управляющий электрод(УЭ), а также основные (силовые) выводы OB1 и OB2. В отличии от КУВ тиристор включён только тогда(то есть ток протекает от OB1 к OB2 и наоборот), когда на его управляющем электроде есть напряжение определённого уровня. При его отсутствии тиристор выключен.

Бывают малой (обычно максимальный рабочий ток не превышает 1А / несколько сотен вольт) и средней (40А / несколько тысяч вольт) мощности.

Тиристоры применяются в схемах регулировки фазы, управления скоростью электродвигателя или яркости лампы и в других схемах, где необходимо переключать мощные переменные токи. Благодаря их сходству с механическим реле их часто используют вместо них.

Симисторы BTA16

Симисторы BTA16

Обозначение симистора на схеме

Обозначение симистора на схеме

Диодные тиристоры (динисторы) и симметричные динисторы

Представляют собой тиристоры с двумя выводами, которые лишены управляющего вывода, поэтому способны коммутировать ток без него. Включается, когда разность потенциалов между его выводами достигает определённого значения, которое как говорилось ранее называется напряжением пробоя. В динисторах ток протекает только от анода к катоду. Симметричные динисторы могут пропускать ток в обоих направлениях, поэтому могут переключать переменный ток.

Чаще всего используются как вспомогательные устройства для КУВ и симисторов, обеспечивая их правильное включение.

Динистор DB3

Динистор DB3

Обозначение динистора на схеме

Обозначение динистора на схеме

Обозначение симметричного динистора на схеме

Обозначение симметричного динистора на схеме

На этот раз всё, всем спасибо за внимание! Не забудьте оценить статью, для вас это не сложно, а для меня очень нужно.

Тиристор — принцип работы, виды и характеристики

Тиристор это полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в качестве ключа. Он имеет три электрода и структуру p-n-p-n из четырёх слоёв полупроводника. Электроды именуются как анод, катод и управляющий электрод. Структура p-n-p-n функционально аналогична нелинейному резистору, который способен принимать два состояния:

  • с очень большим сопротивлением, выключенное;
  • с очень малым сопротивлением, включенное.

Виды

На включенном тиристоре сохраняется напряжение около одного или нескольких Вольт, которое незначительно увеличивается с возрастанием силы тока, протекающего через него. В зависимости от вида тока и напряжения, приложенного к электрической цепи с тиристором, в ней используется одна из трёх современных разновидностей этих полупроводниковых приборов. На постоянном токе работают:

  • включаемые тринисторы;
  • три разновидности запираемых тиристоров, именуемых как

На переменном и постоянном токе работают симисторы. Все эти тиристоры содержат управляющий электрод и два других электрода, через которые тёчёт ток нагрузки. Для тринисторов и запираемых тиристоров это анод и катод, для симисторов наименование этих электродов обусловлено правильностью определения свойств управляющего сигнала, подаваемого на управляющий электрод.

Наличие в тиристоре структуры p-n-p-n позволяет разделить её условно на две области, каждая из которых является биполярным транзистором соответствующей проводимости. Таким образом, эти взаимосвязанные транзисторы являются эквивалентом тиристора, что имеет вид схемы на изображении слева. Первыми на рынке появились тринисторы.

Свойства и характеристики

По сути это аналог самоблокирующегося реле с одним нормально разомкнутым контактом, роль которого выполняет полупроводниковая структура, расположенная между анодом и катодом. Отличие от реле состоит в том, что для этого полупроводникового прибора может быть применено несколько способов включения и выключения. Все эти способы объясняются транзисторным эквивалентом тринистора.

Два эквивалентных транзистора охвачены положительной обратной связью. Она многократно усиливает любые изменения тока в их полупроводниковых переходах. Поэтому существует несколько видов воздействия на электроды тринистора для его включения и выключения. Первые два способа позволяют выполнить включение по аноду.

  • Если напряжение на аноде увеличивать, при его определённом значении начнут сказываться эффекты начинающегося пробоя полупроводниковых структур транзисторов. Появившийся начальный ток лавинообразно усилится положительной обратной связью и оба транзистора включатся.
  • При достаточно быстром увеличении напряжения на аноде происходит заряд межэлектродных ёмкостей, которые присутствуют в любых электронных компонентах. При этом в электродах появляются зарядные токи этих ёмкостей, которые подхватывает положительная обратная связь и всё заканчивается включением тринистора.

Если перечисленные выше изменения напряжения отсутствуют, включение обычно происходит током базы эквивалентного n-p-n транзистора. Выключить тринистор можно одним из двух способов, которые также становятся понятны из-за взаимодействия эквивалентных транзисторов. Положительная обратная связь в них действует, начиная с некоторых величин токов, протекающих в структуре p-n-p-n. Если величину тока сделать меньше этих величин, положительная обратная связь сработает на быстрое исчезновение токов.

Другой способ выключения использует прерывание положительной обратной связи импульсом напряжения, который меняет полярность на аноде и катоде. При таком воздействии направления токов между электродами изменяется на противоположные и тринистор выключается.

Поскольку для полупроводниковых материалов характерно явление фотоэффекта, существуют фото- и оптотиристоры, у которых включение может быть обусловлено освещением либо приёмного окошка, либо светодиодом в корпусе этого полупроводникового прибора.

Существуют ещё и так называемые динисторы (неуправляемые тиристоры). В этих полупроводниковых приборах нет управляющего электрода конструктивно. По своей сути это тринистор с одним отсутствующим выводом. Поэтому их состояние зависит только от напряжения анода и катода и они не могут включиться управляющим сигналом. В остальном процессы в них аналогичны обычным тринисторам. То же относится и к симисторам, которые по сути являются двумя тринисторами соединёнными параллельно. Поэтому они применяются для управления переменным током без дополнительных диодов.

Запираемые тиристоры

Если определённым образом изготовить области структуры p-n-p-n вблизи баз эквивалентных транзисторов можно достичь полной управляемости тиристором со стороны управляющего электрода. Такая конструкция структуры p-n-p-n показана на изображении слева. Включать и выключать такой тиристор можно соответствующими сигналами в любой момент времени подавая их на управляющий электрод. Остальные способы включения, применяемые к тринисторам, для запираемых тиристоров так же годятся.

Однако эти способы не применяются к таким полупроводниковым приборам. Они наоборот исключаются теми или иными схемотехническими решениями. Целью является получение надёжного включения и выключения только по управляющему электроду. Это необходимо для использования таких тиристоров в мощных инверторах повышенной частоты. GTO работают на частотах до 300 Герц, а IGCT способны на существенно более высокие частоты, достигающие 2 кГц. Номинальные значения токов могут быть несколько тысяч ампер, а напряжение – несколько киловольт.

Сравнение различных тиристоров приведено в таблице ниже.

Разновидность тиристора Преимущества Недостатки Где используется
Тринистор Минимальное напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках. Наиболее надёжен из всех. Хорошая масштабируемость схем путём совместной работы нескольких тринисторв соединяемых либо параллельно, либо последовательно Отсутствует возможность произвольного управляемого отключения только управляющим электродом. Наиболее низкие рабочие частоты. Электроприводы, источники электропитания питания большой мощности; сварочные инверторы; управление мощными нагревателями; статические компенсаторы; коммутаторы в цепях с переменным током
GTO Возможность произвольного управляемого выключения. Относительно высокая способность к перегрузкам по току. Способность надёжно работать при последовательном соединении. Рабочая частота до 300 Гц, напряжение до 4000 В. Значительно напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках и соответствующие им потери, в том числе и в системах управления. Сложная схемотехника построения системы в целом. Большие динамические потер. Электроприводы; статические компенсаторы реактивной мощности; источники электропитания питания большой мощности, индукционные нагреватели
IGCT Возможность произвольного управляемого выключения. Относительно высокая способность к перегрузкам по току. Относительно малое напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках. Рабочая частота — до 2000 Гц. Простое управление. Способность надёжно работать при последовательном соединении. Наиболее дорогие из всех тиристоров Электроприводы; статические компенсаторы реактивной мощности; источники электропитания питания большой мощности, индукционные нагреватели

 

Тиристоры изготавливаются для широкого диапазона токов и напряжений. Конструкция их определяется размерами структуры p-n-p-n и необходимостью получения надёжного отвода тепла от неё. Современные тиристоры, а также их обозначения на электрических схемах показаны на изображениях ниже:

   

В наши дни тиристор является главным полупроводниковым прибором силовой электроники. Он обеспечивает наиболее эффективное преобразование электрической энергии.

Составной тиристор. Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника. Зона высокой проводимости

Перед тем как разбираться с темой «тиристор – принцип работы», необходимо понять, что собой представляет этот небольшой прибор. По сути, это силовой ключ, только он всегда находится в открытом состоянии. Поэтому его часто называют не полностью управляемый ключ.

Необходимо отметить, что по своему устройству тиристор напоминает обыкновенный транзистор или диод. Правда, есть и существенные отличия. К примеру, диод – это полупроводниковый двухслойный элемент на кремневой основе (PN), транзистор – трехслойный (PNP или NPN), тиристор – четырехслойный (PNPN). То есть, у него три перехода p-n. Именно поэтому диодные выпрямители перед тиристорными являются менее эффективными. Это хорошо видно на схеме управления тиристорами.

Где применяются тиристоры

Область применения тиристоров обширна. К примеру, из них можно собрать инвертор для сварки или зарядное автомобильное устройство. Некоторые умельцы своими руками собирают даже генераторы. Самое важное, что тиристоры могут через себя пропускать токи и высокочастотные, и низкочастотные. Поэтому, собрав мост из этих приборов, можно изготовить трансформатор и для сварочного аппарата.


Конструкция и принцип действия

Состоит тиристорный ключ из трех частей:

  • Анод.
  • Катод.
  • Вход.

Последний состоит из трех переходов p-n. При этом переключение переходов производится с очень большой скоростью. Вообще, принцип работы тиристора можно объяснить лучше, если рассмотреть схему связки двух транзисторов, связанных параллельно, как выключатели комплементарно регенеративного действия.


Итак, самая простейшая схема двух транзисторов, совмещенных так, чтобы при пуске ток коллектора поступал на NPN второго прибора через каналы NPN первого. А в это же время ток проходит обратный путь через первый транзистор на второй. По сути, получается достаточно простая связка, где база-эмиттер одного из транзисторов, в нашем случае второго, получает ток от коллектора-эмиттера другого прибора, то есть, первого.

Цепь постоянного тока

В цепи постоянного тока тиристор работает по принципу подачи импульса положительной полярности, конечно, относительно катода. На длительность перехода из одного состояния в другое оказывает большое воздействие ряд характеристик. А именно:

  • Вид нагрузки (индуктивный, активный и прочее).
  • Скорость нарастания импульса и его амплитуда, имеется в виду ток нагрузки.
  • Величина самой токовой нагрузки.
  • Напряжение в цепи.
  • Температура самого прибора.

Здесь самое важное, чтобы в сети, где установлен данный прибор, не произошло резкое возрастание напряжения. В этом случае может произойти самопроизвольное включение тиристора, а сигнал управления будет в это время отсутствовать.

Цепь переменного тока

В этой сети тиристорный ключ работает немного по-другому. Этот прибор дает возможность проводить несколько видов операций. К примеру:

  • Включение и отключение цепи, в которое действует активная или активно-реактивная нагрузки.
  • Можно изменять значение действующей нагрузки и ее средней величины за счет возможности изменять (регулировать) подачу самого сигнала управления.

Но имейте в виду, что тиристорный ключ может пропускать сигнал только в одном направлении. Поэтому сами тиристоры устанавливаются в цепь, так сказать, во встречно-параллельном включении.

Управление тиристорами

В силовых электронных аппаратах чаще всего используется или фазное, или широтно-импульсное управление тиристором.

В первом случае регулировать токовую нагрузку можно за счет изменения углов или α, или θ. Это относится к принудительной нагрузке. Искусственную нагрузку можно регулировать только с помощью управляемого тиристора, который также называется запираемый.

При ШИМ (широтно-импульсной модуляции) во время Тоткр сигнал подается, а, значит, сам прибор находится в открытом состоянии, то есть, ток подается с напряжением Uн. В период времени Тзакр сигнал отсутствует, а сам прибор находится непроводящем состоянии.

Тиристорные светодиоды

Обычно тиристор и светодиод в одном светильнике не устанавливаются. Его место заменяет диод, который работает и на включение, и на отключение, как обычный ключ. Это связано с разными причинами, где основная – это конструкция и принцип действия самого прибора, который всегда находится в открытом состоянии. В настоящее время ученые изобрели так называемый тиристорный светодиод.


Во-первых, тиристорный светодиод в своем составе кроме кремния имеет: галлий, алюминий, индий, мышьяк и сурьму. Во-вторых, спектр излучения при n-переходах между материалами создает волну длиною 1,95 мкм. А это достаточно большая оптическая мощность, если ее сравнивать с диодным элементом, который производит световые волны в том же диапазоне.

Для того чтобы ясно представить себе работу необходимо дать понятие о сущности работы тиристора.

Управляемый проводник, состоящий из четырех полупроводниковых переходов P-N-P-N. Его принцип работы аналогичен работе диода и осуществляется при поступлении на управляющий электрод электротока.

Прохождение через тиристор тока возможно только в том случае, если потенциал анода будет выше, чем потенциал катода. Ток через тиристор прекращает проходить тогда, когда величина тока снизится до порога закрытия. Ток, который поступает на управляющий электрод не оказывает воздействие на величину тока в основной части тиристора и, кроме того ему не нужна постоянная поддержка при основном состоянии тиристора, он необходим исключительно для открытия тиристора.

Существует несколько решающих характеристик тиристора

В открытом состоянии, благоприятном для токопроводящей функции тиристор характеризуют следующие показатели:

  • Падение напряжения, оно определяется как пороговое напряжение с помощью внутреннего сопротивления.
  • Максимально допустимое значение тока до 5000 А, среднеквадратичная величина, свойственная для самых мощных компонентов.

