Принцип действия тиристора: характеристики, параметры, принцип работы, виды и назначение тиристоров

Содержание

Тиристоры принцип действия. Что такое тиристор и как он работает. В качестве заключения

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

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

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

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

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

1.1 Определение, виды тиристоров

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

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

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

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

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

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

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

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

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

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

В качестве динистора используем КН102А-Б.

♦ Работает генератор следующим образом.
При нажатии кнопки Кн , через резисторы R1 и R2 постепенно заряжается конденсатор С (+ батареи – замкнутые контакты кнопки Кн – резисторы – конденсатор С – минус батареи).
Параллельно конденсатору подключена цепочка из телефонного капсюля и динистора. Через телефонный капсюль и динистор ток не протекает, так как динистор еще «заперт».

♦ При достижении на конденсаторе напряжения, при котором пробивается динистор, через катушку телефонного капсюля проходит импульс тока разряда конденсатора (С – катушка телефона – динистор — С). Слышен щелчок из телефона, конденсатор разрядился. Далее снова идет заряд конденсатора С и процесс повторяется.
Частота повторения щелчков зависит от емкости конденсатора и величины сопротивления резисторов R1 и R2 .
♦ При указанных на схеме номиналах напряжения, резисторов и конденсатора, частоту звукового сигнала с помощью резистора R2 можно менять в пределах 500 – 5000 герц. Телефонный капсюль необходимо использовать с низкоомной катушкой 50 – 100 Ом , не более, например телефонный капсюль ТК-67-Н .
Телефонный капсюль необходимо включать с соблюдением полярности, иначе не будет работать. На капсюле есть обозначение +(плюс) и – (минус).

♦ У этой схемы (рис 1) есть один недостаток. Из-за большого разброса параметров динистора КН102 (разное напряжение пробоя), в некоторых случаях, нужно будет увеличить напряжение источника питания до

35 – 45 вольт , что не всегда возможно и удобно.

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


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

В этот момент конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R1 . Напряжение на конденсаторе достигает величины U источника питания.
Отпускаем кнопку Кн .
В этот момент конденсатор разряжается по цепи: резистор R2 – управляющий электрод тиристора – катод — замкнутые контакты кнопки Кн – конденсатор.
В цепи управляющего электрода потечет ток, тиристор «откроется» .
Загорается лампочк а по цепи: плюс батареи – нагрузка в виде лампочки – тиристор — замкнутые контакты кнопки – минус батареи.
В таком состоянии схема будет находиться сколько угодно долго .
В этом состоянии конденсатор разряжен: резистор R2, переход управляющий электрод – катод тиристора, контакты кнопки Кн.

♦ Для выключения лампочки необходимо кратковременно нажать на кнопку Кн . При этом основная цепь питания лампочки обрывается. Тиристор «закрывается» . Когда контакты кнопки замкнутся, тиристор останется в закрытом состоянии, так как на управляющем электроде тиристора Uynp = 0 (конденсатор разряжен).

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

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

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

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

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

Если управляющие электроды не использовать, то это будет динистор, с электродами

А — анод и К — катод .

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

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

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

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

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

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

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

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

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

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

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

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

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

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

Тиристор – это полупроводниковый ключ, конструкция которого представляет собой четыре слоя. Они обладают способностью переходить из одного состояния в другое – из закрытого в открытое и наоборот.

Информация, представленная в данной статье, поможет дать исчерпывающий ответ на вопрос об этом аппарате.

Принцип функционирования тиристора

В специализированной литературе этот прибор также носит название однооперационного тиристора. Это название обусловлено тем, что устройство является не полностью управляемым . Другими словами, при получении сигнала от управляющего объекта он может только перейти в режим включенного состояния. Для того чтобы выключить прибор, человеку придется выполнить дополнительные действия, которые и приведут к падению уровня напряжения до нулевой отметки.

Работа этого прибора основывается на использовании силового электрического поля. Для его переключения из одного состояния в другое применяется технология управления, передающая определенные сигналы. При этом ток по тиристору может двигаться только в одном направлении. В выключенном состоянии этот прибор обладает способностью выдерживать как прямой, так и обратное напряжение.

Способы включения и выключения тиристора

Переход в рабочее состояние стандартного этого типа аппарата осуществляет путем поучения импульса токового напряжения в определенной полярности. На скорость включения и на то, как он впоследствии будет работать, влияют следующие факторы:

Выключение тиристора может быть осуществлено некоторыми способами:

  1. Естественное выключение. В технической литературе также встречается такое понятие, как естественная коммутация – оно аналогично естественному выключению.
  2. Принудительное выключение (принудительная коммутация).

Естественное выключение этого аппарата осуществляется в процессе его функционирования в цепях с переменным током, когда происходит понижение уровня тока до нулевой отметки.

Принудительное выключение включает в себя большое количество самых разнообразных способов. Самым распространенным из них является следующий метод.

Конденсатор, обозначаемый латинской буквой C, соединяется с ключом. Он должен обозначаться маркеровкой S. При этом конденсатор перед замыканием должен быть заряжен.

Основные типы тиристоров

В настоящее время существует немалое количество тиристоров, которые различаются между собой своими техническими характеристиками – скоростью функционирования, способами и процессами управления, направлениями тока при нахождении в проводящем состоянии и др.

Наиболее распространенные типы

  1. Тиристор-диод. Такой прибор аналогичен устройству, которое имеет встречно-параллельный диод во включенном режиме.
  2. Диодный тиристор. Другое название – динистор. Отличительной характеристикой этого устройства является то, что переход в проводящий режим осуществляется в момент, когда уровень тока превышен.
  3. Запираемый тиристор.
  4. Симметричный. Он также носит название симистора. Конструкция этого прибора аналогична двум устройствам со встречно-параллельным диодами при нахождении в режиме работы.
  5. Быстродействующий или инверторный. Этот тип устройства обладает способностью переходить в нерабочее состояние за рекордно короткое время – от 5 до 50 микросекунд.
  6. Оптотиристор. Его работа осуществляется при помощи светового потока.
  7. Тиристор под полевым управлением по ведущему электроду.

Обеспечение защиты

Тиристоры входят в перечень приборов, которые критично влияют на изменение скорости увеличения прямого тока. Как и для диодов, так и для тиристоров характерен процесс протекания обратного тока восстановления. Резкое изменение его скорости и падение до нулевой отметки приводит к повышенному риску возникновения перенапряжения.

Кроме того, перенапряжение в конструкции этого прибора может возникать вследствие полного исчезновении напряжения в разнообразных составных частях системы, например, в малых индуктивностях монтажа.

По вышеуказанным причинам в подавляющем большинстве случаев для обеспечения надежной защиты этих приборов применяют разнообразные схемы ЦФТП. Данные схемы при нахождении в динамическом режиме помогают защищать устройство от возникновения недопустимых значений напряжения.

Надежным средством защиты также является применение варистора . Это устройство подключается к местам вывода индуктивной нагрузки.

В самом общем виде применение такого прибора, как тиристор, можно разделить на следующие группы:

Ограничения тиристора

При работе с любым типом этого прибора следует соблюдать определенные правила техники безопасности, а также помнить о некоторых необходимых ограничениях.

Например, в случае с индуктивной нагрузкой при функционировании такой разновидности прибора, как симистор. В данной ситуации ограничения касаются скорости изменения уровня напряжения между двумя основными элементами – его анодами и рабочим током. Для ограничения влияния тока и перегрузки применяется RC-цепочка .

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

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.

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.

8 января 2013 в 19:23
  • Электроника для начинающих

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор - это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием - не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод - это контакт с внешним p-слоем, катод - с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно .

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы



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

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области - эмиттерными, а центральный переход - коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.


