Тиристор: принцип работы

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

Свойства тиристоров

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

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

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

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

Работа тиристора при постоянном токе

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

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

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Диммер своими руками: устройство, принцип работы + как сделать диммер самому

Диммер своими руками: 5 схем сборки самодельного светорегулятора

Топ лучших мультиметров

Как мультиметром проверить транзистор

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

что это, принцип работы, свойства, применение

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Что такое тиристор, его устройство и обозначение на схеме

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

Так выглядят тиристоры

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

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

Внешний вид

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

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

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

Принцип работы

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

Принцип работы тиристора в устройствах переменного напряжения: на выходе есть только верхняя часть синусоиды

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

Особенности изготовления магнитопровода

Для изготовления сердечника устройства, обеспечивающего управление тиристорами через трансформатор импульсный, лучше всего подойдут два ферритовых кольца. Их можно снять со списанного оборудования, проследив за тем, чтобы общая площадь поперечного сечения кольцевых заготовок была не менее 50 см2.

Все рабочие поверхности магнитопровода изолируются лакотканью, а сами кольца затем скрепляются хлопчатобумажной лентой, образуя фигуру в виде восьмерки.

Поверх изоляционного слоя впоследствии наматываются питающая, импульсная и силовая обмотки трансформатора. Для увеличения площади поперечного сечения каждая из катушек разбивается на две половинки (полуобмотки) и разносится на разные участки кольца магнитопровода. Этот прием позволяет сэкономить намоточное место и без особых проблем разместить все три рабочие катушки.

Намотка

Для намотки всех катушек тиристорного преобразователя берется провод в лаковой изоляции, дополнительно защищенный сверху оболочкой из ткани. Для достижения требуемого магнитного эффекта потребуются медные жилы диаметром не менее 3-х мм.

Дополнительная информация: Если проводников такого типоразмера найти не удается – можно взять жилу меньшего диаметра (1,7 мм, например) и наматывать ее на сердечники сложенной вдвое.

Для получения необходимых выходных показателей по току и напряжению потребуется намотать все катушки примерно по 210 двойных витков.

Качественный преобразователь, используемых с целью управления мощными тиристорами импульсного трансформатора, удается собрать лишь при условии соблюдения правил намотки (плотном прилегании отдельных проводников). Для этого желательно воспользоваться специальным станком, обеспечивающим хороший натяг каждой жилы.

В заключение отметим, что импульсные трансформаторы для управления тиристорами широко используются в современном электронном оборудовании (включая сварочные агрегаты). Для того чтобы научиться собирать эти устройства, а затем запускать в эксплуатацию – сначала придется внимательно ознакомиться с принципами их работы.

Принцип работы тиристора простыми словами

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

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

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

После снятия отпирающего напряжения, тиристор остается в открытом состоянии (лампочка горит)

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

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

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

Если говорить о внутреннем устройстве, то это три перехода P-N-P-N

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

Состояние проводимости

В отличие от тиристоров триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. (Правила для VGT, IGT и IL те же, что для тиристоров, см. «Правило 1».) Это свойство позволяет триаку работать во всех четырех секторах, как показано на рис. 4.

Когда затвор управляется постоянным током или однополярными импульсами с нулевым значением тока нагрузки, в квадрантах (3+,3–) предпочтителен отрицательный ток затвора по нижеследующим причинам. (Внутреннее строение переходов триака характерно тем, что затвор наиболее отдален от области основной проводимости в квадранте 3+.)

1. При более высоком значении IGT требуется более высокий пиковый IG.
2. При более длинной задержке между IG и током нагрузки требуется большая продолжительность IG.
3. Низкое значение dIT/dt может вызывать перегорание затвора при управлении нагрузками, создающими высокий dI/dt (включение холодной лампы накаливания, емкостные нагрузки).
4. Чем выше IL (это относится и к квадранту 1–), тем большая продолжительность IG будет необходима для малых нагрузок, что позволит току нагрузки с начала полупериода достичь значения выше IL.

В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких, как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3– квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен.

Примечание: 1+, 1–, 3– и 3+ это система обозначений четырех квадрантов, использующаяся для краткости: вместо того, чтобы записать «MT2+, G+», пишется 1+ и т. д. Эти данные получены из графика вольт-амперной характеристики триака. Положительному напряжению T2 соответствует положительное значение тока через T2, и наоборот (см. рис. 5). Следовательно, управление осуществляется только в квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (–) относятся к направлению тока затвора.