В запертом состоянии тиристора – это:

  • Прямое максимально допустимое напряжение (выше, чем 5000А).
  • В общем случае прямое и обратное значение напряжения одинаковы.
  • Время запирания или время с минимальным значением, в течение которого на тиристор не осуществляется влияние положительного значения напряжения анода относительно катода, иначе произойдет самопроизвольное отпирание тиристора.
  • Ток управления, свойственный для открытой основной части тиристора.

Существуют тиристоры, предназначенные для работы в схемах, рассчитанных на небольшое значение частоты и для схем с высокой частотой. Это так называемые быстродействующие тиристоры, их область применения рассчитана на несколько килогерц. Для быстродействующих тиристоров характерно использование неодинакового прямого и обратного напряжения.

Для увеличения постоянного значения напряжения

Рис. №1. Габаритно-присоединительные размеры и чертеж тиристора. m 1, m 2 –контрольные точки, в которых происходит замер импульсного напряжения во время открытого состояния. L 1 min –наименьший воздушный промежуток (расстояние) по воздуху между выводами анода и управляющего электрода; L 2 min – минимальное расстояние длина прохождения тока утечки между выводами.

Разновидности тиристоров

  • – тиристор диодный, имеет два вывода анод и катод.
  • Тринистор – триодный тиристор оснащен добавочным управляющим электродом.
  • Симистор – симметричный тиристор, он является встречно-последовательным соединением тиристоров, обладает возможностью пропускать ток в прямом и обратном направлениях.

Рис. №2. Структура (а) и вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора.

Тиристоры предназначены для работы в схемах с различными границами частот, в обычном применении тиристоры могут соединяться с диодами, который подключается встречно-включенным способом, это свойство используется для того чтобы увеличить постоянное напряжение, величину которого компонент способен выдержать в выключенном состоянии. Для усовершенствованных схем используется тиристор GTO (Gate Turn Oee – запираемый тиристор) , он полностью управляем. Его запирание происходит по управляющему электроду. Использование тиристоров подобного рода нашло применение в очень мощных преобразователях, так как он может пропускать высокие токи.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Тиристоры — это разновидность полупроводниковых приборов. Они предназначены для регулирования и коммутации больших токов. Тиристор позволяет коммутировать электрическую цепь при подаче на него управляющего сигнала. Это делает его похожим на транзистор.

Как правило, тиристор имеет три вывода, один из которых управляющий, а два других образуют путь для протекания тока. Как мы знаем, транзистор открывается пропорционально величине управляющего тока. Чем он больше, тем больше открывается транзистор, и наоборот. А у тиристора все устроено иначе. Он открывается полностью, скачкообразно. И что самое интересное, не закрывается даже при отсутствии управляющего сигнала.

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

К аноду тиристора подключается лампочка или светодиод, а к ней подсоединяется плюсовой вывод источника питания через выключатель К2. Катод тиристора подключен к минусу питания. После включения цепи на тиристор подается напряжение, однако светодиод не горит.

Если нажать на кнопку К1, ток через резистор поступит на управляющий электрод, и светодиод начал светиться. Часто на схемах его обозначают буквой «G», что обозначает gate, или по-русски затвор (управляющий вывод).

Резистор ограничивает ток управляющего вывода. Минимальный ток срабатывания данного рассматриваемого тиристора составляет 1 мА, а максимально допустимый ток 15 мА. С учетом этого в нашей схеме подобран резистор сопротивлением 1 кОм.

Если снова нажать на кнопку К1, то это не повлияет на тиристор, и ничего не произойдет. Чтобы перевести тиристор в закрытое состояние, нужно отключить питание выключателем К2. Если же снова подать питание, то тиристор вернется в исходное состояние.

Этот полупроводниковый прибор, по сути, представляет собой электронный ключ с фиксацией. Переход в закрытое состояние происходит и тогда, когда напряжение питания на аноде уменьшается до определенного минимума, примерно 0,7 вольта.

Особенности устройства

Фиксация включенного состояния происходит благодаря особенности внутреннего устройства тиристора. Примерная схема выглядит таким образом:

Обычно он представляется в виде двух транзисторов разной структуры, связанных между собой. Опытным путем можно проверить, как работают транзисторы, подключенные по такой схеме. Однако, имеются отличия в вольтамперной характеристике. И еще нужно учитывать, что приборы изначально спроектированы так, чтобы выдерживать большие токи и напряжения. На корпусе большинства таких приборов имеется металлический отвод, на который можно закрепить радиатор для рассеивания тепловой энергии.

Тиристоры выполняются в различных корпусах. Маломощные приборы не имеют теплового отвода. Распространенные отечественные тиристоры выглядят следующим образом. Они имеют массивный металлический корпус и выдерживают большие токи.

Основные параметры тиристоров
  • Максимально допустимый прямой ток . Это максимальное значение тока открытого тиристора. У мощных приборов оно достигает сотен ампер.
  • Максимально допустимый обратный ток .
  • Прямое напряжение . Это падение напряжения при максимальном токе.
  • Обратное напряжение . Это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии, при котором тиристор может работать без нарушения его работоспособности.
  • Напряжение включения . Это минимальное напряжение, приложенное к аноду. Здесь имеется ввиду минимальное напряжение, при котором вообще возможна работа тиристора.
  • Минимальный ток управляющего электрода . Он необходим для включения тиристора.
  • Максимально допустимый ток управления .
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность .
Динамический параметр

Время перехода тиристора из закрытого состояния в открытое при поступлении сигнала.

Виды тиристоров

Различают несколько разновидностей тиристоров. Рассмотрим их классификацию.

По способу управления разделяют на:

  • Диодные тиристоры, или по-другому динисторы. Они открываются импульсом высокого напряжения, которое подается на катод и анод.
  • Триодные тиристоры, или тринисторы. Они открываются током управления электродом.

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

  • Управление катодом – напряжение, образующее ток управления, поступает на электрод управления и катод.
  • Управление анодом – управляющее напряжение подходит на электрод и анод.

Запирание тиристора производится:

  • Уменьшением анодного тока – катод меньше тока удержания.
  • Подачей напряжения запирания на электрод управления.

По обратной проводимости тиристоры делятся:

  • Обратно-проводящие – имеют малое обратное напряжение.
  • Обратно-непроводящие – обратное напряжение равно наибольшему прямому напряжению в закрытом виде.
  • С ненормируемым обратным значением напряжения – изготовители не определяют значение этой величины. Такие приборы применяются в местах, где обратное напряжение исключено.
  • Симистор – пропускает токи в двух направлениях.

Используя симисторы, нужно знать, что они действуют условно симметрично. Основная часть симисторов открывается, когда на электрод управления поступает положительное напряжение по сравнению с катодом, а на аноде может быть любая полярность. Но если на анод приходит отрицательное напряжение, а на электрод управления положительное, то симисторы не открываются, и могут выйти из строя.

По быстродействию разделяют по времени отпирания (включения) и времени запирания (отключения).

Разделение тиристоров по мощности

При действии тиристора в режиме ключа наибольшая мощность коммутируемой нагрузки определяется напряжением на тиристоре в открытом виде при наибольшем токе и наибольшей рассеиваемой мощности.

Действующая величина тока на нагрузку не должна быть выше наибольшей рассеиваемой мощности, разделенной на напряжение в открытом виде.

Простая сигнализация на основе тиристора

На основе тиристора можно сделать простую сигнализацию, которая будет реагировать на свет, издавая звук с помощью пьезоизлучателя. На управляющий вывод тиристора подается ток через фоторезистор и подстроечный резистор. Свет, попадая на фоторезистор, уменьшает его сопротивление. И на управляющий вывод тиристора начинает поступать отпирающий ток, достаточный для его открывания. После этого включается пищалка.

Подстроечный резистор предназначен для того, чтобы настроить чувствительность устройства, то есть, порог срабатывания при облучении светом. Самое интересное, что даже при отсутствии света тиристор продолжает оставаться в открытом состоянии, и сигнализирование не прекращается.

Если напротив светочувствительного элемента установить световой луч так, чтобы он светил немного ниже окошечка, то получится простейший датчик дыма. Дым, попадая между источником и приемником света, будет рассеивать свет, что вызовет запуск сигнализации. Для этого устройства обязательно нужен корпус, для того, чтобы на приемник света не поступал свет от солнца или искусственных источников света.

Открыть тиристор можно и другим способом. Для этого достаточно кратковременно подать небольшое напряжение между управляющим выводом и катодом.

Регулятор мощности на тиристоре

Теперь рассмотрим использование тиристора по прямому назначению. Рассмотрим схему простого тиристорного регулятора мощности, который будет работать от сети переменного тока напряжением 220 вольт. Схема простая и содержит всего пять деталей.

  • Полупроводниковый диод VD.
  • Переменный резистор R1.
  • Постоянный резистор R2.
  • Конденсатор С.
  • Тиристор VS.

Их рекомендованные номинальные значения показаны на схеме. В качестве диода можно использовать КД209, тиристор КУ103В или мощнее. Резисторы желательно использовать мощностью не менее 2 ватт, конденсатор электролитический на напряжение не менее 50 вольт.

Эта схема регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Если представить, что мы из схемы убрали все элементы, кроме диода, то он будет пропускать только полуволну переменного тока, и на нагрузку, к примеру, на паяльник или лампу накаливания поступит лишь половина мощности.

Тиристор позволяет пропускать дополнительные, условно говоря, кусочки полупериода, срезанного диодом. При изменении положения переменного резистора R1 напряжение на выходе будет меняться.

К положительному выводу конденсатора включен управляющий вывод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, он открывается и пропускает определенную часть положительного полупериода. Переменный резистор будет определять скорость зарядки конденсатора. А чем быстрее он зарядится, тем раньше откроется тиристор, и успеет до смены полярности пропустить часть положительного полупериода.

На конденсатор отрицательная полуволна не поступает, и напряжение на нем одной полярности, поэтому не страшно, что он имеет полярность. Схема позволяет изменять мощность от 50 до 100%. Для паяльника это в самый раз подходит.

Тиристор пропускает ток в одном направлении от анода к катоду. Но существуют разновидности, которые пропускают ток в обоих направлениях. Они называются симметричные тиристоры или симисторы. Они используются для управления нагрузкой в цепях переменного тока. Существует большое количество схем регуляторов мощности на их основе.

Тиристор это полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в качестве ключа. Он имеет три электрода и структуру p-n-p-n из четырёх слоёв полупроводника. Электроды именуются как анод, катод и управляющий электрод. Структура p-n-p-n функционально аналогична нелинейному резистору, который способен принимать два состояния:

  • с очень большим сопротивлением, выключенное;
  • с очень малым сопротивлением, включенное.

Виды

На включенном тиристоре сохраняется напряжение около одного или нескольких Вольт, которое незначительно увеличивается с возрастанием силы тока, протекающего через него. В зависимости от вида тока и напряжения, приложенного к электрической цепи с тиристором, в ней используется одна из трёх современных разновидностей этих полупроводниковых приборов. На постоянном токе работают:

  • включаемые тринисторы;
  • три разновидности запираемых тиристоров, именуемых как

На переменном и постоянном токе работают симисторы. Все эти тиристоры содержат управляющий электрод и два других электрода, через которые тёчёт ток нагрузки. Для тринисторов и запираемых тиристоров это анод и катод, для симисторов наименование этих электродов обусловлено правильностью определения свойств управляющего сигнала, подаваемого на управляющий электрод.

Наличие в тиристоре структуры p-n-p-n позволяет разделить её условно на две области, каждая из которых является биполярным транзистором соответствующей проводимости. Таким образом, эти взаимосвязанные транзисторы являются эквивалентом тиристора, что имеет вид схемы на изображении слева. Первыми на рынке появились тринисторы.

Свойства и характеристики

По сути это аналог самоблокирующегося реле с одним нормально разомкнутым контактом, роль которого выполняет полупроводниковая структура, расположенная между анодом и катодом. Отличие от реле состоит в том, что для этого полупроводникового прибора может быть применено несколько способов включения и выключения. Все эти способы объясняются транзисторным эквивалентом тринистора.

Два эквивалентных транзистора охвачены положительной обратной связью. Она многократно усиливает любые изменения тока в их полупроводниковых переходах. Поэтому существует несколько видов воздействия на электроды тринистора для его включения и выключения. Первые два способа позволяют выполнить включение по аноду.

  • Если напряжение на аноде увеличивать, при его определённом значении начнут сказываться эффекты начинающегося пробоя полупроводниковых структур транзисторов. Появившийся начальный ток лавинообразно усилится положительной обратной связью и оба транзистора включатся.
  • При достаточно быстром увеличении напряжения на аноде происходит заряд межэлектродных ёмкостей, которые присутствуют в любых электронных компонентах. При этом в электродах появляются зарядные токи этих ёмкостей, которые подхватывает положительная обратная связь и всё заканчивается включением тринистора.

Если перечисленные выше изменения напряжения отсутствуют, включение обычно происходит током базы эквивалентного n-p-n транзистора. Выключить тринистор можно одним из двух способов, которые также становятся понятны из-за взаимодействия эквивалентных транзисторов. Положительная обратная связь в них действует, начиная с некоторых величин токов, протекающих в структуре p-n-p-n. Если величину тока сделать меньше этих величин, положительная обратная связь сработает на быстрое исчезновение токов.

Другой способ выключения использует прерывание положительной обратной связи импульсом напряжения, который меняет полярность на аноде и катоде. При таком воздействии направления токов между электродами изменяется на противоположные и тринистор выключается. Поскольку для полупроводниковых материалов характерно явление фотоэффекта, существуют фото- и оптотиристоры, у которых включение может быть обусловлено освещением либо приёмного окошка, либо светодиодом в корпусе этого полупроводникового прибора.

Существуют ещё и так называемые динисторы (неуправляемые тиристоры). В этих полупроводниковых приборах нет управляющего электрода конструктивно. По своей сути это тринистор с одним отсутствующим выводом. Поэтому их состояние зависит только от напряжения анода и катода и они не могут включиться управляющим сигналом. В остальном процессы в них аналогичны обычным тринисторам. То же относится и к симисторам, которые по сути являются двумя тринисторами соединёнными параллельно. Поэтому они применяются для управления переменным током без дополнительных диодов.