К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать - режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения - это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение - это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение - это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток - это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток - ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току - увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор - не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Принцип работы тиристора схема. Управление тиристором, принцип действия. Его работа подразумевает наличие двух стабильных фаз

Тиристоры выступают твердотельными электронными устройствами, обладающими высокой скоростью коммутации. Эти приборы допустимо использовать для управления всевозможными маломощными электронными компонентами. Однако наряду с маломощной электроникой, посредством тиристоров успешно управляется силовое оборудование. Рассмотрим классические схемы включения тиристора под управление достаточно высокими нагрузками, например, электролампами, электромоторами, электрическими нагревателями и т. п.

Включение полупроводника в открытое состояние возможно путём подачи импульса пускового тока небольшой величины на управляющий электрод У.

Когда тиристор пропускает ток нагрузки в прямом направлении, электрод анода A является положительным по отношению к электроду катода K, с точки зрения регенеративной фиксации.

Как правило, триггерный импульс для электрода У должен иметь длительность в несколько микросекунд. Однако чем длиннее импульс, тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой. Также увеличивается время открывания перехода. Но максимальный ток затвора превышать не допускается.


Схема 1: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — нагрузка в виде лампы накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Эта простая схема включения/выключения применяется для управления лампой накаливания. Между тем схему вполне допустимо использовать в качестве коммутатора электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянным напряжением.

Здесь тиристор имеет прямое смещённое состояние перехода и включается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой КН1.

Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установить слишком высоким относительно питающего напряжения, устройство не сработает.

Стоит только нажать кнопку КН1, тиристор переключается в состояние прямого проводника и остаётся в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки КН1. При этом токовая составляющая нагрузки показывает большее значение, чем ток фиксации тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя видится очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, фактически управляемое током.

Катодный резистор R2 обычно включается с целью уменьшения чувствительности электрода У и увеличения возможностей соотношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор защелкнется и останется в состоянии «включено», сбросить это состояние возможно только прерыванием питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания.

Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку КН2, чтобы разомкнуть цепь, уменьшая до нуля ток, протекающий через тиристор, заставляя прибор перейти в состояние «выключено».

Однако схема имеет также недостаток. Механический нормально замкнутый переключатель КН2 должен быть достаточно мощным — соответствовать мощности всей схемы.

В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем. Один из способов преодолеть проблему с мощностью — подключить коммутатор параллельно тиристору.


Схема 2: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Доработка схемы — включение нормально разомкнутого переключателя малой мощности параллельно переходу А-К, даёт следующий эффект:

  • активация КН2 создаёт «КЗ» между электродами А и К,
  • уменьшается ток фиксации до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Тиристор в цепи переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор работает несколько иначе. Это связано с периодическим изменением полярности переменного напряжения.

Поэтому применение в схемах с питанием переменным напряжением автоматически будет приводить к состоянию обратного смещения перехода. То есть в течение половины каждого цикла прибор будет находиться в состоянии «отключено».

Для варианта с переменным напряжением схема тиристорного запуска аналогична схеме с питанием постоянным напряжением. Разница незначительная — отсутствие дополнительного переключателя КН2 и дополнение диода D1.

Благодаря диоду D1, предотвращается обратное смещение по отношению к управляющему электроду У.

Во время положительного полупериода синусоидальной формы сигнала, устройство смещено вперед, но при выключенном переключателе КН1, к тиристору подводится нулевой ток затвора и прибор остается «выключенным».

В отрицательном полупериоде устройство получает обратное смещение и также останется «выключенным», независимо от состояния переключателя КН1.


Схема 3: КН1 — переключатель с фиксацией; D1 — диод любой под высокое напряжение; R1, R2 -резисторы постоянные 180 Ом и 1 кОм, Л1 — лампа накаливания 100 Вт

Если переключатель КН1 замкнуть, вначале каждого положительного полупериода полупроводник останется полностью «выключенным».

Но в результате достижения достаточного положительного триггерного напряжения (возрастания тока управления) на электроде У, тиристор переключится в состояние «включено».

Фиксация состояния удержания остаётся стабильной при положительном полупериоде и автоматически сбрасывается, когда положительный полупериод заканчивается. Очевидно, т.к. здесь ток анода падает ниже текущего значения.

Во время следующего отрицательного полупериода, устройство будет полностью «отключено» до следующего положительного полупериода. Затем процесс вновь повторяется.

Получается, нагрузка имеет только половину доступной мощности источника питания. Тиристор действует как и проводит переменный ток лишь во время положительных полуциклов, когда переход смещен вперед.

Управление половинной волной

Фазовое управление тиристором является наиболее распространенной формой управления мощностью переменного тока.

Пример базовой схемы управления фазой показан ниже. Здесь напряжение затвора тиристора формируется цепочкой R1C1 через триггерный диод D1.

Во время положительного полупериода, когда переход смещен вперед, конденсатор C1 заряжается через резистор R1 от напряжения питания схемы.

Управляющий электрод У активируются только тогда, когда уровень напряжения в точке «x» вызывает срабатывание диода D1. Конденсатор C1 разряжается на управляющий электрод У, устанавливая прибор в состояние «включено».

Длительность времени положительной половины цикла, когда открывается проводимость, контролируется постоянной времени цепочки R1C1, заданной переменным резистором R1.


Схема 4: КН1 — переключатель с фиксацией; R1 — переменный резистор 1 кОм; С1 — конденсатор 0,1 мкф; D1 — диод любой на высокое напряжение; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; П — синусоида проводимости

Увеличение значения R1 приводит к задержке запускающего напряжения, подаваемого на тиристорный управляющий электрод, что, в свою очередь, вызывает отставание по времени проводимости устройства.

В результате доля полупериода, когда устройство проводит, может регулироваться в диапазоне 0 -180º. Это означает, что половинная мощность, рассеиваемая нагрузкой (лампой), поддаётся регулировке.

Существует масса способов достижения полноволнового управления тиристорами. Например, можно включить один полупроводник в схему диодного мостового выпрямителя. Этим методом легко преобразовать переменную составляющую в однонаправленный ток тиристора.

Однако более распространенным методом считается вариант использования двух тиристоров, соединенных инверсной параллелью.

Самым практичным подходом видится применение одного симистора. Этот полупроводник допускает переход в обоих направлениях, что делает симисторы более пригодными для схем переключения переменного тока.

Полный технический расклад тиристора

Тиристоры

I. Назначение

Тиристорами называются полупроводниковые приборы с тремя (и более) р-п -переходами, предназначенными для использования в качестве электронных ключей в схемах переключения электрических токов. Они переключают электрические цепи, регулируют напряжение, преобразуют постоянный ток в переменный. По устройству и принципу работы он очень похож на полупроводниковый диод, но в отличие от него тиристор управляемый.

"Ключевой" характер действия тринистора позволяет использовать его для переключения электрических цепей там, где для этой цели до этого служили только электромагнитные реле. Полупроводниковые переключатели легче, компактнее и во много раз надежнее в работе, чем электромагнитные реле с механически замыкаемыми контактами. В отличие от таких реле они производят переключение с очень большой скоростью - сотни и тысячи раз в секунду, а если нужно - еще быстрее. Тринисторы используют в современной аппаратуре электрической связи, в быстродействующих системах дистанционного управления, в вычислительных машинах и в энергетических устройствах.

II. Классификация

В зависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на диодные и триодные. В диодных тиристорах различают:

    тиристоры, запираемые в обратном направлении;

    проводящие в обратном направлении;

    симметричные.

Триодные тиристоры подразделяют:

    на запираемые в обратном направлении с управлением по аноду или катоду;

    проводящие в обратном направлении с управлением по аноду или катоду;

Наиболее распространены динисторы - тиристоры с двумя выводами и тринисторы - приборы с тремя выводами. Кроме того, различают группу включаемых тиристоров.