Проверка работоспособности

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

Один из видов: силовой Т122-25

Прозвонка мультиметром

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

На цифровых мультиметрах есть режим прозвонки, который позволяет проверять полупроводниковые приборы

Далее поочередно прикасаемся щупами к парам выводов:

• При подключении щупов к аноду и катоду, прибор должен показывать обрыв — «1» или «OL» в зависимости от мультиметра. Если отображаются иные показатели хоть в одном направлении, тиристор пробит.
• Между анодом и управляющим электродом (выводом) должно быть небольшое сопротивление в одном из направлений. В противоположном — обрыв. Если в обоих направлениях или обрыв, или небольшое сопротивление — элемент поврежден.

  Проверка тиристора при помощи мультиметра. На левом рисунке на табло отображается «1», т.е. сопротивление между анодом и катодом слишком велико и прибор не может его зафиксировать. На правом рисунке сопротивление небольшое, так как подано прямое напряжение смещения между анодом и управляющим электродом

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

Схема проверки работоспособности тиристора мультиметром

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

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

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

Схема проверки тиристора при помощи лампочки и источника питания

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

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

Виды тиристоров и их особые свойства

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

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

Тиристоры могут управляться как с анода, так и с катода

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

По проводимости

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

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

Различают в основном, по типу проводимости и способу управления

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

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

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

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

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

Характеристики и их значение

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

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

История изобретения

Изобретение тиристора стало возможным после открытия полупроводников и исследования их свойств. После обнаружения в 1600 году английским физиком Уильямом Гилбертом электричества многие инженеры и ученые посвятили себя изучению этого явления. Выдающими людьми, изучающими электромагнетизм в разное время, были: Эрстед, Ампер, Вольт, Фарадей, Максвелл, Кюри, Яблочков. Благодаря их исследованиям и теоретическим догадкам было установлено, что все окружающие твёрдые тела можно разделить на три группы:

• проводники — вещества, обладающие большим количеством свободных носителей зарядов и способные практически без потерь проводить электрический ток;
• диэлектрики — физические тела, плохо проводящие ток;
• полупроводники — материалы, у которых в кристаллической решётке концентрация подвижных зарядов намного ниже, чем количество атомов.

В 1947 году американцы Бардин, Бреттейн и Шокли создали первый транзистор, что и послужило толчком к бурному развитию полупроводниковой техники. В разных странах начались исследования этих материалов. Так, русским инженером Лошкарёвым была выявленная биполярная диффузия. А Красиловым и Мадояном разработаны образцы германиевых элементов.

В 60-х годах полученные исследования позволили создать чипы, которые содержали несколько объединённых транзисторов. Начали создаваться компании и заводы, выпускающие серийно электронные компоненты. В процессе изучения свойств полупроводников было установлено, что структура монокристаллов, то есть тел, имеющих непрерывную кристаллическую решётку, может иметь три и более p-n переходов. В зависимости от уровня напряжения, подаваемого на один из них, изменялись состояния других.

Учебное пособие по тиристорам/тиристорам

— основы, описание и применение

• Калькуляторы
• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать! Войдите в свою учетную запись

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Завести аккаунт

Политика конфиденциальности

Зарегистрироваться

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановить пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 9 февраля 2021 г.

Статьи категории

Содержание

Тиристор (часто называемый кремниевым управляемым выпрямителем, SCR) – полупроводник , bistate (вкл., выкл.) электронный компонент. Его принцип работы напоминает 9Полупроводниковый диод 0056 или транзистор BJT в конфигурации переключателя. Однако тиристоры не являются полностью управляемыми переключателями, поскольку их нельзя отключить по желанию. После того, как они были включены текущим триггером с терминала ворот, они не могут быть выключены воротами, даже после снятия его сигнала. Тиристор будет оставаться в проводящем состоянии до тех пор, пока не наступит состояние выключения (обратное смещение тиристора или уменьшение его прямого тока ниже определенного порогового уровня, называемого «ток удержания»). Однако есть еще тиристор под названием Тиристор GTO (выключение затвора) , который может включаться и выключаться (обратный ток) сигналом затвора. Поэтому этот компонент можно назвать полупроводниковым диодом, который можно включить.

Первые коммерчески доступные тиристоры SCR появились на рынке в 1956 году, а тиристор GTO был изобретен в 1962 году компанией General Electric.

Рис. 1. Обозначение тиристора (SCR) (то же, что и GTO).

Тиристор – Разделение

Тиристор можно разделить в основном по его свойствам, а затем по количеству его выводов. Различают следующие четыре типа тиристоров (рис. 3.):

• Динистор – однонаправленный двухполюсник,
• Триодный тиристор (SCR) – однонаправленный трехвыводной элемент,
• DIAC (диод для переменного тока) – двунаправленный двухконтактный элемент,
• TRIAC (Триод переменного тока) – двунаправленный трехполюсный элемент.

Из вышеупомянутых тиристоров чаще всего используется триодный тиристор, широко известный как SCR тиристор.