Запираемые тиристоры

Если определённым образом изготовить области структуры p-n-p-n вблизи баз эквивалентных транзисторов можно достичь полной управляемости тиристором со стороны управляющего электрода. Такая конструкция структуры p-n-p-n показана на изображении слева. Включать и выключать такой тиристор можно соответствующими сигналами в любой момент времени подавая их на управляющий электрод. Остальные способы включения, применяемые к тринисторам, для запираемых тиристоров так же годятся.

Однако эти способы не применяются к таким полупроводниковым приборам. Они наоборот исключаются теми или иными схемотехническими решениями. Целью является получение надёжного включения и выключения только по управляющему электроду. Это необходимо для использования таких тиристоров в мощных инверторах повышенной частоты. GTO работают на частотах до 300 Герц, а IGCT способны на существенно более высокие частоты, достигающие 2 кГц. Номинальные значения токов могут быть несколько тысяч ампер, а напряжение – несколько киловольт.

Сравнение различных тиристоров приведено в таблице ниже.

Разновидность тиристора Преимущества Недостатки Где используется
Тринистор Минимальное напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках. Наиболее надёжен из всех. Хорошая масштабируемость схем путём совместной работы нескольких тринисторв соединяемых либо параллельно, либо последовательно Отсутствует возможность произвольного управляемого отключения только управляющим электродом. Наиболее низкие рабочие частоты. Электроприводы, источники электропитания питания большой мощности; сварочные инверторы; управление мощными нагревателями; статические компенсаторы; коммутаторы в цепях с переменным током
GTO Возможность произвольного управляемого выключения. Относительно высокая способность к перегрузкам по току. Способность надёжно работать при последовательном соединении. Рабочая частота до 300 Гц, напряжение до 4000 В. Значительно напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках и соответствующие им потери, в том числе и в системах управления. Сложная схемотехника построения системы в целом. Большие динамические потер.
IGCT Возможность произвольного управляемого выключения. Относительно высокая способность к перегрузкам по току. Относительно малое напряжение во включенном состоянии при максимально больших токах и перегрузках. Рабочая частота — до 2000 Гц. Простое управление. Способность надёжно работать при последовательном соединении. Наиболее дорогие из всех тиристоров Электроприводы; статические компенсаторы реактивной мощности; источники электропитания питания большой мощности, индукционные нагреватели

Тиристоры изготавливаются для широкого диапазона токов и напряжений. Конструкция их определяется размерами структуры p-n-p-n и необходимостью получения надёжного отвода тепла от неё. Современные тиристоры, а также их обозначения на электрических схемах показаны на изображениях ниже.

Содержание:

Открытие свойств переходов полупроводников по праву можно назвать одним из важнейших в ХХ веке. В результате появились первые полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы. А также схемы, в которых они нашли применение. Одной из таких схем является соединение двух биполярных транзисторов противоположных типов — p-n-p c n-p-n . Эта схема показана далее на изображении (б). Она иллюстрирует, что такое тиристор и принцип его действия. В ней присутствует положительная обратная связь. В результате каждый транзистор увеличивает усилительные свойства другого транзистора.

Транзисторный эквивалент

При этом любое изменение проводимости транзисторов в любом направлении лавинообразно нарастает и завершается одним из граничных состояний. Они либо заперты, либо отперты. Этот эффект называется триггерным. А по мере развития микроэлектроники оба транзистора объединили в 1958 году на одной подложке, обобщив одноименные переходы. В результате появился новый полупроводниковый прибор, названный тиристором. На взаимодействии двух транзисторов и зиждется принцип работы тиристора. В результате объединения переходов у него такое же количество выводов, как и у транзистора (а).

На схеме управляющий электрод — это база транзистора структуры n-p-n . Именно ток базы транзистора изменяет проводимость между его коллектором и эмиттером. Но управление может быть выполнено также и по базе p-n-p транзистора. Таково устройство тиристора. Выбор управляющего электрода определяют его особенности, в том числе выполняемые задачи. Например, в некоторых из них вообще не используются какие-либо управляющие сигналы. Поэтому, зачем же использовать управляющие электроды…

Динистор

Это задачи, где применяются двухэлектродные разновидности тиристоров — динисторы. В них присутствуют резисторы, соединенные с эмиттером и базой каждого транзистора. Далее на схеме это R1 и R3. Для каждого электронного прибора есть ограничения по величине приложенного напряжения. Поэтому до некоторой его величины упомянутые резисторы удерживают каждый из транзисторов в запертом состоянии. Но при дальнейшем увеличении напряжения через переходы коллектор–эмиттер появляются токи утечки.

Они подхватываются положительной обратной связью, и оба транзистора, то есть динистор, отпираются. Для желающих поэкспериментировать далее показано изображение со схемой и номиналами компонентов. Можно ее собрать и проверить рабочие свойства. Обратим внимание на резистор R2, отличающийся подбором нужного номинала. Он дополняет эффект утечки и, соответственно, напряжение срабатывания. Следовательно, динистор — это тиристор, принцип работы которого определен величиной питающего напряжения. Если оно относительно велико, он включится. Естественно интересно также узнать, как же его выключить.

Трудности выключения

С выключением тиристоров дело обстояло, как говорится, туго. По этой причине довольно длительное время виды тиристоров ограничивались только двумя выше упомянутыми структурами. До середины девяностых годов ХХ века применяются тиристоры только этих двух типов. Дело в том, что выключение тиристора может произойти лишь при запирании одного из транзисторов. Причем на определенное время. Оно определено скоростью исчезновения зарядов соответствующих отпертому переходу. Наиболее надежный способ «прибить» эти заряды — полностью отключить ток, протекающий через тиристор.

Большинство из них так и работают. Не на постоянном токе, а на выпрямленном, соответствующем напряжению без фильтрации. Оно изменяется от нуля до амплитудного значения, а затем вновь уменьшается до нуля. И так далее, соответственно частоте переменного напряжения, которое выпрямляется. В заданный момент между нулевыми значениями напряжения на управляющий электрод поступает сигнал, и тиристор отпирается. А при переходе напряжения через ноль вновь запирается.

Чтобы выключить его на постоянном напряжении и токе, при котором значение нуля отсутствует, необходим шунт, действующий определенное время. В простейшем варианте это либо кнопка, присоединенная к аноду и катоду, либо соединенная последовательно. Если прибор отперт, на нем присутствует остаточное напряжение. Нажатием кнопки оно обнуляется, и ток через него прекращается. Но если кнопка не содержит специального приспособления, и ее контакты разомкнутся, тиристор непременно снова включится.

Этим приспособлением должен быть конденсатор, подключаемый параллельно тиристору. Он ограничивает скорость нарастания напряжения на приборе. Этот параметр вызывает набольшее сожаление при использовании этих полупроводниковых приборов, поскольку понижается рабочая частота, с которой тиристор способен коммутировать нагрузку, и, соответственно, коммутируемая мощность. Происходит это явление из-за внутренних емкостей, характерных для каждой из моделей этих полупроводниковых приборов.

Конструкция любого полупроводникового прибора неизбежно образует группу конденсаторов. Чем быстрее нарастает напряжение, тем больше токи, их заряжающие. Причем они возникают во всех электродах. Если такой ток в управляющем электроде превысит некоторое пороговое значение, тиристор включится. Поэтому для всех моделей приводится параметр dU/dt.

  • Выключение тиристора, как результат перехода питающего напряжения через ноль, называется естественным. Остальные варианты выключения называются принудительными или искусственными.

Многообразие модельного ряда

Эти варианты выключения усложняют тиристорные коммутаторы и уменьшают их надежность. Но развитие тиристорного разнообразия получилось очень плодотворным.

В наше время освоено промышленное производство большого числа разновидностей тиристоров. Область их применения — не только мощные силовые цепи (в которых работают запираемый и диод-тиристор , симистор), но и цепи управления (динистор, оптотиристор). Тиристор на схеме изображается, как показано далее.

Среди них есть модели, у которых рабочие напряжения и токи самые большие среди всех полупроводниковых приборов. Поскольку промышленное электроснабжение немыслимо без трансформаторов, роль тиристоров в его дальнейшем развитии является основополагающей. Запираемые высокочастотные модели в инверторах обеспечивают формирование переменного напряжения. При этом его величина может достигать 10 кВ с частотой 10 килогерц при силе тока 10 кА. Габариты трансформаторов при этом уменьшаются в несколько раз.

Включение и выключение запираемого тиристора происходит исключительно от воздействия на управляющий электрод специальными сигналами. Полярность соответствует определенной структуре этого электронного прибора. Это одна из простейших разновидностей, именуемая как GTO. Кроме нее применяются более сложные запираемые тиристоры со встроенными управляющими структурами. Эти модели называются GCT, а также IGCT. Использование в этих структурах полевых транзисторов относит запираемые тиристоры к приборам семейства MCT.

Мы постарались сделать наш обзор информативным не только для начитанных посетителей нашего сайта, но также и для чайников. Теперь, когда мы ознакомились с тем, как работает тиристор, можно найти применение этим знаниям для практического использования. Например, в несложном ремонте бытовых электроприборов. Главное — увлекаясь работой, не забывайте о технике безопасности!

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор и симистор.Способы и схемы управления

Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Симиcтop — полупроводниковый прибор, который широко используется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно он может рассматриваться как управляемый выключатель.

Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Определение

Тиристор (тринистор) — это полупроводниковый полууправляемый ключ. Полууправляемый — значит, что вы можете только включать тиристор, отключается он только при прерывании тока в цепи или если приложить к нему обратное напряжение.

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Другой подобный прибор называется симистор — двунаправленный тиристор. Его основным отличием является то, что ток он может проводить в обе стороны. Фактически он представляет собой два тиристора соединённых параллельно навстречу друг другу.

Основные характеристики              

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

1. Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).

2. Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD(RM) или Uзс).

3. Обратное напряжение (VR(PM) или Uобр).

4. Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.

5. Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.

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

7. Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).

8. Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).

9. Ток управления (IGT).

10. Максимальный ток управления электрода IGM.

11. Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Кроме управляющего тока, есть такой параметр как ток удержания — это минимальный ток анода для удержания тиристора в открытом состоянии.

После открытия тиристора управляющий сигнал можно отключать, тиристор будет открыт до тех пор, пока через него протекает прямой ток и подано напряжение. То есть в цепи переменного тиристор будет открыт в течении той полуволны напряжение которой смещает тиристор в прямом направлении. Когда напряжение устремится к нулю, снизится и ток. Когда ток в цепи упадет ниже величины тока удержания тиристора — он закроется (выключится).

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

Управление симистором аналогично хоть и имеет некоторые особенности. Для управления симистором в цепи переменного тока нужно 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 и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

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 от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Здесь тиристор открывается после того как на конденсаторе будет достаточная величина 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.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

Интересно:

Такие схемы регулировки напряжения называется СИФУ — система импульсного фазового управления.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Дело в том, что для регулировки напряжения с помощью симистора или тиристора нужно подавать управляющий сигнал в определенный момент времени, так чтобы срез фазы происходил до нужной величины. Если наугад стрелять управляющими импульсами — схема работать конечно будет, но регулировок добиться не выйдет, поэтому нужно определять момент перехода полуволны через ноль.

Так как для нас не имеет значения полярность полуволны в настоящий момент времени — достаточно просто отслеживать момент перехода через ноль. Такой узел в схеме называют детектор нуля или нуль-детектор, а в англоязычных источниках «zero crossing detector circuit» или ZCD. Вариант такой схемы с детектором перехода через ноль на транзисторной оптопаре выглядит следующим образом:

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Ранее ЭлектроВести писали, почему в современных инверторах используют транзисторы, а не тиристоры.

По материалам electrik.info

Тиристор SCR (управляемый кремниевый выпрямитель)

Добавлено 8 октября 2018 в 20:57

Сохранить или поделиться

Динисторы (диоды Шокли) и тиристоры SCR (Silicon Controlled Rectifiers, управляемые кремниевые выпрямители)

Динисторы (диоды Шокли) – это довольно любопытные устройства, но довольно ограниченные в применении. Однако их полезность может быть расширена путем оснащения их другим средством отпирания. При этом каждый из них становится настоящим усилительным устройством (только если в режиме отпирания/запирания), и мы называем их кремниевыми управляемыми выпрямителями (silicon-controlled rectifier) или SCR тиристорами.

Тиристор SCR (silicon-controlled rectifier, кремниевый управляемый выпрямитель), или просто тринистор

Развитие от динистора до тринистора достигается с помощью одного небольшого дополнения, фактически не более чем третьего подключения к существующей структуре PNPN (рисунок ниже).

Тиристор SCR (управляемый выпрямитель, тринистор)

Проводимость управляемых выпрямителей SCR (тринисторов)

Если управляющий электрод тринистора остается висящим в воздухе (неподключенным), он ведет себя точно так же, как динистор (диод Шокли). Он может быть отперт напряжением переключения или превышением критической скорости нарастания напряжения между анодом и катодом, всё как у динистора. Запирание осуществляется за счет уменьшения тока до тех пор, пока один или оба внутренних транзистора не упадут в режим отсечки, всё как у динистора. Однако, поскольку управляющий вывод подключается непосредственно к базе нижнего транзистора, он может использоваться как альтернативное средство отпирания тиристора SCR. Прикладывая небольшое напряжение между управляющим электродом и катодом, нижний транзистор будет открываться результирующим тока базы, что приведет к тому, что верхний транзистор будет проводить ток, а затем запитывать базу нижнего транзистора, поэтому он больше не будет нуждаться в активации напряжением управляющего электрода. Разумеется, необходимый для отпирания ток управляющего вывода будет намного ниже, чем ток через SCR тиристор от катода до анода, поэтому, используя SCR тиристор, можно добиться усиления.

Переключение/запуск

Данный метод обеспечения проводимости тиристора SCR называется запуском или переключением, и на сегодняшний день наиболее распространенным способом является тот, которым SCR тиристор отпирается в реальной практике. Фактически, SCR тиристоры обычно выбираются так, чтобы их напряжения переключения находились далеко за пределами наибольшего напряжения, ожидаемого от источника питания, поэтому его можно включить (отпереть) только путем преднамеренного импульса напряжения, подаваемого на управляющий вывод.