Простейшие диодные тиристоры, запираемые в обратном направлении, обычно изготовляются из кремния и содержат четыре чередующихся р- и п- области (рис.2.2). Область р 1 , в которую попадает ток из внешней цепи, называют анодом , область п 2 – катодом ; области п 1 , р 2 – базами .

Рис.2.2. Структура тиристора .

III. Принцип действия

Если к аноду р 1 подключить плюс источника напряжения, а к катоду п 2 – минус, то переходы П 1 и П 3 окажутся открытыми, а переход П 2 – закрытым. Его называют коллекторным переходом.

Так как коллекторный р-п -переход смещен в обратном направлении, то до определенного значения напряжения почти все приложенное падает на нем. Такая структура легко может быть представлена в виде двух транзисторов разной электропроводности, соединенных между собой так, как показано на рис. 2.3, а,б.

а) б)

Рис. 2.3. Структура (а) и схема двухтранзисторного эквивалента тиристора (б).

Ток цепи определяется током коллекторного перехода П 2 . Он однозначно зависит от потока дырок
из эмиттера транзистора р-п -р - типа и потока электронов
из эмиттера транзистора п -р -п - типа, а также от обратного тока р-п -перехода.

Так как переходы П 1 и П 3 смещены в прямом направлении, из них в области баз инжектируются носители заряда: дырки из области р 1 , электроны – из области п 2 . Эти носители заряда, диффундируя в областях баз п 1 , р 2 , приближаются к коллекторному переходу и его полем перебрасываются через р-п -переход. Дырки, инжектированные из р 1 -области, и электроны из п 2 движутся через переход П 2 в противоположных направлениях, создавая общий ток I .

При малых значениях внешнего напряжения все оно практически падает на коллекторном переходе П 2 . Поэтому к переходам П 1 3 , имеющим малое сопротивление, приложена малая разность потенциалов и инжекция носителей заряда невелика. В этом случае ток I мал и равен обратному току через переход П . При увеличении внешнего напряжения ток в цепи сначала меняется незначительно. При дальнейшем возрастании напряжения, по мере увеличения ширины перехода П 2 , все большую роль начинают играть носители заряда, образовавшиеся вследствие ударной ионизации. При определенном напряжении носители заряда ускоряются настолько, что при столкновении с атомами в области р-п -перехода ионизируют их, вызывая лавинное размножение носителей заряда.

Образовавшиеся при этом дырки под влиянием электрического поля переходят в область р 2 , а электроны – в область п 1 . Ток через переход П 2 увеличивается, а его сопротивление и падение напряжения на нем уменьшаются. Это приводит к повышению напряжения, приложенного к переходам П 1 , П 3 , и увеличению инжекции через них, что вызывает дальнейший рост коллекторного тока и увеличение токов инжекции. Процесс протекает лавинообразно и сопротивление перехода П 2 становится малым.

Носители заряда, появившиеся в областях вследствие инжекции и лавинного размножения, приводят к уменьшению сопротивления всех областей тиристора, и падение напряжения на приборе становится незначительным. На ВАХ этому процессу соответствует участок 2 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис.2.4). После переключения ВАХ аналогична ветви характеристики диода, смещенного в прямом направлении (участок 3). Участок 1 соответствует закрытому состоянию тиристора.

Выключение тиристора осуществляется за счет уменьшения напряжения внешнего источника до значения, при котором ток
меньше (участок 3).

Рис. 2.4. Вольтамперная характеристика динистора

Если параллельно с тиристором включить диод, который открывается при обратном напряжении, то получится тиристор, проводящий в обратном направлении.

Триодные тиристоры (рис. 2.5,а ) отличаются от диодных тем, что одна из баз имеет внешний вывод, который называют управляющим электродом .

Рис. 2.5. Триодный тиристор:

Изменяя ток можно менять напряжение, при котором происходит переключение тиристора, и тем самым управлять моментом его включения.

Для того, чтобы запереть тиристор, нужно либо уменьшить рабочий ток до значения
путем понижения питающего напряжения до значения , либо задать в цепи управляющего электрода импульс тока противоположной полярности.

Процесс включения и выключения тиристора поясняет рис.2.5,в . Если к нему через резистор R приложено напряжение U 1 и ток в цепи управляющего электрода равен нулю, то тиристор заперт. Рабочая точка находится в положении а . Пи увеличении тока управляющего электрода рабочая точка перемещается по линии нагрузки 1. Когда ток управляющего электрода достигнет значения I y 1 , тиристор включится, и рабочая точка его переместится в точку b . Для выключения (I y = 0) необходимо уменьшить напряжение питания до значения
. При этом рабочая точка из b 1 перейдет в а 2 и при восстановлении напряжения – в точку а .

Выключить тиристор можно также путем подачи на управляющий электрод напряжения противоположной полярности и создания в его цепи противоположно направленного тока.

Недостатком такого включения является большое значение обратного тока управляющего электрода, которое приближается к значению коммутируемого тока тиристора. Отношение амплитуды тока тиристора к амплитуде импульса выключающего тока управляющего электрода называется коэффициентом запирания :
. Он характеризует эффективность включения тиристора с помощью управляющего электрода. В ряде разработок

Тиристоры с повышенным коэффициентом запирания часто называют выключаемыми или запираемыми .

IV. Основные параметры тиристоров


Обозначения тиристоров в соответствии с ГОСТ 10862 – 72 состоят из шести элементов. Первый элемент – буква К, указывающая исходный материал полупроводника; второй – буква Н для диодных тиристоров и У для триодных; третий – цифра, определяющая назначение прибора; четвертый и пятый – порядковый номер разработки; шестой – буква, определяющая технологию изготовления, например КУ201А, КН102И и т.д.

Тиристор. Устройство, назначение.

Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор с тремя p–n -переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым и открытым.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают три основных свойства тиристора:

1 тиристор, как и диод, проводит ток в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;

2 тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния.

3 управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из «закрытого» состояния в «открытое», значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;

Устройство и основные виды тиристоров

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

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n , содержащий три последовательно соединённых p-n -перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p -слою называется анодом, к внешнему n -слою - катодом. В общем случае p-n-p-n -прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором . Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как ихВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется такжесимистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов , часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.

Вольтамперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

· Между точками 0 и (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора - прямое запирание (нижняя ветвь).

· В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).

· Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).

· Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)

· На графике показаны ВАХ с разными токами управления (токами на управляющем электроде тиристора) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), причём чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vbo происходит переключение тиристора в проводящее состояние

· Пунктиром обозначен т. н. «ток включения спрямления» (IG>>0), при котором тиристор переходит в проводящее состояние при минимальном напряжении анод-катод. Для того, чтобы перевести тиристор обратно в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления.

· Участок между 0 и Vbr описывает режим обратного запирания прибора.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0-3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор - это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием - не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод - это контакт с внешним p-слоем, катод - с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно .

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы



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

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области - эмиттерными, а центральный переход - коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.


К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать - режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения - это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение - это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение - это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток - это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток - ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току - увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор - не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Тиристор 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.