Рис. 2. Пример того, как реальный компонент SCR в типовом корпусе может выглядеть в реальности. Желтый провод от терминала ворот облегчает распознавание.

Название «тиристор» традиционно сохранилось в узком смысле, включая только трехполюсный коммутационный элемент, работающий только в одном направлении. Как видно на рисунке 3, название тиристора имеет более широкое значение.

Рис. 3. Различают множество типов тиристоров в зависимости от числа выводов и формы ВАХ в 3-й четверти ВАХ.

Тиристор – Внутренняя конструкция

Тиристор SCR состоит из трех (или более) переходов, следовательно, из четырех (или более) полупроводниковых слоев с различным легированием в системе «p-n-p-n». К нему прикреплены 3 электрода, два из них подключены к внешним слоям компонента (анод и катод), а третий электрод к одному из средних слоев – слою «p-типа» (затвор).

Рис. 4. Внутренняя структура тиристора (SCR).

На рисунке 5 ниже показано разделение тиристоров по направлению действия:

Рис. 5. Классификация тиристоров (ТТР).

Тиристор – Принцип работы

Тиристор может одновременно работать только в одном из трех следующих рабочих состояний:

• Режим прямой блокировки – ред. диод. Соединения J ₁ , J ₃  имеют прямое смещение, а соединение J ₂  — обратное,
• Прямопроводящий режим – тиристор переведен сигналом затвора в проводящее состояние. Он будет оставаться проводящим до тех пор, пока прямой ток не упадет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».
• Обратный режим блокировки – тиристор блокирует ток так же, как и в обратносмещенном диоде. Ток, протекающий через тиристор в этом рабочем состоянии, представляет собой очень малый обратный ток Дж ₁ , J ₃ соединения.
• При увеличении напряжения, при определенном значении оно превысит уровень пробивного напряжения перехода J ₁  , тогда будет пробой и переход J ₃  . Характеристики тиристора в области обратного смещения не отличаются от характеристик полупроводникового диода.

Тиристор SCR проводит ток от анода к катоду подобно полупроводниковому диоду. Если анод находится в более высоком энергетическом состоянии (положительно), чем катод (отрицательно), внешние «p-n» переходы смещены в прямом направлении, а средний переход «n-p» смещен в обратном направлении.

Пока на затвор SCR не подается положительное напряжение, он не будет проводить ток. Подача положительного напряжения на затвор вызовет протекание «тока затвора», и тиристор сработает. Это также называется «срабатыванием» тиристора.

В отличие от BJT-транзистора, срабатывающий тиристор после отключения тока затвора продолжает проводить ток, что является его несомненным преимуществом в некоторых приложениях, снижающим общий ток потребления в цепи. Он теряет эти свойства только после потери тока нагрузки (ниже значения тока проводимости, минимального значения тока удержания) или при обратном смещении электродов. Затем необходимо снова поджечь тиристор.

Рис. 6. Модель двухбиполярного транзистора как пример принципа работы тиристора.

Тиристор – вольт-амперная характеристика

На рис. 7 внизу представлена ​​вольт-амперная характеристика тринистора:

Рис. 7. Вольт-амперные характеристики IA(VAC) тринисторного тиристора при различных значениях тока затвора IG. На рисунке также отмечены пороговое напряжение тиристора VT и ток его удержания IH.

Тиристор – Приложения

Из-за принципа действия тиристоры обычно используются в энергосистемах для управления большими мощностями с меньшими. Другие области применения перечислены ниже:

• Управление мощностью переменного тока (диммеры освещения, регулировка скорости электродвигателя и т. д.),
• Защита от перенапряжения для источников питания,
• Передача энергии HVDC (высокого напряжения постоянного тока),
• Цепи коммутации переменного тока (тиристоры хорошо выдерживают обратное напряжение),
• Осцилляторы,
• Инверторы.

Источник: В. Марчиняк: «Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone», WNT, Warszawa 1984

Michal

Инженер электроники и телекоммуникаций с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.

SCR (выпрямитель с кремниевым управлением) — конструкция, работа и запуск

Электрическое название управляемого кремнием или полупроводникового выпрямителя (SCR) — Тиристор. Это четырехслойные полупроводниковые устройства, в которых три вывода известны как анод, катод и затвор. На основе триггера, применяемого на затворе, устройство можно рассматривать как переключатель или использовать как выпрямитель. Эти SCR непригодны для амплификации. SCR отвечают за проведение тока в одном направлении. Следовательно, это также однонаправленное устройство. Он состоит из трех узлов в нем. Это устройства, которые работают на основе токов. Поэтому они называются устройствами, управляемыми током. Они очень полезны для управления устройствами, когда питание переменного тока слишком высокое, для управления лампами и для обеспечения контроля фазы двигателей переменного тока.