Обратное переключение

Следует отметить, что SCR тиристоры иногда могут быть выключены (заперты) путем прямого замыкания управляющего вывода и вывода катода или с помощью «обратного переключения» управляющего вывода отрицательным напряжением (относительно катода), чтобы принудительно перевести нижний транзистор в режим отсечки. Я говорю, что это «иногда» возможно потому, что это включает в себя шунтирование всего тока верхнего транзистора через базу нижнего транзистора. Этот ток может быть существенным, что в лучшем случае затрудняет запирание SCR тиристора. Вариация SCR тиристора под названием запираемый тиристор, или GTO (Gate-Turn-Off), облегчает эту задачу. Но даже с GTO тиристором ток управляющего электрода, необходимый для его отключения, может составлять до 20% от тока анода (нагрузки)! Условное обозначение GTO тиристора показано на рисунке ниже.

Условное обозначение GTO тиристора

SCR тиристоры против GTO тиристоров

Тиристоры SCR и GTO имеют одну и ту же эквивалентную схему (два транзистора, соединенные по принципу положительной обратной связи), единственными отличиями являются детали конструкции, предназначенные для предоставления NPN транзистору большего коэффициента β, чем у PNP транзистора. Это позволяет меньшему току управляющего электрода (прямому или обратному) осуществлять большую степень управления проводимостью от катода к аноду, причем открытое состояние PNP транзистора больше зависит от NPN транзистора, чем наоборот. Запираемый тиристор GTO также известен под названием тиристор GCS (Gate-Controlled Switch).

Проверка работоспособности SCR тиристора с помощью мультиметра

Элементарный тест работоспособности SCR тиристора или, по крайней мере, определение выводов, может выполняться измерителем сопротивления. Поскольку внутреннее соединение между управляющим электродом и катодом является PN переходом, мультиметр должен показывать целостность соединения между этими выводами с красным измерительным щупом на управляющем электроде и черным измерительным щупом на катоде следующим образом (рисунок ниже).

Элементарная проверка SCR тиристора

Все остальные измерения целостности соединений, выполненные на SCR тиристоре, будут показывать «разрыв» («OL» на дисплеях некоторых цифровых мультиметров). Следует понимать, что этот тест очень груб и не является полной оценкой SCR тиристора. SCR тиристор может давать хорошие показания омметра и по-прежнему оставаться неисправным. В конечном счете, единственный способ проверить SCR тиристор – подвергнуть его нагрузочному току.

Если вы используете мультиметр с функцией «проверки диода», показания напряжения перехода управляющий электрод — катод, которые вы получите, могут соответствовать, а могут и нет, тому, что ожидается от кремниевого PN перехода (примерно 0,7 вольта). В некоторых случаях вы будете получать показания намного более низкого напряжения перехода: сотые доли вольта. Это связано с внутренним резистором, подключенным между управляющим электродом и катодом и включенным в некоторые SCR тиристоры. Этот резистор добавляется, чтобы сделать SCR тиристор менее восприимчивым к ложным срабатываниям из-за ложных импульсов напряжения, из-за «шума» схемы или из-за статического электрического разряда. Другими словами, наличие резистора, подключенного к переходу управляющего электрода и затвора, требует большего переключающего сигнала (существенного тока) для отпирания SCR тиристора. Эта функция часто встречается в мощных SCR тиристорах, а не в маленьких. Не забывайте, что SCR тиристор с внутренним резистором, подключенным между управляющим электродом и катодом, будет показывать целостность соединения в обоих направлениях между этими двумя выводами (рисунок ниже).

У больших SCR тиристоров между управляющим электродом и катодом есть встроенный резистор

SCR тиристоры

с чувствительным управляющим электродом

«Обычные» SCR тиристоры, лишенные внутреннего резистора, иногда называются SCR тиристорами с чувствительным управляющим электродом из-за их способности запускаться малейшим положительным сигналом на управляющем электроде.

Тестовая схема для SCR тиристора является практичной в качестве диагностического инструмента для проверки подозрительных SCR тиристоров, а также отличной помощью для понимания основ работы SCR тиристоров. Для питания схемы используется источник питания постоянного тока, а два кнопочных коммутатора используются для отпирания и запирания SCR тиристора (рисунок ниже).

Схема для проверки SCR тиристоров

Нажатие нормально разомкнутой кнопки «вкл» соединяет управляющий электрод с анодом, позволяя протекать току от отрицательного вывода батареи через PN переход катод — управляющий электрод, через кнопку, через резистор нагрузки, и обратно к батарее. Этот ток управляющего электрода должен заставить SCR тиристор отпереться, позволяя протекать току прямо от катода к аноду без дальнейшего отпирания через управляющий электрод. Когда кнопка «вкл» отпущена, нагрузка должна оставаться под напряжением.

Нажатие нормально замкнутой кнопки «выкл» разрывает цепь, заставляя ток через SCR тиристор остановиться, тем самым вынуждая его запереться (величина тока ниже тока удержания).

Ток удержания

Если SCR тиристор не отпирается, проблема может быть связана с нагрузкой, а не с тиристором. Чтобы удерживать SCR тиристор отпертым, требуется определенная величина тока нагрузки. Этот минимальный уровень тока называется током удержания. Нагрузка со слишком большим значением сопротивления может и не набирать достаточный ток, чтобы удерживать SCR тиристор отпертым, когда прекращается ток через управляющий электрод, что дает ложное впечатление о плохом (неотпираемом) SCR тиристоре в тестовой схеме. Значения тока удержания для разных SCR тиристоров доступны у производителей. Типовые значения тока удержания колеблются от 1 миллиампера до 50 миллиампер и более для больших тиристоров.

Чтобы проверка была исчерпывающей, необходимо протестировать более чем переключающее поведение. Прямое напряжение переключения SCR тиристора можно проверить, увеличивая напряжение источника постоянного тока (без нажатия кнопок) до тех пор, пока SCR тиристор не отопрется самостоятельно. Остерегайтесь того, что для теста переключения может потребоваться очень высокое напряжение: многие мощные SCR тиристоры имеют номинальное напряжение переключения 600 вольт и более! Кроме того, если имеется импульсный генератор напряжения, аналогичным способом может быть проверена критическая скорость повышения напряжения SCR тиристора: необходимо подвергнуть тиристор импульсному напряжению с разными скоростями напряжение/время без воздействия на кнопочные переключатели и пронаблюдать, когда тиристор отопрется.

В этом простом виде, схема для проверки SCR тиристоров может быть достаточной в качестве схемы управления запуском/остановкой для двигателя постоянного тока, лампы или другой практической нагрузки (рисунок ниже).

Схема управления запуском/остановкой двигателя постоянного тока

Схема «монтировки»

Другое практическое применение SCR тиристора в схемах постоянного тока – это устройство «монтировки» для защиты от перенапряжения. Схема «монтировки» состоит из SCR тиристора, установленного параллельно выходу источника постоянного напряжения, для установления короткого замыкания на выходе этого источника питания, чтобы предотвратить подачу слишком повышенного напряжения на нагрузку. Повреждение SCR тиристора и источника питания предотвращается путем установки перед SCR тиристором подходящего предохранителя или существенного последовательного сопротивления для ограничения тока короткого замыкания (рисунок ниже).

Схема «монтировки», используемая в источнике питания постоянного тока

Некоторое устройство или схема, определяющие выходное напряжение, будут подключены к управляющему электроду SCR тиристора, поэтому при возникновении состояния перенапряжения между управляющим электродом и катодом будет приложено напряжение, отпирающее SCR тиристор и заставляющее сработать предохранитель. Эффект будет примерно таким же, как кидание стальной монтировки прямо на выходные клеммы источника питания, отсюда и название схемы.

Большинство применений SCR тиристоров предназначены для управления питанием переменным током, несмотря на то, что SCR тиристоры являются устройствами постоянного тока (однонаправленными). Если схеме требуется двунаправленный ток, можно использовать несколько SCR тиристоров, причем для обработки обоих полупериодов волны переменного тока в каждом направлении должны смотреть один или несколько тиристоров. Основная причина, по которой SCR тиристоры вообще используются в приложениях управления питанием переменным током, – это уникальная реакция тиристора на переменный ток. Как мы видели, тиратронная лампа (электронно-ламповая версия SCR тиристора) и симметричный динистор (DIAC), гистерезисное устройство, запускаемое во время части полупериода переменного тока, будут отпираться и оставаться включенными на протяжении всей оставшейся части полупериода до тех пор, пока переменный ток не уменьшится до нуля, так как должен начинать следующий полупериод. Только перед точкой пересечения нуля сигналом переменного тока тиристор отключится (запрется) из-за недостаточного тока (это поведение также называется естественной коммутацией) и должен будет снова отпереться в следующем периоде. Результатом является ток цепи, эквивалентный «обрезанной» синусоиде. Для примера, ниже приведен график отклика симметричного динистора (DIAC) на переменное напряжение, пиковое значение которого превышает напряжение переключения DIAC.

Двунаправленный отклик симметричного динистора (DIAC)

При использовании DIAC предельное напряжение переключения было фиксированной величиной. С SCR тиристором мы контролируем, когда точно устройство отпирается путем переключения управляющего вывода в любой момент времени периода сигнала. Подключив подходящую схему управления к управляющему электроду SCR тиристора, мы можем «обрезать» синусоиду в любой точке, чтобы обеспечить пропорционально времени управление питанием на нагрузке.

Возьмем в качестве примера схему на рисунке ниже. Здесь SCR тиристор помещается в схему для управления питанием нагрузки, потребляемым от источника переменного тока.

Управление питанием переменным током с помощью SCR тиристора

Будучи однонаправленным (односторонним) устройством, самое большее, что мы можем подать на нагрузку, это только одна полуволна во время полупериода переменного тока, когда полярность напряжения питания положительна сверху и отрицательна снизу. Однако для демонстрации базовой идеи управления пропорционально времени эта простая схема подходит лучше, чем схема, управляющая мощностью во время всей волны (для чего потребуется два SCR тиристора).

При отсутствии переключения на управляющем электроде и величине напряжения источника переменного тока значительно ниже номинального напряжения переключения SCR тиристора SCR тиристор никогда не откроется. Подключение управляющего электрода SCR тиристора к аноду через стандартный выпрямительный диод (для предотвращения обратного тока через управляющий вывод в случае, если SCR тиристор содержит встроенный резистор между управляющим выводом и катодом) позволит запускать SCR тиристор почти сразу в начале каждого положительного полупериода (рисунок ниже).

Управляющий электрод подключен напрямую к аноду через диод; через нагрузку протекает почти целая полуволна тока.

Задержка запуска SCR тиристора

Однако мы можем отложить запуск SCR тиристора, вставив некоторое сопротивление в цепь управляющего электрода, тем самым увеличивая величину падения напряжения, требуемого перед тем, как будет достигнут достаточный ток управляющего электрода SCR тиристора. Другими словами, если мы затрудняем движение электронов через управляющий электрод путем добавления сопротивления, переменное напряжение должно будет достигнуть более высокой точки в своем цикле, прежде чем будет достигнут достаточный ток управляющего вывода, чтобы включить SCR тиристор. Результат показан на рисунке ниже.

В цепь управляющего электрода вставлено сопротивление; через нагрузку протекает меньше полуволны тока.

Когда сигнал «полусинусоиды» будет в значительной степени обрезан за счет задержки запуска SCR тиристора, нагрузка получит меньшую среднюю мощность (питание подается на меньшее время в течение всего периода). Сделав последовательный резистор в цепи управляющего электрода переменным, мы можем подстроить мощность пропорционально времени (рисунок ниже).

Увеличение сопротивления повышает уровень порога, в результате чего до нагрузки доходит меньшая мощность.
Уменьшение сопротивления понижает уровень порога, в результате чего до нагрузки доходит большая мощность.

К сожалению, эта схема управления имеет значительные ограничения. При использовании сигнала источника переменного тока в качестве сигнала, переключающего наш SCR тиристор, мы ограничиваем управление первой половиной полупериода сигнала. Другими словами, мы не можем подождать, чтобы переключить SCR тиристор после пика сигнала. Это означает, что мы можем убавить мощность только до того момента, когда SCR тиристор включится на самом пике сигнала.

Схема при установке минимальной мощности

Повышение порога срабатывания переключения приведет к тому, что схема не будет запускаться вообще, так как даже пик переменного напряжения источника питания будет недостаточным для запуска SCR тиристора. В результате питание на нагрузку подаваться не будет.

Гениальное решение этой дилеммы управления обнаруживается при добавлении в схему фазосдвигающего конденсатора (рисунок ниже).

Добавление в схему фазосдвигающего конденсатора

Меньший сигнал, показанный на графике, представляет собой напряжение на конденсаторе. Для иллюстрации фазового сдвига я предполагаю условие максимального управляющего сопротивления, когда SCR не запускается вообще и не подает на нагрузку ток, за исключением того, какой небольшой ток проходит через управляющий резистор и конденсатор. Это напряжение конденсатора будет сдвинуто по фазе от 0° до 90°, отставая от сигнала переменного тока. Когда это сдвинутое по фазе напряжение достигает достаточно высокого уровня, SCR тиристор отпирается.

При напряжении на конденсаторе, достаточном для периодического запуска SCR тиристора, итоговый сигнал тока нагрузки будет выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже.

Сдвинутый по фазе сигнал переключает SCR тиристор в режим проводимости

Поскольку сигнал на конденсаторе всё еще растет после того, как основной сигнал от источника питания достиг своего пика, становится возможным запустить SCR тиристор на пороговом уровне за этим пиковым значением, тем самым обрезая сигнал тока нагрузки дальше, чем это было возможно с более простой схемой. В действительности сигнал напряжения конденсатора немного сложнее, чем показано здесь, его синусоидальная форма искажается каждый раз, когда открывается SCR тиристор. Однако то, что я пытаюсь проиллюстрировать здесь, – это отложенное срабатывание, связанное с фазосдвигающей RC цепью; таким образом, упрощенная, неискаженная форма сигнала хорошо служит этой цели.