ПРИНЦИП РАБОТЫ СИЛОВОГО ТИРИСТОРА И ОБЛАСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ. Акишин Сергей Васильевич

) j 1 и j з - j 2 - j2 - j 2. V2. j2 -

ТИРИСТОРЫ ПЛАН 1. Общие сведения: классификация, маркировка, УГО. 2. Динистор: устройство, принцип работы, ВАХ, параметры и применение. 3. Тринистор. 4. Симистор. Тиристор - это полупроводниковый прибор

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Подробнее

Что такое выпрямитель

Что такое выпрямитель Для чего нужны выпрямители Как известно, электрическая энергия производится, распределяется и потребляется преимущественно в виде энергии переменного тока. Так удобнее. Однако потребители

Подробнее

Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ

29 Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Классификация полевых транзисторов 2. МОП-транзисторы 4. Конструкция и характеристики мощных МОП-транзисторов 4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором 5. Выводы

Подробнее

5.1. Физические основы полупроводников

5.1. Физические основы полупроводников Тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную (N), а другая дырочную (Р) проводимость, называется электронно-дырочным

Подробнее

ИЛТ1-1-12, ИЛТ модули управления тиристорами

ИЛТ, ИЛТ модули управления тиристорами Схемы преобразователей на тиристорах требуют управления мощным сигналом, изолированным от схемы управления. Модули ИЛТ и ИЛТ с выходом на высоковольтном транзисторе

Подробнее

Экзаменационный билет 1

Теоретические вопросы к контролю знаний по дисциплине «Электроника» Вопросы в виде билетов (билеты 1-27 для ЗФО; билеты 1-30 для ОФО) Экзаменационный билет 1 1. Схемы ТЛЭС (транзисторной логики с эмиттерными

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 168 443 (13) U1 R U 1 6 8 4 4 3 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

ИЛТ Драйвер управления тиристором

ИЛТ Драйвер управления тиристором Схемы преобразователей на тиристорах требуют изолированного управления. Логические изоляторы потенциала типа ИЛТ совместно с диодным распределителем допускают простое

Подробнее

ПЭР УЛ ПЗ

Государственное бюджетное образовательное учреждение начального профессионального образования Профессиональное училище 1 30.4 Помощник машиниста электровоза Слесарь по ремонту подвижного состава К защите

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

U à, В

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА Контрольные задания Вариант 4 1. Начертить схему включения лучевого тетрода и указать назначения всех элекродов. Каковы недостатки и достоинства лучевых тетродов по сравнению с триодами

Подробнее

Моделирование частотных характеристик

Моделирование частотных характеристик силовых полупроводниковых приборов В статье изложены физические основы расчета потерь и средней их мощности в силовых полупроводниковых диодах и тиристорах при прохождении

Подробнее

МДП-ТРАНЗИСТОРЫ КАК ДИОДЫ

МДП-ТРАНЗИСТОРЫ КАК ДИОДЫ Карзов Б.Н., Кастров М.Ю., Малышков Г.М. При проектировании синхронных выпрямителей необходимо провести моделирование вольтамперных характеристик основных схем диодных включений

Подробнее

ТИРИСТОРЫ СИММЕТРИЧНЫЕ ( СИМИСТОРЫ ) ТС106-10, ТС112-10, ТС112-16, ТС122-20, ТС122-25, ТС13240, ТС132-50, ТС , ТС142-80

ТИРИСТОРЫ СИММЕТРИЧНЫЕ ( СИМИСТОРЫ ) ТС106-10, ТС112-10, ТС112-16, ТС122-20, ТС122-25, ТС13240, ТС132-50, ТС-132-63, ТС142-80 Симметричные тиристоры (симисторы) изготовлены на основе пятислойной кремниевой

Подробнее

РУКОВОДСТВО. Курс: Основы электроники

РУКОВОДСТВО Курс: Основы электроники Учебная программа: Таллиннского Центра профессионального обучения «Мехатроника» (õppetase 411, 412) Объем: 2 учебных недели Назначение курса: учащиеся специальности

Подробнее

Составитель: Н.Н. Муравлева

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ P-N ПЕРЕХОДА. Методические указания к самостоятельной виртуальной практической работе по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов всех

Подробнее

Лекция 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

147 Лекция 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Класфикация полевых трансторов. 2. Полевые трасторы с управляющим p n-переходом. 3. МОП-трасторы с индуцированным каналом. 4. МОП-трасторы с встроенным каналом.

Подробнее

Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

21 Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора 3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов 3. Мощные биполярные транзисторы 4. Выводы 1. Устройство

Подробнее

АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроника» 1 М. А. Оськина АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ Екатеринбург 2009 Федеральное

Подробнее

Нелинейные сопротивления «на ладони»

Нелинейные сопротивления «на ладони» Структурой, лежащей в основе функционирования большинства полупроводниковых электронных приборов, является т.н. «p-n переход». Он представляет собой границу между двумя

Подробнее

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники

Подробнее

ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов

Подробнее

ТИРИСТОРЫ СИММЕТРИЧНЫЕ ( СИМИСТОРЫ ) ТС106-10, ТС112-10, ТС112-16, ТС122-20, ТС122-25, ТС13240, ТС132-50, ТС , ТС142-80

модуль тиристорный Минск т.80447584780 www.fotorele.net www.tiristor.by радиодетали, электронные компоненты email [email protected] tel.+375 29 758 47 80 мтс каталог, описание, технические, характеристики,

Подробнее

Содержание. Предисловие...5 Введение...7

3 Содержание Предисловие...5 Введение...7 I. Электромагнитный момент и электромагнитное усилие электрических машин вращательного и поступательного движения. 1. Общее выражение для момента и силы. 14 2.

Подробнее

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Лектор: ст. преподаватель Баевич Г.А. Лекция 4 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 1. Назначение, классификация и параметры диодов. 2. Устройство диодов малой, средней и большой мощности.

Подробнее

TVS-диоды (TRANSIL и др.) По материалам:

TVS-диоды (TRANSIL и др.) По материалам: http://kazus.ru/articles/369.html Наиболее эффективным средством защиты оборудования от электрических перегрузок (перенапряжений) является активная защита. Основным

Подробнее

ТС106-10, TC112-10, TC112-16, ТС122-20, ТС122-25, TC132-40, TC132-50, TC142-63, TC142-80

модуль тиристорный Минск т.80447584780 www.fotorele.net www.tiristor.by радиодетали, электронные компоненты email [email protected] tel.+375 29 758 47 80 мтс каталог, описание, технические, характеристики,

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Элементарнаябазаэлектронных устройств

Элементарнаябазаэлектронных устройств Диоды, стабилитроны, транзисторыи тиристоры Электронными называют устройства, в которых преобразование электроэнергии и сигналов реализуется с помощью электронных

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

Лекция 11. Устройство и принцип работы динистора и тиристора.

) j 1 и j з - j 2 - j2 - j 2. V2. j2 -

ТИРИСТОРЫ ПЛАН 1. Общие сведения: классификация, маркировка, УГО. 2. Динистор: устройство, принцип работы, ВАХ, параметры и применение. 3. Тринистор. 4. Симистор. Тиристор - это полупроводниковый прибор

Подробнее

Одновибраторы на дискретных элементах.

11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Подробнее

Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

21 Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора 3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов 3. Мощные биполярные транзисторы 4. Выводы 1. Устройство

Подробнее

ИЛТ1-1-12, ИЛТ модули управления тиристорами

ИЛТ, ИЛТ модули управления тиристорами Схемы преобразователей на тиристорах требуют управления мощным сигналом, изолированным от схемы управления. Модули ИЛТ и ИЛТ с выходом на высоковольтном транзисторе

Подробнее

2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область эмиттером (Э), а другая коллектором (К). Обычно концентрация примесей в эмиттере больше, чем в коллекторе.

Подробнее

Цифровые и импульсные устройства

Электроника и МПТ Цифровые и импульсные устройства Импульсные устройства устройства, предназначенные для генерирования, формирования, преобразования и неискаженной передачи импульсных сигналов (импульсов).

Подробнее

Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ

29 Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Классификация полевых транзисторов 2. МОП-транзисторы 4. Конструкция и характеристики мощных МОП-транзисторов 4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором 5. Выводы

Подробнее

ИЛТ Драйвер управления тиристором

ИЛТ Драйвер управления тиристором Схемы преобразователей на тиристорах требуют изолированного управления. Логические изоляторы потенциала типа ИЛТ совместно с диодным распределителем допускают простое

Подробнее

Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План

75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6.