Определение: Твердотельное устройство с четырехслойной структурой, его ток протекает в одном направлении, как у диода, где он имеет три перехода и три контакта. Эти устройства определяются как выпрямители с кремниевым управлением (SCR). Другое его название – тиристор. Это устройства, работающие от тока. Большое значение тока на выводе анода контролируется значением тока, подаваемого на затвор вывода. Следовательно, это устройства, управляемые током.

Символическое представление SCR

Конструкция SCR

SCR состоит из четырех слоев, состоящих из полупроводниковых материалов P-типа и N-типа. Они наслоены таким образом, что имеют тенденцию образовывать три соединения: J1, J2 и J3. Три клеммы, которые присоединены к нему, известны как анод, катод и затвор. Анод является основной клеммой, через которую протекает или входит ток в устройство. Где катод – это клемма, через которую вводимый ток выходит из устройства.

Клемма ввода тока имеет положительную полярность, а клемма, через которую выходит ток, имеет отрицательную полярность. В промежутке между потоками тока между клеммами должна быть клемма, которая может обеспечить управление. Это может быть обеспечено терминальными воротами. Этот терминал иногда также называют терминалом управления.

P-N-P-N Тип SCR

Предположим, что SCR имеет тип P-N-P-N. В этом случае, когда анод подключается сверху, то есть к P-типу, а катод подключается к концу, то есть к N-типу. Где конечные ворота также подключены к p-типу, но это будет второй P-тип в последовательности. Следовательно, клемма затвора расположена таким образом, что она находится ближе к катоду клеммы.

При этом соединение J1 формируется между первым P-типом и N-типом. Второй переход J2 будет располагаться между слоями N-типа и вторым P-слоями. Третье соединение будет между последними слоями P-типа и N-типа. В зависимости от требований или необходимости приложений эти слои тиристора легированы. Кремний, предпочтительный здесь для его конструкции, относится к собственному типу.

Работа/Эксплуатация SCR

Основной принцип работы SCR заключается в том, что когда на выводной затвор подается запуск или смещение, начинается проводимость. Поскольку это однонаправленное устройство, ток будет в одном направлении. Это похоже на работу диода, но с той лишь разницей, что он может выдерживать большое количество напряжений и мощностей.

Запуск

Запуск SCR — это метод включения устройства. Он должен быть применен с достаточным смещением к терминальному затвору. Следовательно, это известно как срабатывание SCR или срабатывание тиристора. Наконец, когда устройство переходит в состояние ВКЛ или проводящее состояние, максимальный ток протекает через терминальный анод. В SCR задействованы различные типы срабатывания. Это:

  1). Запуск по напряжению

Поскольку значение прямого напряжения превышает максимальную точку, это означает перенапряжение прямого отключения, и в этой ситуации затвор клеммы остается открытым. Этот тип срабатывания тиристора или SCR известен как срабатывание по напряжению. Но это обычно нежелательно, потому что SCR связаны с контролем высоких значений напряжения, если клемма затвора остается открытой, это не может соответствовать требованиям и приводит к разрушению устройства.

2). Термическое срабатывание

Это срабатывание происходит при повышении температуры в устройстве. Это увеличение приводит к увеличению дырочной и электронной пар. Косвенно ток, известный как регенеративный ток, имеет тенденцию увеличиваться, заставляя устройство включаться. Этот тип срабатывания не является предпочтительным из-за теплового состояния, есть вероятность теплового разгона.

3). Запуск светом

В этом типе запуска световые лучи падают на поверхности тиристоров, так что количество пар электронов и дырок увеличивается. Следовательно, тиристор заставил включиться.

  4). dv/dt Запуск

Если уровень напряжения между клеммами анода и соответствующего катода высок, в таких случаях этого уровня напряжения достаточно, чтобы включить тиристор. Но увеличение скорости тока может разрушить устройство. Следовательно, в этом случае срабатывания должна быть предусмотрена защита устройства.

5). Запуск ворот

Этот тип запуска используется наиболее часто. В этом случае клемма затвора срабатывает, чтобы на ней мог включиться тиристор. Когда устройство включается, контроль терминала ворот над устройством теряется. Причина потери управления в том, что регенерация носителей заряда.

Вот некоторые из способов запуска тиристоров.

Приложения

Приложения SCR включают следующее.

• Тиристоры способны управлять устройствами с более высоким значением мощности переменного тока; их можно эффективно использовать там, где требуется управление устройствами с высоким значением напряжения и мощности. Он способен преобразовывать огромное количество энергии переменного тока в постоянный. Следовательно, это эффективный выпрямитель, способный выдерживать высокие напряжения.
• При управлении Реле используются эти устройства.