Запуск SCR тиристоров сложными схемами

SCR тиристоры также могут быть запущены, или «отперты», более сложными схемами. Хотя ранее показанная схема достаточна для простого применения, такого как управление лампой, управление большими промышленными двигателями часто опирается на более сложные схемы запуска. Иногда для соединения схемы запуска с управляющим электродом и катодом SCR тиристора для обеспечения электрической изоляции между цепями запуска и силовыми цепями используются импульсные трансформаторы (рисунок ниже).

Трансформаторная связь сигнала переключения обеспечивает изоляцию

Когда для управления питанием используется несколько SCR тиристоров, их катоды часто не являются электрически общими, что затрудняет подключение единой схемы запуска ко всем SCR тиристорам одинаково. Примером этого является управляемый мостовой выпрямитель, показанный на рисунке ниже.

Управляемый мостовой выпрямитель

В любой схеме мостового выпрямителя выпрямительные диоды (в этом примере выпрямительные SCR тиристоры) должны проводить ток в противоположных парах. SCR1 и SCR3 должны быть запущены одновременно, и SCR2 и SCR4 должны быть запущены как пара. Однако, как вы заметили, эти пары SCR тиристоров не используют одни и те же соединения катодов, а это означает, что схема не будет работать, если просто запараллелить их управляющие электроды и подключить к ним единый источник напряжения, чтобы запустить оба тиристора (рисунок ниже).

Эта стратегия не будет работать для запуска SCR2 и SCR4 в качестве пары

Хотя показанный источник напряжения запуска запустит SCR4, он не запустит должным образом SCR2, потому что эти два тиристора не имеют общего соединения катодов для использования его в качестве опорной точки для напряжения запуска. Однако импульсные трансформаторы, подключающие два управляющих электрода тиристоров к источнику напряжения запуска, будут работать (рисунок ниже).

Трансформаторная связь управляющих электродов позволяет запускать SCR2 и SCR4

Имейте в виду, что эта схема показывает подключение управляющих электродов только двух из четырех SCR тиристоров. Импульсные трансформаторы и источники запуска для SCR1 и SCR3, а также детали самих импульсных источников были опущены для простоты.

Управляемые мостовые выпрямители не ограничиваются однофазными схемами. В большинстве промышленных систем питание переменным током доступно в трехфазной форме для получения максимальной эффективности, и из-за своих преимуществ в них используются твердотельные схемы управления. Схема трехфазного управляемого выпрямителя, построенная на SCR тиристорах, не показывающая импульсных трансформаторов и схем запуска, будет выглядеть как на рисунке ниже.

Трехфазное мостовое управление нагрузкой на SCR тиристорах

Резюме

  • Кремниевый управляемый выпрямитель, или SCR тиристор, по сути, является динистором (диодом Шокли) с дополнительным выводом. Этот дополнительный вывод называется управляющим электродом, и он используется для переключения устройства в режим проводимости (отпирает его) с помощью прикладывания небольшого напряжения. Для запуска, или отпирания, SCR тиристора напряжение должно быть приложено между управляющим электродом и катодом, плюс на управляющий электрод, минус на катод.
  • При тестировании SCR тиристора кратковременное соединение между управляющим электродом и анодом достаточно по полярности, интенсивности и продолжительности, чтобы отпереть тиристор. SCR тиристоры могут быть запущены с помощью преднамеренного запуска вывода управляющего электрода, повышенного напряжения (переключения) между анодом и катодом или повышенной скорости нарастания напряжения между анодом и катодом. SCR тиристоры могут быть выключены (заперты) падением анодного тока ниже значения тока удержания (выключение по низкому току) или «обратным переключением» управляющего электрода (прикладывание отрицательного напряжения к управляющему электроду). Обратное переключение эффективно только иногда и всегда включает в себя высокий ток через управляющий вывод.
  • Вариант SCR тиристора, называемый запираемым тиристором (GTO (Gate-Turn-Off) тиристор), специально предназначен для отключения с помощью обратного переключения. Даже в этом случае обратное переключение требует довольно высокого тока: обычно 20% от тока анода. Выводы SCR тиристора могут быть идентифицированы с помощью мультиметра в режиме «прозвонки»: единственные два вывода, показывающие какие-либо показания при «прозвонке», должны быть управляющий электрод и катод. Выводы управляющего электрода и катода подключаются к PN переходу внутри SCR тиристора, поэтому мультиметр в режиме «прозвонки» должен выдавать диодо-подобные показания между двумя этими выводами с красным (+) щупом на управляющем электроде и черным (-) щупом на катоде. Однако имейте в виду, что некоторые мощные SCR тиристоры содержат внутренний резистор, подключенный между управляющим электродом и катодом, что повлияет на любые измерения целостности соединения, проводимые мультиметром.
  • SCR тиристоры являются настоящими выпрямителями: они пропускают ток через себя только в одном направлении. Это означает, что они не могут использоваться в одиночку для двухполупериодного управления питанием переменным током. Если диоды в схеме выпрямителя заменить на SCR тиристоры, вы получите схему управляемого выпрямителя, где питание постоянным напряжением может подаваться на нагрузку пропорционально времени отпирания SCR тиристоров в разные моменты периода переменного напряжения питания.

Оригинал статьи:

Теги

SCR / тринистор (кремниевый управляемый выпрямитель)Защита цепейМультиметрОбучениеТиристорТок удержанияЭлектроника

Сохранить или поделиться

Динисторы тринисторы и симисторы

В электронике тиристорами называют изготовленные на основе монокристаллов полупроводниковые приборы, которые имеют четырехслойную pnpn структуру. В них наличествует три последовательных pn перехода, которые характеризуются двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым в обратном направлении и открытым в прямом.

Полупроводниковые тиристоры

 

 

Диодным тиристором (или динистором) называют такую разновидность этого полупроводникового прибора, который имеет выводы только от крайних слоев. Такой прибор, у которого еще есть дополнительный вывод от одного из средних слоев, называется тринистором (или триодным тиристором).

Двухэлектродные тиристоры ( динисторы )

Динистором (или диодным тиристором) в электронике принято именовать неуправляемый тиристор, у которого наличествует только два выхода. Один из них называется анодом (это крайняя p-область), а второй – катодом (это крайняя n-область).

Двухэлектродный тиристор ( динистор )

 

В тех случаях, когда на анод динистора от источника напряжения подается «минус», а на катод, соответственно, «плюс», то через него протекает совсем небольшой обратный ток. Это происходит потому, что при таком подключении крайние pn-переходы оказываются включенными не в прямом, а в обратном направлении.

Если полярность подключения внешнего источника изменяется на обратную, то в прямом направлении включаются переходы 1 и 3, а переход 2, расположенный между ними – в направлении обратном. Что касается такого показателя, как сопротивление между катодом динистора и его анодом, то оно при этом также достаточно велико. Это приводит к тому, что через прибор протекает ток I зкр, имеющий небольшое значение. Его измеряют при напряжении U пр.зкр.макс, то есть максимально допустимым тогда, когда тиристор находится в закрытом положении.

В тех случаях, когда происходит дальнейшее увеличение прямого напряжения, обратное напряжение, имеющееся на среднем pn переходе, падает. Как следствие, растет проходящий через динистор прямой ток. Когда прямое напряжение достигает некоторого значения, называющегося напряжением включения (U вкл), происходит открытие среднего перехода. Вследствие этого сопротивление между катодом и анодом падает достаточно серьезно и составляет всего несколько десятых долей Ом. В таких случаях говорят, что динистор находится в открытом состоянии, и при этом падение напряжения на нем составляет только около 12 В. Следует заметить, что оно очень незначительно зависит от величины того тока, который протекает через этот полупроводниковый прибор. Чаще всего в справочниках указывается только то значение напряжения открытого динистора U откр, которое возникает тогда, когда через него протекает максимально допустимый постоянный ток I откр. макс..

Для того чтобы привести динистор в открытое состояние требуется такое напряжение его включения, которое составляет несколько сотен вольт. До тех пор, пока через этот прибор протекает ток, величина которого не меньше, чем ток удержания I уд., он находится в открытом состоянии. Чтобы перевести его в состояние закрытое, надо или произвести полное отключение, или хотя бы уменьшить напряжение внешнего источника до величины 1 В.

Трехэлектродные тиристоры ( тринисторы )

От динистра тринистор с точки зрения своей конструкции отличается только тем, что у него есть еще один, третий вывод, который выведен от одной из средних областей. Он является управляющим, и именно благодаря его наличию прибор можно открывать даже тогда, когда значение напряжения меньше, чем U вкл. и даже U пр.зкр.макс.. Чтобы это сделать, нужно всего лишь пропустить открывающий ток I у.от. через управляющий электрод. Чем большее значение этого тока, тем меньше величина напряжения U вкл., при котором тринистор отпирается.

Трехэлектродный тиристор ( тринистор )

Если в качестве нагрузки в анодную цепь тринистора включено активное сопротивление (лампа накаливания, резистор, паяльник и т.п.), то следующий от анода к катоду основной ток растет очень быстро, практически мгновенно. Для того чтобы открыть тринистор, достаточно подать на управляющий электрод очень короткий импульс (несколько микросекунд). Стоит отметить, что положительный импульс подаётся если управляющий электрод присоединен к р-базе, а отрицательный импульс если соединение планируется с n-базой.

Чтобы перевести тринистор в закрытое состояние из состояния открытого, то нужно всего лишь значение основного тока сделать меньше, чем I уд.. Чаще всего в цепях, где протекает постоянный ток, это делается краткосрочным пропусканием через прибор обратного тока (его значение должно быть больше, чем значение тока основного). Чтобы это сделать, применяют специализированное коммутационное устройство.

Те тринисторы, которые функционируют в цепях переменного тока, автоматически запираются тогда, когда полуволна основного тока завершается. Именно этим объясняется то обстоятельство, что тринисторы весьма широко используются для того, чтобы управлять электродвигателями переменного тока, в импульсных схемах, инверторах, выпрямителях, различных устройствах автоматики и т.п.

Что касается значений напряжения и тока цепи управления, то они совсем невелики, а вот значение основного тока порой достигает сотен ампер, а основного напряжения – нескольких тысяч вольт. По этой причине у тринисторов такой показатель, как коэффициент усиления по мощности, может достигать 104105.

Симметричные тиристоры ( симисторы )

И динисторы, и тринисторы отличаются тем, что способны пропускать основной рабочий ток только в одном направлении. Если по каким-либо причинам это естественно ограничение необходимо обойти, то применяется два тиристора, которые включаются по встречно-параллельной схеме. Есть, однако, и более простое решение, заключающееся в том, что используются полупроводниковые ключи вида pnpnp, то есть двусторонние.

Симметричный тиристор ( симистор )

 

 

Их в электронике принято именовать симисторами, симметричными тиристорами или триаками. Полупроводниковая структура этих приборов – пятислойная, на обратной и прямой ветвях вольтамперной характеристики они обладают отрицательным сопротивлением. Для того чтобы открыть симистор, надо на управляющий электрод подать соответствующий сигнал, а чтобы закрыть – изменить полярность подключения или между силовыми электродами снять разность потенциалов.

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Тиристоры — интересный класс полупроводниковых приборов. Они имеют аналогичные характеристики с другими твердотельными компонентами из кремния, такими как диоды и транзисторы. Поэтому отличить тиристоры от диодов и транзисторов может быть сложно. Чтобы усложнить задачу, на рынке доступны различные типы тиристоров.

В некоторых случаях то, что отличает тиристоры друг от друга, может быть всего лишь крошечной деталью.

Также, в зависимости от производителя, данный тиристор может называться другим именем.

Для успешного применения тиристоров при проектировании схем важно знать их уникальные характеристики, ограничения и их взаимосвязь со схемой. Вот почему мы тратим время на то, чтобы разобраться во всем этом, чтобы вы могли лучше понять, какой тиристор лучше всего подходит для вашего приложения.

Что такое тиристор?

Тиристор — это четырехслойный прибор с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).

В своей основной форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (контрольный вывод). Затвор контролирует поток тока между анодом и катодом.

Основная функция тиристора — регулировать электрическую мощность и ток, действуя как переключатель.Для такого небольшого и легкого компонента он обеспечивает адекватную защиту цепей с большими напряжениями и токами (до 6000 В, 4500 А).

Он привлекателен в качестве выпрямителя, поскольку может быстро переключаться из состояния проводимости тока в состояние непроводимости.

Кроме того, его стоимость обслуживания невысока, и при правильных условиях он остается работоспособным в течение длительного времени без возникновения неисправностей.

Тиристоры используются в самых разных электрических цепях, от простых охранных сигнализаций до линий электропередачи.

Как работают тиристоры?

Тиристор со структурой P-N-P-N имеет три перехода: PN, NP и PN. Если анод является положительным выводом по отношению к катоду, внешние переходы, PN и PN смещены в прямом направлении, а центральный переход NP с обратным смещением. Следовательно, переход NP блокирует прохождение положительного тока от анода к катоду. Говорят, что тиристор находится в состоянии прямой блокировки . Точно так же прохождение отрицательного тока блокируется внешними PN-переходами.Тиристор находится в состоянии обратной блокировки .

Другое состояние, в котором может находиться тиристор, — это состояние прямой проводимости , при котором он получает сигнал, достаточный для включения, и начинает проводить.

Давайте на минутку выделим уникальные свойства, которые тиристоры привносят в схему, углубившись в природу сигнала и отклик тиристора.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20 & K. 21

MDE Semiconductor уделяет особое внимание решениям по защите цепей.

Краткое описание включения тиристора

Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.Ток течет от анода к катоду и будет продолжать течь, даже когда сигнал затвора удален. Говорят, что тиристор «зафиксирован».

Чтобы разблокировать тиристор, необходимо выполнить сброс схемы путем уменьшения анодно-катодного тока ниже порогового значения, известного как ток удержания.

Включение тиристора на уровне полупроводникового материала

Структура PNPN тиристора может быть интерпретирована как два транзистора, соединенные вместе.То есть ток коллектора от транзистора NPN питает базу транзистора PNP. Точно так же ток коллектора от транзистора PNP питает базу транзистора NPN.

Для фиксации тиристора и начала проведения тока сумма общей базы

коэффициенты усиления по току двух транзисторов должны превышать единицу.