Подробнее

U à, В

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА Контрольные задания Вариант 4 1. Начертить схему включения лучевого тетрода и указать назначения всех элекродов. Каковы недостатки и достоинства лучевых тетродов по сравнению с триодами

Подробнее

Лабораторная работа 1

Лабораторная работа 1 «Исследование работы транзисторного мультивибратора» Цель работы : Произвести расчет транзисторного мультивибратора на биполярных транзисторах» Цели занятия: 1.Развивающая Развитие

Подробнее

Нелинейные сопротивления «на ладони»

Нелинейные сопротивления «на ладони» Структурой, лежащей в основе функционирования большинства полупроводниковых электронных приборов, является т.н. «p-n переход». Он представляет собой границу между двумя

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ Мультивибраторы применяются для генерирования прямоугольных импульсов в тех случаях, когда нет жестких требований к их длительности и частоте повторения. Мультивибраторы на дискретных

Подробнее

Триггеры, одновибраторы, мультивибраторы

КЫРГЫЗСКО-РОССИЙСКИЙ СЛАВЯНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра физических процессов горного производства П.И. ПАХОМОВ Триггеры, одновибраторы, мультивибраторы Методическое руководство

Подробнее

Изучение работы полевого транзистора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Изучение работы полевого транзистора Цель работы: ознакомиться с принципами работы полевого транзистора, построить стоковые характеристики транзистора. Краткие теоретические сведения

Подробнее

ТИРИСТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Я.С.КУБЛАНОВСКИЙ Научно-популярное издание ТИРИСТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА Издательство «Радио и связь», 1987 Предисловие Тиристоры полупроводниковые приборы с четырехслойной р-n-р-n структурой обладают такими

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 168 443 (13) U1 R U 1 6 8 4 4 3 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

2.7 Блок вращения анода RВ07

2.7 Блок вращения анода RВ07 Для уменьшения удельной плотности потока тепловой мощности, воздействующего на анод рентгеновской трубки в месте фокусировки электронного пучка, в флюорографах применяются

Подробнее

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Биполярный транзистор прибор, состоящий из трех полупроводниковых областей с чередующимся типом проводимости (np-n или p-n-p) с двумя p n-переходами, пригодный для усиления, генерации

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

1. Общие сведения о полупроводниках

Тема 14. Полупроводниковые приборы. 1. Общие сведения о полупроводниках Полупроводниками называют вещества, удельная проводимость которых имеет промежуточное значение между удельными проводимостями металлов

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 167 664 (13) U1 R U 1 6 7 6 6 4 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

Лекция 11. Электронно-дырочный переход

Лекция 11. Электронно-дырочный переход Контакт двух примесных полупроводников с различными типами проводимости называется электронно-дырочным переходом или сокращенно p-n-переходом. Обычно он создается

Подробнее

5.1. Физические основы полупроводников

5.1. Физические основы полупроводников Тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в котором одна часть имеет электронную (N), а другая дырочную (Р) проводимость, называется электронно-дырочным

Подробнее

УНИПОЛЯРНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ

УНОЛЯРНЫЕ (ОЛЕВЫЕ) ТРАНЗСТОРЫ Униполярными называются транзисторы, в которых для создания тока используются носители заряда только одного знака. Эти транзисторы делятся на два основных класса: 1) Транзисторы

Подробнее

принцип работы, схемы управления тиристорами, подробные видео разбор темы, фото тиристорного светодиода

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 2.3k. Опубликовано

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.

Тиристор

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.

Cхема управления тиристором

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.

Конструкция тиристора

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.
Тиристор в цепи переменного тока.

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.

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.

Тиристор назначение и принцип работы. Управление тиристором, принцип действия

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

Свойства тиристоров

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

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

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

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

Работа тиристора при постоянном токе

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

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

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

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

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

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

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

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

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

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

В качестве динистора используем КН102А-Б.

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

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

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

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

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

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

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

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

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

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Принцип действия тиристора

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

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

Условия закрытия тиристора:

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

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

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

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

Схема включения

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

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

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

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

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

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

Типы данных электронных компонентов

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

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

Симисторы

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

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

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

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

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

8 января 2013 в 19:23
  • Электроника для начинающих

Добрый вечер хабр. Поговорим о таком приборе, как тиристор. Тиристор - это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или больше взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно соотнести к электронным ключам. Но есть в тиристоре одна особенность, он не может перейти в закрытое состояние в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под названием - не полностью управляемый ключ.

На рисунке представлен обычный вид тиристора. Состоит он из четырех чередующихся типов электро-проводимости областей полупроводника и имеет три вывода: анод, катод и управляющего электрод.
Анод - это контакт с внешним p-слоем, катод - с внешним n-слоем.
Освежить память о p-n переходе можно .

Классификация

В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров. По сути все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динисторами (соответственно имеет только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами, называются триодными или тетродными. Также бывают тиристоры и с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Одним из самых интересных является симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип работы



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

В связи с таким рисунком можно назвать крайние области - эмиттерными, а центральный переход - коллекторным.
Чтобы разобраться как работает тиристор стоит взглянуть на вольт-амперную характеристику.


К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать - режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).
После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

1. Напряжение включения - это минимальное анодное напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние.
2. Прямое напряжение - это прямое падение напряжения при максимальном токе анода.
3. Обратное напряжение - это максимально допустимое напряжение на тиристоре в закрытом состоянии.
4. Максимально допустимый прямой ток - это максимальный ток в открытом состоянии.
5. Обратный ток - ток при максимальной обратном напряжении.
6. Максимальный ток управления электрода
7. Время задержки включения/выключения
8. Максимально допустимая рассеиваемая мощность

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току - увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор - не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Тиристор. Устройство, назначение.

Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор с тремя p–n -переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями электрического равновесия: закрытым и открытым.

Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают три основных свойства тиристора:

1 тиристор, как и диод, проводит ток в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;

2 тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния.

3 управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из «закрытого» состояния в «открытое», значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;

Устройство и основные виды тиристоров

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

Основная схема тиристорной структуры показана на рис. 1. Она представляет собой четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n , содержащий три последовательно соединённых p-n -перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p -слою называется анодом, к внешнему n -слою - катодом. В общем случае p-n-p-n -прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором . Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором (иногда просто тиристором, хотя это не совсем правильно). В зависимости от того, к какому слою полупроводника подключён управляющий электрод, тринисторы бывают управляемыми по аноду и по катоду. Наиболее распространены последние.

Описанные выше приборы бывают двух разновидностей: пропускающие ток в одном направлении (от анода к катоду) и пропускающие ток в обоих направлениях. В последнем случае соответствующие приборы называются симметричными (так как ихВАХ симметрична) и обычно имеют пятислойную структуру полупроводника. Симметричный тринистор называется такжесимистором или триаком (от англ. triac). Следует заметить, что вместо симметричных динисторов , часто применяются их интегральные аналоги, обладающие лучшими параметрами.

Тиристоры, имеющие управляющий электрод, делятся на запираемые и незапираемые. Незапираемые тиристоры, как следует из названия, не могут быть переведены в закрытое состояние с помощью сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Такие тиристоры закрываются, когда протекающий через них ток становится меньше тока удержания. На практике это обычно происходит в конце полуволны сетевого напряжения.

Вольтамперная характеристика тиристора

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиристора

Типичная ВАХ тиристора, проводящего в одном направлении (с управляющими электродами или без них), приведена на рис 2. Она имеет несколько участков:

· Между точками 0 и (Vвo,IL) находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора - прямое запирание (нижняя ветвь).

· В точке Vво происходит включение тиристора (точка переключения динистора во включённое состояние).

· Между точками (Vво, IL) и (Vн,Iн) находится участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением-неустойчивая область переключения во включённое состояние. При подаче разности потенциалов между анодом и катодом тиристора прямой полярности больше Vно происходит отпирание тиристора (динисторный эффект).

· Участок от точки с координатами (Vн,Iн) и выше соответствует открытому состоянию (прямой проводимости)

· На графике показаны ВАХ с разными токами управления (токами на управляющем электроде тиристора) IG (IG=0; IG>0; IG>>0), причём чем больше ток IG, тем при меньшем напряжении Vbo происходит переключение тиристора в проводящее состояние

· Пунктиром обозначен т. н. «ток включения спрямления» (IG>>0), при котором тиристор переходит в проводящее состояние при минимальном напряжении анод-катод. Для того, чтобы перевести тиристор обратно в непроводящее состояние необходимо снизить ток в цепи анод-катод ниже тока включения спрямления.

· Участок между 0 и Vbr описывает режим обратного запирания прибора.

Вольтамперная характеристика симметричных тиристоров отличается от приведённой на рис. 2 тем, что кривая в третьей четверти графика повторяет участки 0-3 симметрично относительно начала координат.

По типу нелинейности ВАХ тиристор относят к S-приборам.

Тиристоры. Устройство, принцип работы, вольт-амперная характеристика

Появление четырехслойных p-n-p-n полупроводниковых элементов совершило настоящий прорыв в силовой электронике. Такие устройства получили название «тиристоров». Кремниевые управляемые вентили являются наиболее распространенным семейством тиристоров.

Данный вид полупроводниковых приборов имеет следующую структуру:

Как видим из структурной схемы тиристор имеет три вывода – катод, управляющий электрод и анод. Подключению к силовым цепям подлежат анод и катод, а управляющий электрод подключается к системе управления (слаботочные сети) для управляемого открытия тиристора.

На принципиальных схемах тиристор имеет такое обозначение:

Вольт-амперная характеристика показана ниже:

Давайте подробнее рассмотрим эту характеристику.

Обратная ветвь характеристики

В третьем квадранте характеристики диодов и тиристоров равны. Если к аноду приложить отрицательный потенциал относительно катода, то к J1  и J3 прикладывается обратное напряжение, а к J2  — прямое, что вызовет протекание тока обратного (он очень мал, как правило несколько миллиампер). Когда же это напряжение увеличится до так называемого напряжения пробоя, произойдет лавинное нарастание тока между J1  и J3. При этом, если данный ток не будет ограничен, то произойдет пробой перехода с последующим выходом из строя тиристора. При обратных же напряжениях, которые не превышают напряжения пробоя, тиристор будет вести себя как резистор с большим сопротивлением.

Зона низкой проводимости

В данной зоне все наоборот. Потенциал катода будет отрицательный по отношению к потенциалу анода. Поэтому к J1  и J3 будет приложено прямое, а к J2 – обратное напряжение. Результатом чего станет весьма малый анодный ток.

Зона высокой проводимости

Если напряжение на участке анод – катод достигнет значения, так называемого напряжением переключения, то произойдет лавинный пробой перехода J2 и тиристор будет переведен в состояние высокой проводимости. При этом Ua снизится от нескольких сотен до 1 — 2 вольт. Оно будет зависеть от типа тиристора. В зоне высокой проводимости ток, протекающий через анод, будет зависеть от нагрузки внешней элемента, что дает возможность рассматривать его в этой зоне как замкнутый ключ.

Если пропустить ток через управляющий электрод, то напряжение включения тиристора уменьшится. Оно напрямую зависит от тока управляющего электрода и при достаточно большом его значении практически равно нулю. При выборе тиристора для работы в схеме, то его подбирают таким образом, чтоб напряжения обратное и прямое не превышали паспортных значений напряжений пробоя и переключения. Если эти условия выполнить трудно, или имеется большой разброс в параметрах элементов (например необходим тиристор на 6300 В, а его ближайшие значения 1200 В), то иногда применяют последовательное  или параллельное  включение элементов.

В нужный момент времени с помощью подачи импульса на управляющий электрод можно перевести тиристор с закрытого состояния в зону высокой проводимости. Ток УЭ, как правило, должен быть выше минимального тока открытия и он составляет порядка 20-200 мА.

Когда анодный ток достигнет определенного значения, при котором запирания тиристора невозможно (ток переключения), управляющий импульс может быть снят. Теперь тиристор сможет перейти обратно в закрытое состояние только при уменьшении тока ниже, чем ток удержания, или прикладыванием к нему напряжения обратной полярности.

Видео работы и графики переходных процессов тиристора можно посмотреть здесь.

Принципы работы и работа тиристоров

Тиристор, также известный как SCR (кремниевый выпрямитель), представляет собой диод особого типа, который пропускает ток только тогда, когда на его вывод затвора подается управляющее напряжение. Хотя это, похоже, не более чем переключатель, управляемый напряжением, следует отметить следующее: При наличии прямого тока (т.е. после тиристор включается подходящим напряжением затвора) он не выключится даже после снятия напряжения затвора.Тиристор выключится только тогда, когда прямой ток упадет до нуля. В цепи постоянного тока это делает устройство практически бесполезным, за исключением некоторых конкретных приложений безопасности (защиты от лома).


Чаще всего тиристоры используются в цепях переменного тока. В цепи переменного тока прямой ток падает до нуля в течение каждого цикла, поэтому всегда будет функция отключения. Однако это означает, что гейт необходимо запускать каждый цикл, чтобы снова включить его.Именно в относительном времени выполнения этих двух функций тиристору отводится самая важная роль - регулирование мощности. Обратите внимание на показанную форму волны. ниже это соответствует типичному источнику переменного напряжения. Если тиристор включается в начале разряда положительного напряжения, то время его прямой проводимости увеличивается до максимума. Это означает максимальную мощность, передаваемую нагрузке. Соответственно, если он включен ближе к концу положительного экскурсии достигается минимальное время проводимости и минимальная мощность.
Посредством подходящего временного управления напряжением затвора можно разработать грубый регулятор мощности, например, для управления уровнем нагрева простого резистивного нагревателя.

Как видно из схемы напротив, только половина цикла переменного тока доступна для управления, поскольку вся отрицательная половина находится в неправильном направлении для тиристора (действие диода). Это довольно расточительно, и гораздо лучший вариант - использовать два тиристора (спина к спине) для управления проводимостью в обоих направлениях.Устройство, специально разработанное для этого, называется TRIAC и показано ниже.

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

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

SCR

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

Символ SCR

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

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

Строительство SCR

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

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

Как работает SCR

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

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

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

Режим прямой блокировки

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

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

Режим прямой проводимости

Режим прямой проводимости - единственный режим, в котором SCR будет находиться во включенном состоянии и будет проводить.Мы можем сделать тиристор проводящим двумя способами: один - мы можем увеличить приложенное напряжение прямого смещения сверх напряжения пробоя , либо мы можем подать положительное напряжение на вывод затвора.

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

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

Обратный режим блокировки

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

VI Характеристики SCR

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

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

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

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

Приложения SCR

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

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

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

Различные типы SCR и упаковки

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

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

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

Основание шпильки: Устройство основания шпильки будет иметь резьбовое основание, оно имеет двойное преимущество - низкое тепловое сопротивление и простоту монтажа. Они доступны в диапазоне тока от 5 до 150 A и полном диапазоне напряжений. Единственный недостаток - непростая изоляция от радиатора

.