Когда на затвор подается положительный ток или кратковременный импульс, который в достаточной мере увеличивает коэффициент усиления контура до единицы, происходит регенерация.Это означает, что импульс заставляет транзистор NPN проводить ток, который, в свою очередь, смещает транзистор PNP в проводимость. Если

начальный пусковой ток на затворе удаляется, тиристор остается во включенном состоянии, пока ток через тиристор достаточно высок, чтобы соответствовать критериям единичного усиления. Это ток фиксации .

Тиристор может включиться также из-за лавинного пробоя блокирующего перехода.Чтобы тиристор включился при нулевом токе затвора, приложенный ток должен достигнуть напряжения отключения тиристора. Это нежелательно, так как поломка приводит к повреждению устройства. Для нормальной работы тиристор выбирается таким образом, чтобы его напряжение отключения было больше, чем наибольшее напряжение, которое будет испытываться от источника питания. Таким образом, включение тиристора может произойти только после того, как на затвор будет подан преднамеренный импульс, за исключением случаев, когда тиристор специально разработан для работы в режиме отключения.(См. Типы тиристоров с возможностью управляемого отключения ниже).

Тиристор выключения

Чтобы выключить тиристор, который зафиксирован (включен / включен), ток через него должен измениться так, чтобы коэффициент усиления контура был ниже единицы. Выключение начинается, когда ток снижается ниже значения тока удержания.

Тиристоры различных типов и их применение

Тиристоры

можно классифицировать в зависимости от характера их поведения при включении и выключении, а также их характеристик напряжения и тока: Различные классы:

  1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
  2. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)
  3. Двунаправленное управление

  1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)

  1. Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

SCR — наиболее известные тиристоры.Как объяснено в общем описании тиристоров выше, тиристор остается зафиксированным даже при снятии тока затвора. Чтобы разблокировать, необходимо снять ток между анодом и катодом или сбросить анод до отрицательного напряжения относительно катода. Эта характеристика идеальна для регулирования фазы. Когда анодный ток становится равным нулю, тиристор перестает проводить и блокирует обратное напряжение.

SCR используются в схемах переключения, приводах двигателей постоянного тока, статических переключателях переменного / постоянного тока и инвертирующих схемах.

  1. Тиристор обратного тока (RCT)

Тиристоры обычно пропускают ток только в прямом направлении, но блокируют токи в обратном направлении. Однако RCT состоит из SCR, интегрированного с обратным диодом, который устраняет нежелательную индуктивность контура и уменьшает переходные процессы обратного напряжения. RCT обеспечивает электрическую проводимость в обратном направлении с улучшенной коммутацией.

RCT используются в инверторах и приводах постоянного тока для мощных прерывателей.

  1. Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

Они также известны как тиристоры с управляемым светом (LTT). Для этих устройств, когда легкие частицы попадают на обратносмещенный переход, количество электронно-дырочных пар в тиристоре увеличивается. Если сила света больше критического значения, тиристор включится. LASCR обеспечивает полную электрическую изоляцию между источником света и переключающим устройством преобразователя мощности.

LASCR используются в передающем оборудовании HVDC, компенсаторах реактивной мощности и генераторах импульсов большой мощности.

  1. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)

Традиционные тиристоры, такие как тиристоры, включаются при подаче достаточного количества управляющего импульса. Чтобы выключить их, необходимо отключить главный ток. Это неудобно в схемах преобразования постоянного тока в переменный и постоянного в постоянный, где ток, естественно, не становится нулевым.

  1. Затвор запорный тиристор (ГТО)

GTO отличается от стандартного тиристора тем, что его можно отключить, подав отрицательный ток (напряжение) на затвор, не требуя снятия тока между анодом и катодом (принудительная коммутация). Это означает, что GTO можно выключить стробирующим сигналом с отрицательной полярностью, что делает его полностью управляемым переключателем. Его также называют коммутатором, управляемым воротами, или GCS. Время выключения GTO примерно в десять раз меньше, чем у эквивалентного SCR.

GTO

с возможностью обратной блокировки, сравнимой с их номинальным напряжением в прямом направлении, называются симметричными GTO. Асимметричные GTO не обладают значительной способностью блокировки обратного напряжения. GTO с обратной проводимостью состоят из GTO, интегрированного с встречно-параллельным диодом. Асимметричные GTO — самая популярная разновидность на рынке.

GTO используются в приводах двигателей постоянного и переменного тока, мощных инверторах и стабилизаторах переменного тока.

  1. МОП отключающий тиристор (МТО)

MTO представляет собой комбинацию GTO и MOSFET для улучшения отключающей способности GTO.GTO требует подачи большого тока отключения затвора, пиковая амплитуда которого составляет около 20-35% от анодно-катодного тока (ток, который необходимо контролировать). MTO имеет два управляющих терминала, затвор включения и затвор выключения, также называемый затвором MOSFET.

Чтобы включить MTO, приложенный импульс затвора достаточной величины вызывает фиксацию тиристора (аналогично SCR и GTO).

Для выключения MTO на затвор полевого МОП-транзистора подается импульс напряжения.MOSFET включается, замыкая эмиттер и базу NPN-транзистора, тем самым останавливая фиксацию. Это гораздо более быстрый процесс, чем GTO (примерно 1-2 мкс), и в этом случае большой отрицательный импульс, приложенный к затвору GTO, направлен на извлечение достаточного тока из базы NPN-транзистора. Кроме того, более быстрое время (MTO) устраняет потери, связанные с текущей передачей.

MTO используются в системах высокого напряжения до 20 МВА, моторных приводах, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и инверторах источников напряжения для высокой мощности.

  1. Эмиттер выключения тиристоров (ЭТО)

Как и MTO, ETO имеет два вывода, нормальный затвор и второй затвор, соединенные последовательно с полевым МОП-транзистором.

Чтобы включить ETO, на оба логических элемента подается положительное напряжение, что приводит к включению NMOS и выключению PMOS. Когда в нормальный затвор подается положительный ток, ETO включается.

Для выключения, когда на затвор полевого МОП-транзистора подается сигнал отрицательного напряжения, NMOS отключается и передает весь ток от катода.Процесс фиксации останавливается, и ETO выключается.

ETO

применяются в инверторах источников напряжения для высокой мощности, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и статических синхронных компенсаторах (STATCOM).

  1. Двунаправленное управление

Обсуждаемые до сих пор тиристоры были однонаправленными и используются в качестве выпрямителей, преобразователей постоянного тока в постоянный и инверторов. Чтобы использовать эти тиристоры для управления напряжением переменного тока, два тиристора необходимо соединить встречно параллельно, в результате чего получатся две отдельные схемы управления, которые потребуют большего количества проводных соединений.Двунаправленные тиристоры, которые могут проводить ток в обоих направлениях при срабатывании триггера, были разработаны специально для решения этой проблемы.

  1. Триод переменного тока (TRIAC)

Тиристоры

— вторые по распространенности тиристоры после тиристоров. Они могут управлять обеими половинами переменного сигнала, тем самым более эффективно используя доступную мощность. Однако симметричные преобразователи частоты обычно используются только для приложений с низким энергопотреблением из-за присущей им несимметричной конструкции.В приложениях с высокой мощностью симисторы имеют некоторые недостатки при переключении при разных напряжениях затвора в течение каждого полупериода. Это создает дополнительные гармоники, которые вызывают дисбаланс в системе и влияют на характеристики ЭМС.

Маломощные триаки используются в качестве регуляторов света, регуляторов скорости для электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в компьютерных схемах управления бытовой техникой.

  1. Диод переменного тока (DIAC)

DIACS — это устройства с низким энергопотреблением, которые в основном используются вместе с TRIACS (размещены последовательно с выводом затвора TRIAC).

Так как TRIAC по своей природе несимметричны, DIAC предотвращает прохождение любого тока через затвор TRIAC до тех пор, пока DIAC не достигнет своего триггерного напряжения в любом направлении. Это гарантирует, что TRIACS, используемые в переключателях переменного тока, срабатывают равномерно в любом направлении.

DIAC используются в диммерах для ламп.

  1. Кремниевый диод переменного тока (SIDAC)

SIDAC электрически ведет себя так же, как DIAC.Основное различие между ними состоит в том, что SIDAC имеют более высокое напряжение отключения и большую мощность, чем DIAC. SIDAC — это пятиуровневое устройство, которое можно использовать непосредственно в качестве переключателя, а не в качестве триггера для другого коммутационного устройства (например, DIAC для TRIACS).

Если приложенное напряжение соответствует или превышает напряжение отключения, SIDAC начинает проводить ток. Он остается в этом проводящем состоянии даже при изменении приложенного напряжения до тех пор, пока ток не станет ниже его номинального тока удержания.SIDAC возвращается в непроводящее состояние, чтобы повторить цикл.

SIDAC используются в релаксационных генераторах и других устройствах специального назначения.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089.ITU-TK, 20 и K. 21

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 мая 2021 г.

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

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

Что такое тиристоры?

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

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

Три соединения

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

Транзисторы в сравнении с тиристорами

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

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

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

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

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

Как работает тиристор?

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

А тиристор как два диода

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

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

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

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

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

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

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

Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера, и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена ​​Бюро патентов и товарных знаков США.

Тиристор как два транзистора

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

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

Три состояния тиристора

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

Блокировка вперед

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

Блокировка реверса

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

Передняя проводка

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

Типы тиристоров

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

Что такое тиристор? Определение, типы, работа, характеристика и применение тиристора

Определение : Тиристор (SCR) — это полупроводниковое устройство, которое выполняет как переключение, так и выпрямление.Это 4-слойное устройство с 3-мя переходами, образованное комбинацией чередующихся полупроводниковых материалов p- и n-типа.

Тиристор — это слово, образованное слиянием тиристора атрона и транс истора . Поскольку он демонстрирует выпрямляющее действие тиратрона, а также управляемость, как у транзистора. Это трехконтактное устройство: анод, катод и затвор. Для проведения проводимости необходим пусковой импульс затвора. Однонаправленность — важнейшее свойство тиристора.Это означает, что он позволяет току течь просто в одном направлении.

Хотя существует большая классификация тиристоров, тем не менее, SCR ( S ilicon C управляемый R ectifier) ​​считается наиболее важным элементом, принадлежащим к семейству тиристоров. Таким образом, SCR обычно называют тиристором.

Обозначение тиристора

На рисунке ниже представлено символическое изображение тиристора (SCR):

Его символ почти аналогичен символу обычного диода, но единственная вариация, присутствующая здесь, — это наличие клеммы затвора, которая используется для запуска схемы.Как мы уже обсуждали, это трехконтактное устройство, которое включает в себя анодный вывод, катодный вывод вместе с выводом затвора.

Типы тиристоров

Ниже представлены устройства, относящиеся к семейству тиристоров:

Конструкция тиристора

Тиристор представляет собой 4-слойное устройство с 3-мя переходами, которое в основном состоит из кремния в качестве основного материала. Его конструкция почти напоминает обычный транзистор. Но, в отличие от транзистора, он состоит из 4 слоев.Он образован путем соединения двух транзисторов разной конфигурации. Это означает комбинацию одного транзистора PNP и одного транзистора NPN.

На рисунке ниже представлена ​​структура тиристора, имеющего четыре слоя, т.е. P-N-P-N:

.

Здесь самая нижняя p-область представляет анод, а самая верхняя n-область показывает катодный вывод. Эти две области образуют соединение с катодом и анодным выводом с помощью молибденовых пластин. Таким образом, мы получаем 4-х слойную структуру, состоящую из 3-х стыков.Как мы уже обсуждали, это переключающее устройство, и мы знаем, что переключающее устройство должно обладать очень малым током утечки. Кроме того, кремний демонстрирует меньшее значение тока утечки, чем германий, поэтому он используется при изготовлении SCR.

Тиристор рабочий (работа)

Тиристор (SCR) состоит из двух полупроводниковых материалов p и двух n-типа, таким образом формируя четырехслойную структуру.

На рисунке ниже представлена ​​аналогия с двумя транзисторами или, можно сказать, упрощенная форма тиристора:

Здесь на приведенном выше рисунке ясно показано, что коллектор транзистора первой конфигурации действует как база для второй.Точно так же коллектор второй конфигурации тиристора функционирует как база для первой.

Имеет в основном 3 режима работы, что позволяет нам двигаться дальше, чтобы иметь четкое представление о том, как работает тиристор.

Когда анодная клемма устройства соединена с положительной клеммой батареи, а катод образует соединение с отрицательной клеммой батареи. Затем из-за этого переход J 0 и J 2 становится смещенным в прямом направлении, но в то же время это прямое соединение делает переход J 1 смещенным в обратном направлении.На рисунке ниже четко показано это прямое соединение:

Благодаря прямому смещению разветвитель J 0 и J 2 допускает перемещение носителей. Но промежуточный переход J 1 из-за обратного приложенного потенциала создает широкую область обеднения и блокирует поток основных носителей через нее. Однако через устройство протекает очень небольшой ток утечки из-за движения неосновных носителей. Но этого тока недостаточно для управления схемой.Таким образом, несмотря на наличие прямого напряжения, устройство не проводит. Это известно как режим прямой блокировки или выключенный режим.

Следующее состояние возникает, когда анодный вывод тиристора соединен с отрицательным выводом батареи, а катод соединен с положительным выводом батареи.

Это вызывает обратное смещение перехода J 0 и J 2 , но в то же время из-за такого питания переход J 1 переходит в состояние прямого смещения.Таким образом, смещенный в обратном направлении переход J 0 и J 2 не позволяет протеканию тока. Следовательно, через устройство протекает очень небольшой обратный ток, то есть ток утечки. Это состояние устройства известно как режим обратной блокировки или состояние выключения.

Далее фактический режим работы тиристора возникает при подаче на него внешнего управляющего импульса. Здесь на анод и затвор по отношению к катоду подается достаточное положительное напряжение.