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

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

Тиристор или кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Кремниевый управляемый выпрямитель ( SCR ) представляет собой однонаправленное полупроводниковое устройство, изготовленное из кремния. Это устройство является твердотельным эквивалентом тиратрона и, следовательно, его также называют тиристором или тироидным транзистором . Фактически, SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​- это торговое название, данное тиристору компанией General Electric. По сути, SCR представляет собой трехконтактный четырехслойный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся слоев материала p-типа и n-типа.

Следовательно, он имеет три pn перехода: J 1 , J 2 и J 3 . На рисунке ниже показана SCR со слоями p-n-p-n. Устройство имеет клеммы анод (A), катод (K) и затвор (G). Вывод затвора (G) прикреплен к p-слою ближе к выводу катода (K).

Символ SCR или тиристора показан на рисунке ниже.

SCR можно рассматривать как два взаимосвязанных транзистора, как показано ниже.

Видно, что один SCR представляет собой комбинацию одного pnp-транзистора (Q 1 ) и одного npn-транзистора (Q 2 ).Здесь эмиттер Q 1 действует как анодный вывод SCR, а эмиттер Q 2 - его катод. Далее, база Q 1 соединена с коллектором Q 2 , а коллектор Q 1 соединена с базой Q 2 . Вывод затвора SCR также подключен к базе Q 2 .

Работу SCR можно понять, проанализировав его поведение в следующих режимах:

Режим обратной блокировки SCR

В этом режиме SCR имеет обратное смещение путем подключения его анодного вывода (A) к отрицательному концу и катоду клемму (K) к положительному полюсу аккумулятора.Это приводит к обратному смещению переходов J 1 и J 3 , что, в свою очередь, запрещает протекание тока через устройство, несмотря на то, что переход J 2 остается в прямом смещенном состоянии. В этом состоянии SCR ведет себя как обычный диод. В этом состоянии обратного смещения через устройство протекает только обратный ток насыщения, как в случае обратного смещения диода, который показан на характеристической кривой синей линией. Устройство также демонстрирует явление обратного пробоя за пределами безопасного обратного предела напряжения, как и диод.

Режим прямой блокировки SCR

Здесь положительное смещение применяется к SCR путем подключения анодной клеммы (A) к положительной, а катодной клеммы (K) к отрицательной клемме батареи, как показано на рисунке ниже. В этом случае переход J 1 и J 3 смещается вперед, а переход J 2 смещается в обратном направлении.

Здесь также ток не может проходить через тиристор, за исключением крошечного тока, протекающего как ток насыщения, как показано синей кривой на характеристической кривой ниже.

Режим прямой проводимости SCR

SCR можно сделать так, чтобы он проводил либо
(i) путем увеличения положительного напряжения, приложенного к анодному выводу (A), за пределы напряжения прерывания, В B или
(ii) приложить положительное напряжение к клемме затвора (G), как показано на рисунке ниже.

В первом случае увеличение приложенного смещения вызывает пробой первоначально смещенного в обратном направлении перехода J 2 в точке, соответствующей перенапряжению прямого разрыва, V B .Это приводит к внезапному увеличению тока, протекающего через SCR, как показано розовой кривой на характеристической кривой, хотя вывод затвора SCR остается несмещенным.

Однако, тиристор может также включаться при гораздо меньшем уровне напряжения, обеспечивая небольшое положительное напряжение на выводе затвора. Причину этого можно лучше понять, рассмотрев эквивалентную схему транзистора SCR, показанную на рисунке ниже.

Здесь видно, что при подаче положительного напряжения на вывод затвора транзистор Q 2 включается, и ток его коллектора течет в базу транзистора Q 1 .Это приводит к включению Q 1 , что, в свою очередь, приводит к протеканию тока его коллектора в базу Q 2 .

Это вызывает насыщение любого транзистора с очень высокой скоростью, и действие не может быть остановлено даже путем устранения смещения, приложенного к выводу затвора, при условии, что ток через SCR больше, чем ток фиксации. Здесь ток фиксации определяется как минимальный ток, требуемый для поддержания тринистора в проводящем состоянии даже после удаления импульса затвора.

В таком состоянии говорят, что тиристор заблокирован, и не будет никаких средств для ограничения тока через устройство, кроме как путем использования внешнего импеданса в цепи. Это требует использования различных методов, таких как естественная коммутация, принудительная коммутация или отключение обратного смещения и выключение затвора, чтобы выключить проводящий тиристор.

По сути, все эти методы направлены на снижение анодного тока ниже тока удержания. Ток удержания определяется как минимальный ток для поддержания SCR в проводящем режиме.

Подобно методам выключения, существуют также различные методы включения для SCR, такие как запуск сигналом затвора постоянного тока, запуск сигналом затвора переменного тока и запуск импульсным сигналом затвора, запуск по прямому напряжению, запуск затвора, dv / dt Запуск, запуск по температуре и световой запуск.

Существует множество вариантов устройств SCR, а именно: тиристор с обратной проводимостью (RCT), тиристор с выключенным затвором (GTO), тиристор с автоматическим затвором (GATT), асимметричный тиристор, тиристоры со статической индукцией (SITH), MOS Controlled Тиристоры (MCT), светоактивные тиристоры (LASCR) и т. Д.Обычно тиристоры имеют высокую скорость переключения и могут выдерживать большие токи. Это делает тиристор (SCR) идеальным для многих приложений, таких как

  1. Цепи переключения питания (как для переменного, так и для постоянного тока)
  2. Цепи переключения при нулевом напряжении
  3. Цепи защиты от перенапряжения
  4. Управляемые выпрямители
  5. Инверторы
  6. Управление мощностью переменного тока (включая фонари, двигатели и т. д.)
  7. Импульсные цепи
  8. Регулятор заряда аккумулятора
  9. Блокировочные реле
  10. Компьютерные логические схемы
  11. Блоки дистанционного переключения
  12. Контроллеры, запускаемые по фазовому углу
  13. Цепи синхронизации
  14. ИС, запускающие цепи
  15. Сварка Управление машинами
  16. Системы контроля температуры

Кремниевый выпрямитель (SCR) | Символ, работа, приложения

В этом руководстве мы узнаем о кремниевом управляемом выпрямителе (SCR).Мы узнаем его символ, структуру, работу, методы включения и выключения и некоторые приложения.

Введение

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) - самый важный и наиболее часто используемый член семейства тиристоров. SCR может использоваться для различных приложений, таких как выпрямление, регулирование мощности и инверсия и т. Д. Как и диод, SCR - это однонаправленное устройство, которое пропускает ток в одном направлении и противодействует в другом.

SCR - трехконтактное устройство; анод, катод и затвор, как показано на рисунке.SCR имеет встроенную функцию для включения или выключения, и его переключение контролируется условиями смещения и входной клеммой затвора.

Это приводит к изменению средней мощности, подаваемой на нагрузку, путем изменения периодов включения SCR. Он может выдерживать несколько тысяч напряжений и токов. Символ SCR и его выводы показаны на рисунке.

К началу

Конструкция выпрямителя с кремниевым управлением

SCR - это четырехуровневое и трех оконечное устройство.Четыре слоя, состоящие из слоев P и N, расположены поочередно, так что они образуют три соединения J1, J2 и J3. Эти переходы бывают либо легированными, либо диффузными, в зависимости от типа конструкции.

Внешние слои (P- и N-слои) сильно легированы, тогда как средние P- и N-слои слабо легированы. Вывод затвора взят на средний P-слой, анод - от внешнего P-слоя, а катод - от выводов N-слоя. SCR сделан из кремния, потому что по сравнению с германием ток утечки в кремнии очень мал.

Для изготовления SCR используются три типа конструкций: планарный тип, тип Mesa и тип пресс-пакета. Для маломощных тиристоров используется планарная конструкция, в которой все переходы в тиристорах рассеиваются. В конструкции типа мезы переход J2 формируется диффузионным методом, и, таким образом, внешние слои сплавляются с ним.