На приведенном выше рисунке мы можем ясно видеть, что прямое напряжение подается на вывод затвора по отношению к выводу катода. Теперь, в этом случае, разветвление J 0 , J 1 и J 2 все находится в состоянии прямого смещения. Итак, основные носители начинают уходить в коллекторную область транзистора Q 1 . А как известно, коллектор Q 1 образует соединение с базой транзистора Q 2 . Этот базовый ток управляет транзистором Q 2 .Кроме того, переход смещен в прямом направлении, поэтому большинство носителей перемещаются к коллектору Q 2 . Таким образом, через устройство протекает большой ток. Таким образом, при подаче импульса запуска затвора через тиристор протекает большой электрический ток. Это состояние называется режимом прямой проводимости .

Теперь, даже если мы уберем напряжение затвора, то также будет иметь место это кумулятивное действие, и ток будет течь через устройство, когда достигнет минимального значения. Этот минимальный ток известен как , ток фиксации .

Теперь возникает вопрос, что нужно сделать, чтобы тиристор выключился, когда он включился?

Итак, ответ на поставленный выше вопрос заключается в уменьшении анодного тока до минимального значения, которое называется удерживающим током . Таким образом, снижение анодного напряжения снова переведет тиристор в режим прямой блокировки.

Характеристическая кривая тиристора

На рисунке ниже представлена ​​характеристическая кривая тиристора:

Здесь на рисунке четко показаны 3 зоны работы тиристора.Как и в случае прямого приложенного напряжения первоначально, когда импульс запуска затвора не применяется, устройство работает в области прямой блокировки. Но, поскольку импульс запуска затвора также предоставляется вместе с прямым напряжением, он вызывает большой ток через устройство. Это представляет собой область прямой проводимости.

При наличии обратного напряжения через устройство протекает только обратный ток утечки. Но после определенного обратного напряжения устройство испытывает лавинный пробой, и это напряжение называется напряжением обратного пробоя устройства.

Статическая характеристика тиристора
  1. Тиристор — это устройство с токовым управлением . Поскольку большой анодный ток контролируется небольшим значением тока затвора.
  2. После подачи запускающего импульса устройство работает как выпрямитель.
  3. Даже если подается импульс запуска, устройство не работает в режиме обратного смещения.
  4. Если анодный ток один раз превышает ток фиксации, то при снятии импульса затвора тиристор не отключается.
  5. Правильная проводимость через устройство имеет место только тогда, когда анодный ток превышает ток удержания.

Применение тиристора

  • В системах управления : Они широко используются для управления двигателями переменного и постоянного тока.
  • В линиях передачи : Использование тиристоров в линиях передачи улучшает их коэффициент мощности.
  • В приложениях переключения : поскольку они обладают огромной способностью переключаться между включенным и выключенным состоянием.Таким образом, в основном используется в коммутационных приложениях.
  • В передаче высокого напряжения постоянного тока : Тиристоры стали неотъемлемой частью линий передачи высокого напряжения.

Ключевые термины, относящиеся к тиристору

  • Ток фиксации : Ток фиксации — это минимальный ток, который протекает через устройство в состоянии прямого смещения. Как только устройство достигает этого конкретного значения, устройство полностью начинает проводить ток даже после удаления стробирующего импульса.
    Этот ток связан с процессом включения тиристора. Его значение примерно в два или три раза превышает ток удержания.
  • Ток удержания : Ток удержания — это минимальный ток, который протекает через устройство в прямом направлении, но ниже этого конкретного значения устройство прекращает проводить. Этот ток связан с отключением процесса тиристора.

Тиристоры из-за их переключающего действия и выпрямительной способности широко используются в силовых полупроводниковых устройствах.Они в основном используются в релейных и фазовых системах управления.

Как работает тиристор / SCR? Основные операции »Примечания по электронике

Тиристор / тиристор можно рассматривать как два встречных транзистора, чтобы объяснить его работу и принцип работы.


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


При проектировании и использовании схем тиристоров или тиристоров помогает понять принцип работы тиристора.

По сути, работу тиристора / тиристора можно объяснить с помощью переключателя с фиксацией. После настройки током на затворе он требует снятия напряжения на катоде и аноде, прежде чем он перестанет проводить.

Работа тиристора: основы

В работе тиристор / тиристор имеет три состояния, в которых он может находиться в любой момент времени:

  • Блокировка обратного направления: В этом режиме или состоянии тиристор блокирует ток таким же образом, как и диод с обратным смещением.Тиристор / SCR может проводить только в одном направлении и блокируется в обратном направлении.
  • Прямая блокировка: В этом режиме или состоянии работа тиристора такова, что он блокирует прямую проводимость тока, которая обычно переносится диодом с прямым смещением. В этом состоянии тиристор / SCR не находится во включенном состоянии, так как вентиль не сработал.
  • Прямая проводимость: В этом режиме тиристор / SCR приводится в действие током на затворе.Он будет проводиться независимо от состояния ворот. Ток должен быть подан только на затвор, чтобы запустить тиристор / тиристор, и он останется проводящим. Устройство перестанет проводить, когда прямой ток упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Тиристор состоит из четырех полупроводниковых областей: P N P N. Внешняя область P образует анод, а внешняя область n — катод, как показано ниже.

Базовая структура тиристора / SCR

Чтобы посмотреть, как работает тиристор, полезно использовать упрощенную эквивалентную схему.Он состоит из двух встречных транзисторов, как показано ниже.

Транзистор с эмиттером, соединенным с катодом тиристора, является устройством NPN, тогда как транзистор с эмиттером, соединенным с анодом SCR, представляет собой разновидность PNP. Затвор подключен к базе транзистора NPN.

Эквивалентная схема тиристора

Эта схема образует петлю положительной обратной связи внутри тиристора. Выход одного транзистора подан на вход второго. В свою очередь, выход второго транзистора возвращается на вход первого.В результате видно, что общий коэффициент усиления по току устройства превышает единицу. Это означает, что когда ток начинает течь, он быстро нарастает, пока оба транзистора не будут полностью включены или насыщены.

Когда на тиристор подается напряжение, ток не течет, потому что ни один из транзисторов не проводит ток. В результате нет полного пути через устройство. Если через электрод затвора пропустить небольшой ток, это включит транзистор TR2. Когда это произойдет, коллектор TR2 упадет по направлению к напряжению на эмиттере, т.е.е. катод всего устройства. Когда это происходит, ток будет течь через базу TR1 и включить этот транзистор. Опять же, теперь он будет пытаться подтянуть напряжение на коллекторе TR1 к его напряжению эмиттера. Это вызовет протекание тока в эмиттере TR2, в результате чего его состояние «включено» будет поддерживаться. Таким образом, для включения тиристора требуется только небольшой пусковой импульс на затворе. После включения тиристор можно выключить только сняв напряжение питания.

Принцип действия рассматриваемого тиристора относительно прост для понимания.

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

Тиристор — для чего это электронное устройство? — ES Components

Тиристор (/ θaɪˈrɪstər /) представляет собой твердотельный полупроводниковый прибор с четырьмя слоями чередующихся материалов P- и N-типа. Он действует исключительно как бистабильный переключатель, проводящий, когда затвор получает триггер тока, и продолжает проводить до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится на обратное, или пока напряжение не будет снято (каким-либо другим способом). Трехпроводной тиристор предназначен для управления большим током на пути от анода к катоду, управляя этим током меньшим током его другого вывода, известного как его затвор.Напротив, двухпроводный тиристор предназначен для включения, если разность потенциалов между его выводами достаточно велика (напряжение пробоя).

Некоторые источники определяют кремниевый выпрямитель (SCR) и тиристор как синонимы. Другие источники определяют тиристоры как более изысканно сконструированные устройства, которые включают по крайней мере четыре слоя чередующейся подложки N-типа и P-типа.

Первые тиристорные устройства были выпущены в продажу в 1956 году. Поскольку тиристоры могут управлять относительно большой мощностью и напряжением с помощью небольшого устройства, они находят широкое применение в управлении электроэнергией, начиная от регуляторов освещенности и управления скоростью электродвигателя до высокой. -передача напряжения постоянного тока.Тиристоры могут использоваться в схемах переключения мощности, схемах замены реле, схемах инверторов, схемах генераторов, схемах датчиков уровня, схемах прерывателей, схемах диммирования света, схемах недорогих таймеров, логических схемах, схемах регулирования скорости, фазовых цепях. схемы управления и т. д. Первоначально для отключения тиристоров требовалось только реверсирование тока, что затрудняло их применение для постоянного тока; более новые типы устройств можно включать и выключать с помощью управляющего сигнала. Последний известен как тиристор выключения затвора или тиристор GTO.Тиристор не является пропорциональным устройством, как транзистор. Другими словами, тиристор может быть только полностью включен или выключен, а транзистор может находиться между включенным и выключенным состояниями. Это делает тиристор не подходящим в качестве аналогового усилителя, но полезным в качестве переключателя.

Источник: Википедия

Обзор схем, типов и приложений тиристоров

На коммерческой основе первые тиристорные устройства были выпущены в 1956 году. С помощью небольшого устройства тиристоры могут управлять большими значениями напряжения и мощности.Широкий спектр применения в регуляторах освещенности, регулировании мощности и скорости электродвигателя. Раньше тиристоры использовались в качестве реверсивного тока для выключения устройства. На самом деле он требует постоянного тока, поэтому приложить его к устройству очень сложно. Но теперь, используя управляющий сигнал строба, новые устройства можно включать и выключать. Тиристоры можно использовать для полного включения и выключения. Но транзистор находится между включенным и выключенным состояниями. Итак, тиристор используется в качестве переключателя и не подходит в качестве аналогового усилителя.Перейдите по ссылке: Методы связи с тиристорами в силовой электронике


Что такое тиристор?

Тиристор — это четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор из материала типа P и N. Всякий раз, когда затвор получает ток срабатывания, он начинает проводить, пока напряжение на тиисторном устройстве не окажется под прямым смещением. Таким образом, в этом состоянии он действует как бистабильный переключатель. Чтобы контролировать большую величину тока двух выводов, мы должны спроектировать трехпроводной тиристор, комбинируя небольшую величину тока с этим током.Этот процесс называется контрольным отведением. Если разность потенциалов между двумя выводами находится под напряжением пробоя, то для включения устройства используется двухпроводной тиристор.

Тиристор

Обозначение цепи тиристора

Обозначение схемы тиристора приведено ниже. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор.


TRIAC Symbol

Тиристор имеет три состояния.

  • Режим обратной блокировки — В этом режиме работы диод блокирует подаваемое напряжение.
  • Режим прямой блокировки — В этом режиме напряжение, приложенное в одном направлении, заставляет диод проводить. Но здесь не будет проводимости, потому что тиристор не сработал.
  • Режим прямой проводимости — Тиристор сработал, и ток будет течь через устройство до тех пор, пока прямой ток не станет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Схема слоев тиристора

Тиристор состоит из трех p-n-переходов , а именно J1, J2 и J3.Если анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, а вывод затвора не запускается никаким напряжением, то J1 и J3 будут находиться в состоянии прямого смещения. В то время как переход J2 будет находиться в состоянии обратного смещения. Таким образом, переход J2 будет в выключенном состоянии (проводимости не будет). Если увеличение напряжения на аноде и катоде превышает значение V BO (напряжение пробоя), то для J2 происходит лавинный пробой, и тогда тиристор переходит в состояние ВКЛ (начинает проводить).

Если к клемме затвора приложено напряжение В G (положительный потенциал), то на переходе J2 произойдет пробой, которая будет иметь низкое значение В AK . Тиристор может переключиться в состояние ВКЛ, выбрав соответствующее значение В G . В условиях лавинного пробоя тиристор будет работать непрерывно без учета напряжения затвора до тех пор, пока не будет удален потенциал V AK или

  • Удерживающий ток больше, чем ток, протекающий через устройство
  • Здесь В G — Импульс напряжения, который является выходным напряжением релаксационного генератора UJT.Схема слоев тиристоров

    Коммутационные схемы тиристоров
    • Тиристорная цепь постоянного тока
    • Тиристорная цепь переменного тока
    Тиристорная цепь постоянного тока

    При подключении к источнику постоянного тока для управления большими нагрузками и током постоянного тока мы используем тиристоры. Основное преимущество тиристора в цепи постоянного тока в качестве переключателя дает высокий коэффициент усиления по току. Небольшой ток затвора может управлять большим количеством анодного тока, поэтому тиристор известен как устройство, работающее от тока.

    Цепь тиристора постоянного тока
    Цепь тиристора переменного тока

    При подключении к источнику переменного тока тиристор действует иначе, поскольку он не такой, как цепь, подключенная к постоянному току. В течение половины цикла тиристор используется в качестве цепи переменного тока, вызывая его автоматическое отключение из-за состояния обратного смещения.

    Тиристорная цепь переменного тока

    Типы тиристоров

    По возможностям включения и выключения тиристоры подразделяются на следующие типы:

    • Тиристоры с кремниевым управлением или тиристоры
    • Тиристоры выключения затвора или тиристоры GTO
    • Тиристоры выключения эмиттера или ETO
    • Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
    • Тиристоры с двунаправленным триодом или тиристоры
    • MOS отключающие тиристоры или MTO
    • Тиристоры с двунаправленным фазовым управлением или BCT
    • активированные кремниевые
    • Тиристоры с быстрым переключением14 или выпрямители с тиристором
    • управляемые тиристоры или FET-CTH
    • Тиристоры с интегрированным затвором или IGCT

    Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые типы тиристоров.

    Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

    Кремниевый управляемый выпрямитель также известен как тиристорный выпрямитель. Это четырехслойное твердотельное устройство с контролем тока. SCR могут проводить ток только в одном направлении (однонаправленные устройства). SCR могут нормально запускаться током, который подается на клемму затвора. Чтобы узнать больше о SCR. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о: Основы и характеристики учебника SCR

    Тиристоры отключения затвора (GTO)

    Одним из особых типов полупроводниковых устройств большой мощности является GTO (тиристоры отключения затвора).Терминал ворот управляет включением и выключением переключателей.

    GTO Symbol

    Если положительный импульс приложен между выводами катода и затвора, то устройство будет включено. Выводы катода и затвора ведут себя как PN-переход, и между выводами существует небольшое напряжение относительно. Это ненадежно как SCR. Для повышения надежности мы должны поддерживать небольшой положительный ток затвора.

    Если импульс отрицательного напряжения приложен между выводами затвора и катода, то устройство выключится.Чтобы вызвать напряжение катода затвора, часть прямого тока украдена, что, в свою очередь, может упасть наведенный прямой ток, и GTO автоматически перейдет в состояние блокировки.

    Приложения

    • Электроприводы с регулируемой скоростью
    • Инверторы большой мощности и тяговое усилие
    GTO Применение на приводе с регулируемой скоростью

    Существует две основные причины использования привода с регулируемой скоростью — это обмен и управление технологической энергией. И это обеспечивает более плавную работу.В этом приложении доступен высокочастотный ГТО с обратной проводимостью.

    GTO Application
    Тиристор выключения эмиттера

    Тиристор выключения эмиттера — это один из типов тиристоров, который включается и выключается с помощью полевого МОП-транзистора. Он включает в себя как преимущества MOSFET, так и GTO. Он состоит из двух вентилей — один вентиль используется для включения, а другой вентиль с последовательным MOSFET используется для выключения.

    Emitter Turn OFF Thyristor

    Если на затвор 2 подается некоторое положительное напряжение, он включает полевой МОП-транзистор, который соединен последовательно с клеммой катода тиристора PNPN.МОП-транзистор, подключенный к клемме тиристорного затвора , выключится, когда мы подадим положительное напряжение на затвор 1.

    Недостатком МОП-транзистора, подключенного последовательно с клеммой затвора, является то, что общее падение напряжения увеличивается с 0,3 В до 0,5 В и потери, соответствующие Это.

    Приложения

    Устройство ETO используется для ограничителя тока повреждения и полупроводникового выключателя из-за его высокой способности прерывания тока, высокой скорости переключения, компактной конструкции и низких потерь проводимости.

    Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе

    По сравнению с электромеханическим распределительным устройством твердотельные автоматические выключатели могут обеспечить преимущества в сроке службы, функциональности и скорости. Во время переходного процесса при выключении мы можем наблюдать рабочие характеристики полупроводникового переключателя ETO .

    Приложение ETO
    Тиристоры с обратной проводимостью или RCT

    Обычный тиристор большой мощности отличается от тиристора с обратной проводимостью (RCT).RCT не может выполнить обратную блокировку из-за обратного диода. Если мы будем использовать обгонный диод или обратный диод, то это будет более выгодно для этих типов устройств. Потому что диод и SCR никогда не будут проводить, и они не могут одновременно выделять тепло.

    RCT Symbol

    Приложения

    RCT или обратнопроводящие тиристоры в преобразователях частоты и преобразователях, используемых в контроллере переменного тока с использованием схемы демпфера.

    Применение в контроллере переменного тока с использованием демпферов

    Защита полупроводниковых элементов от перенапряжения осуществляется путем индивидуального размещения конденсаторов и резисторов параллельно переключателям.Таким образом, компоненты всегда защищены от перенапряжения.

    RCT Application
    Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC

    TRIAC — это устройство для управления током, которое представляет собой трехконтактное полупроводниковое устройство . Он образован от названия «Триод для переменного тока». Тиристоры могут проводить только в одном направлении, но TRIAC может проводить в обоих направлениях. Есть два варианта переключения формы сигнала переменного тока для обеих половин: один использует TRIAC, а другой — тиристоры, подключенные взаимно.Чтобы включить одну половину цикла, мы используем один тиристор, а для работы другого цикла мы используем тиристоры с обратным подключением.

    Симистор

    Применения

    Используется в бытовых регуляторах освещенности, регуляторах малых двигателей, регуляторах скорости электрических вентиляторов, управлении небольшими бытовыми силовыми приборами переменного тока.

    Применение в бытовом диммере

    При использовании отсекающих частей переменного напряжения диммер будет работать. Это позволяет лампе пропускать только части сигнала.Если dim больше, чем прерывание формы волны, также больше. В основном передаваемая мощность будет определять яркость лампы. Обычно для изготовления диммера используется TRIAC.

    Применение симистора

    Это все о типах тиристоров и их применениях. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электрики и электроники вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают тиристоры?

    Кредиты на фото:

    1. Символ тиристора wikimedia
    2. Схема слоев тиристора tumblr
    3. DC Thyristor Circuit Electronics-tutorials
    4. GTO thinkelectronics
    5. TRIAC14 electronicrepairguide 9014dd 901 901
    6. , Характеристики VI, типы, применение, преимущества и недостатки

      A Тиристор представляет собой двухпозиционный переключатель для управления выходной мощностью электрической цепи путем включения и выключения цепи нагрузки через определенные промежутки времени.В этом посте мы попытаемся разобраться, что это такое, как это работает, его характеристики вольт-ампер (VI), режимы работы, приложения, преимущества и недостатки.

      Знакомство с тиристором

      A Тиристор — это однонаправленный полупроводниковый твердотельный прибор с четырьмя слоями чередующегося материала типа P и N. Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора. Анод — это положительный вывод, а катод — отрицательный вывод.

      Затвор управляет потоком тока между анодом и катодом.Он используется в электронных устройствах и оборудовании для контроля электроэнергии или тока. Он действует как выпрямитель и может передавать ток только в одном направлении.

      Первый тиристор был произведен в 1956 году. Наиболее распространенным типом тиристоров является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR).

      Рис.1 — Обозначение тиристора

      Как работает тиристор

      Тиристор действует как диод. Он состоит из двух слоев полупроводников, а именно p-типа и n-типа, зажатых вместе, образуя переход.Анод соединен с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем, а затвор — с внутренним p-слоем. Он имеет 3 соединения, а именно J1, J2, J3, как показано на Рисунок 2 ниже.

      Когда анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, на затвор не подается напряжение. Переходы J1, J3 смещены в прямом направлении, а J2 — в обратном. Таким образом, здесь не проводится никакой проводимости.

      Рис.2 — Схема слоев тиристора

      Теперь, когда положительный потенциал превышает напряжение пробоя, происходит пробой перехода J2, и он начинает проводить.После того, как пробой произошел, он продолжает действовать независимо от напряжения на затворе, пока потенциал на аноде не будет снят или ток через устройство не станет меньше, чем ток удержания.

      Теперь, когда на вывод затвора по отношению к катоду приложен положительный потенциал, происходит пробой перехода J2. Для быстрого включения тиристора необходимо выбрать соответствующее значение потенциала.

      Затвор действует как управляющий электрод. Когда к его затвору прикладывается небольшое напряжение, известное как импульс затвора, устройство переходит в состояние проводимости.Это продолжается до тех пор, пока напряжение на устройстве не изменится на противоположное 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 с помощью управляющего импульса.

      Двухтранзисторный аналог тиристора

      Коллекторный ток от NPN-транзистора подается непосредственно на базу PNP-транзистора, в то время как коллекторный ток PNP-транзистора подается на базу NPN-транзистора.Эти соединенные между собой транзисторы зависят друг от друга для обеспечения проводимости.

      Значит, чтобы один из транзисторов проводил ток, необходим базовый ток. Когда анодный вывод тиристора является отрицательным по отношению к катоду, NP-переход становится смещенным в прямом направлении, а PN-переход становится смещенным в обратном направлении.

      Рис.3 — Двухтранзисторная аналогия тиристора

      Здесь протекание обратного тока блокируется до тех пор, пока не будет приложено напряжение пробоя. После пробоя напряжения он начинает проводить без подачи стробирующего сигнала.Это одна из отрицательных характеристик тиристоров, поскольку они срабатывают при обратном прерывании перенапряжения.

      Когда вывод анода становится положительным по отношению к катоду, внешние переходы смещаются в прямом направлении, а центральный переход NP смещается в обратном направлении и блокирует прямой ток. Таким образом, чтобы вызвать проводимость, на базу транзисторов подается положительный ток.

      Два транзистора соединены в цепь регенерации, 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 быть включены путем приложения положительного тока к базе транзистора.

      Напряжение-ампер (VI) Характеристики тиристора

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

      Тиристоры в прямом смещенном состоянии

      Когда анод становится положительным, PN-переходы на концах смещены в прямом направлении, а центральный переход (NP) становится смещенным в обратном направлении.Он будет оставаться в заблокированном (ВЫКЛ) режиме (также известном как ступень прямой блокировки) до тех пор, пока он не будет запущен импульсом тока затвора или приложенное напряжение не достигнет напряжения прямого переключения.

      Запуск импульсом тока затвора — Когда он запускается импульсом тока затвора, он начинает проводить ток и действует как замыкающий переключатель. Тиристоры остаются во включенном состоянии, то есть в заблокированном состоянии. Здесь ворота теряют контроль, чтобы выключить устройство.

      Запуск по прямому напряжению переключения — При подаче прямого напряжения через блокировку (J2) в среднем переходе тиристоров начинает течь ток утечки.Когда напряжение превышает прямое разрывное напряжение или критический предел, J2 выходит из строя и переходит во включенное состояние.

      Когда ток затвора (Ig) увеличивается, он уменьшает зону блокировки и, таким образом, понижается перенапряжение прямого размыкания. Он включится, когда поддерживается минимальный ток, называемый током фиксации.

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

      Рис.4 — Характеристики тиристора в амперах (VI)

      Тиристоры в обратном смещенном состоянии

      Если анод отрицательный по отношению к катоду, то есть при приложении обратного напряжения, оба PN перехода на конце, то есть J1 и J3, становятся смещенными в обратном направлении, а центральный переход J2 становится смещенным в прямом направлении. По нему протекает лишь небольшой ток утечки. Это режим блокировки обратного напряжения или выключенное состояние тиристора.

      При дальнейшем увеличении обратного напряжения при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и они начинают проводиться в обратном направлении.Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить, известно как обратное напряжение пробоя.

      Сводка

      • Тиристор блокирует напряжение как в прямом, так и в обратном направлении, и, таким образом, формируется симметричная блокировка.
      • A Тиристор включается под действием положительного тока затвора и выключается, когда анодное напряжение падает до нуля.
      • Небольшой ток от затвора к катоду может вызвать срабатывание тиристора, переключив его с разомкнутой цепи на короткое замыкание.

      Режимы работы тиристора

      A Тиристор имеет три режима работы. Это: —

      • Блокировка вперед
      • Блокировка обратного хода
      • Прямая проводка
      Блокировка вперед

      В этом состоянии или режиме прямая токопроводимость заблокирована. Верхний диод и нижний диод смещены в прямом направлении, а переход в центре — в обратном направлении. Таким образом, тиристор не включается, поскольку затвор не срабатывает и через него не течет ток.

      Блокировка обратного хода

      В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и ток по-прежнему не течет. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и они блокируются в обратном направлении, поэтому ток блокируется.

      Прямая проводка

      Когда ток подается на затвор, срабатывает тиристор, и он начинает проводить. Он остается включенным до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, что может быть достигнуто отключением цепи.

      Типы тиристоров

      В зависимости от возможностей включения и выключения, а также физической структуры тиристоры классифицируются как:

      • Тиристоры с кремниевым управлением (SCR)
      • Эмиттер выключения тиристоров (ETO)
      • Тиристоры с быстрым переключением (SCR)
      • Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)
      • Тиристоры выключения ворот (GTO)
      • Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)
      • Тиристоры с управлением на полевых транзисторах (FET-CTH)
      • MOS Тиристоры выключения (MTO)
      • Тиристоры с двунаправленным фазовым управлением (BCT)

      Применение тиристора

      Тиристор используется в различных приложениях, таких как:

      • В основном используется в приводах с регулируемой скоростью вращения.
      • Используется для управления мощными электрическими устройствами.
      • Используется в основном в двигателях переменного тока, осветительных приборах, сварочных аппаратах и ​​т. Д.
      • Используется в ограничителе тока повреждения и автоматическом выключателе.
      • В тиристоре ETO возможны быстрая скорость переключения и низкая проводимость.
      • Используется как диммеры на телевидении, в кинотеатрах.
      • Используется в фотографии для вспышек.
      • Может использоваться в охранной сигнализации.
      • Используется для регулирования скорости вращения электровентилятора.
      • Используется в выключателях зажигания автомобилей.

      Преимущества тиристора

      В число преимуществ тиристора входят:

      • Низкая стоимость.
      • Можно защитить с помощью предохранителя.
      • Может работать с большим напряжением / током.
      • Может управлять питанием переменного тока.
      • Очень легко управлять.
      • Легко включается.
      • GTO или тиристор с выключенным затвором имеет высокий КПД.
      • Работает меньше времени.
      • Тиристорные переключатели могут работать с большой частотой.
      • Требуется меньше места по сравнению с механическими переключателями.
      • Может использоваться для надежных операций.
      • Стоимость обслуживания тиристора намного меньше.
      • Очень проста в использовании для сложных задач управления.
      • Пропускная способность очень хорошая.
      • Может использоваться как генератор в цифровых схемах.
      • Может подключаться параллельно и последовательно для обеспечения электронного управления на высоких уровнях мощности.
      • Тиристоры проводят ток только в одном направлении.
      • Может использоваться в качестве защитного устройства, как предохранитель в линии электропередачи.

      Недостатки тиристора

      • К недостаткам тиристора можно отнести:
      • Не может использоваться для высоких частот.
      • В цепи переменного тока тиристор должен включаться каждый цикл.
      • SCR требует времени для включения и выключения. Это вызывает задержку или повреждение груза.
      • Он может останавливать двигатель при подключении, но не может удерживать его в неподвижном состоянии.
      • Скорость отклика тиристора очень низкая.
      • Не очень полезен в цепях постоянного тока, так как тиристор нельзя отключить, просто сняв привод затвора.
      • Низкая эффективность.
      • Ток фиксации и удержания больше в тиристоре GTO.
      • Возможность обратной блокировки напряжения меньше, чем возможность прямой блокировки.
      • Надежность тиристора TRIAC меньше, чем SCR.
      • У
      • TRIAC более низкий рейтинг du / dt по сравнению с SCR.
        Также читают:
        Технология сотовой связи для телефонов 5G - рабочая архитектура, характеристики, преимущества
      Понижающий трансформатор - принцип работы, уравнение, типы, преимущества и недостатки
      Постоянная память (ROM) - работа, типы, приложения, преимущества и недостатки 

      Саяна является специалистом в области электроники и связи и имеет опыт работы в ИТ-индустрии.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.