Эта конструкция в основном используется в мощных кремниевых выпрямителях. Для обеспечения высокой механической прочности SCR закреплен пластинами из молибдена или вольфрама.И одна из этих пластин припаяна к медной шпильке, на которую дополнительно навинчивается радиатор.

К началу

Работа или режимы работы SCR

В зависимости от смещения, заданного SCR, работа SCR делится на три режима. Их

  1. Режим прямой блокировки
  2. Режим прямой проводимости и
  3. Обратный режим блокировки
Режим прямой блокировки

В этом режиме работы кремниевый управляемый выпрямитель подключается таким образом, что вывод анода становится положительным по отношению к катоду, в то время как вывод затвора остается открытым.В этом состоянии переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а переход J2 - в обратном.

Из-за этого через тиристор протекает небольшой ток утечки. До тех пор, пока напряжение, приложенное к SCR, не станет больше, чем напряжение отключения, SCR будет оказывать очень высокое сопротивление протеканию тока. Следовательно, в этом режиме SCR действует как разомкнутый переключатель, блокируя прямой ток, протекающий через SCR, как показано на кривой характеристик VI SCR.

К началу

Режим прямой проводимости

В этом режиме тиристор или тиристор переходит в режим проводимости из режима блокировки.Это можно сделать двумя способами: либо путем подачи положительного импульса на вывод затвора, либо путем увеличения прямого напряжения (или напряжения на аноде и катоде) сверх напряжения отключения SCR.

При применении любого из этих методов лавинный пробой происходит на стыке J2. Поэтому SCR переходит в режим проводимости и действует как замкнутый переключатель, в результате чего через него начинает течь ток.

Обратите внимание, что на характеристическом рисунке VI, если значение тока затвора высокое, минимум будет моментом для перехода в режим проводимости, как Ig3> Ig2> Ig1.В этом режиме через тиристор протекает максимальный ток, и его значение зависит от сопротивления нагрузки или импеданса.

Также следует отметить, что если ток затвора увеличивается, напряжение, необходимое для включения SCR, меньше, если предпочтительнее смещение затвора. Ток, при котором SCR переходит в режим проводимости из режима блокировки, называется током фиксации (IL).

А также, когда прямой ток достигает уровня, при котором SCR возвращается в состояние блокировки, называется током удержания (IH).На этом уровне удерживающего тока область истощения начинает развиваться вокруг перехода J2. Следовательно, ток удержания немного меньше тока фиксации.

К началу

Обратный режим блокировки

В этом режиме работы катод положительный по отношению к аноду. Тогда переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а J2 - в прямом. Это обратное напряжение переводит SCR в область обратной блокировки, в результате чего через него протекает небольшой ток утечки, и он действует как разомкнутый переключатель, как показано на рисунке.

Итак, устройство обеспечивает высокий импеданс в этом режиме до тех пор, пока подаваемое напряжение не станет меньше напряжения обратного пробоя VBR тринистора. Если обратное приложенное напряжение превышает VBR, то на переходах J1 и J3 происходит лавинный пробой, что приводит к увеличению обратного тока, протекающего через SCR.

Этот обратный ток вызывает большие потери в тиристоре и даже увеличивает его нагрев. Таким образом, если обратное напряжение больше, чем VBR, будет значительно поврежден SCR.

К началу

Двухтранзисторный аналог SCR

Аналогия с двумя транзисторами или модель с двумя транзисторами SCR выражает самый простой способ понять работу SCR, визуализировав его как комбинацию двух транзисторов, как показано на рисунке. Коллектор каждого транзистора соединен с базой другого транзистора.

Предположим, что сопротивление нагрузки подключено между выводами анода и катода, а небольшое напряжение приложено к выводам затвора и катода.При отсутствии напряжения на затворе транзистор 2 находится в режиме отсечки из-за нулевого тока базы. Следовательно, ток не течет через коллектор и, следовательно, через базу транзистора T1. Следовательно, оба транзистора имеют разомкнутую цепь, и поэтому ток через нагрузку не протекает.

Когда между затвором и катодом прикладывается определенное напряжение, через базу транзистора 2 протекает небольшой ток базы, и, таким образом, ток коллектора увеличивается. И, следовательно, базовый ток на транзисторе T1 переводит транзистор в режим насыщения, и, таким образом, ток нагрузки будет течь от анода к катоду.

Из приведенного выше рисунка базовый ток транзистора T2 становится током коллектора транзистора T1 и наоборот.

Отсюда

Ib2 = Ic1 и Ic2 = Ib1

Также ток через катодный вывод, Ik = Ig + Ia …… (1)

Для транзистора,

Ib1 = Ie1 - Ic1 …… (2)

и Ic1 = α1Ie1 + Ico1 …… (3)

Где Ico1 - ток утечки.

Подставляя уравнение 3 в уравнение 2, получаем

Ib1 = Ie1 (1 - α1) - Ico1 …….(4)

Из рисунка анодный ток - это эмиттерный ток транзистора Т1,

.

Ia = Ie1

Тогда Ib1 = Ia (1 - α1) - Ico1

А также для транзистора Т2

Ic2 = α2Ie2 + Ico2

Но Ik = Ie2

Следовательно, Ic2 = α2Ik + Ico2

Ic2 = α2 (Ig + Ia) + Ico2… .. (5)

Но Ib1 = Ic2… .. (6)

Подставляя уравнения 4 и 5 в уравнение 6, получаем

Ia (1 - α1) - Ico1 = α2 (Ig + Ia) + Ico2

Ia = [α2 Ig + Ico1 + Ico2] / [1- (α1 + α2)]

Предполагая, что токами утечки в обоих транзисторах можно пренебречь, получаем

Ia = [α2 Ig] / [1- (α1 + α2)]

где α1 и α2 - соответствующие коэффициенты усиления двух транзисторов.

К началу

Методы включения SCR

Из приведенного выше уравнения, если (α1 + α2) равно единице, то Ia становится бесконечным. Это означает, что анодный ток внезапно повышается до высокого значения и переходит в режим проводимости из непроводящего состояния. Это называется регенеративным действием SCR. Таким образом, для срабатывания тринистора значение тока затвора (α1 + α2) должно приближаться к единице. Из полученного уравнения условия для включения SCR равны

.

1. Ток утечки через тиристор будет увеличиваться при очень высокой температуре устройства.Это превращает SCR в проводимость.

2. Когда ток, протекающий через устройство, очень мал, тогда α1 и α2 очень малы. Условиями возникновения перенапряжения являются большие значения коэффициента размножения электронов Mn и коэффициента размножения дырок Mp вблизи перехода J2. Следовательно, при повышении напряжения на устройстве для разрыва перенапряжения VBO вызывает пробой перехода J2, и, таким образом, SCR включается.

3. А также за счет увеличения α1 и α2 достигается условие прерывания.Коэффициент усиления транзисторов по току зависит от значения Ig, поэтому при увеличении Ig можно включить тиристор.

К началу

Методы выключения SCR

SCR не может быть выключен через клемму затвора, как процесс включения. Чтобы выключить SCR, анодный ток должен быть уменьшен до уровня ниже уровня удерживающего тока SCR. Процесс выключения SCR называется коммутацией. Два основных типа коммутации SCR:

  1. Естественная коммутация и
  2. Принудительная коммутация

Принудительная коммутация снова подразделяется на несколько типов, например,

  • Коммутация класса A
  • Коммутация класса B
  • Коммутация класса C
  • Коммутация класса D
  • Коммутация класса E

Наверх

Управление двигателем постоянного тока с помощью SCR

Рассмотрим рисунок ниже, на котором тиристоры используются для управления скоростью двигателя постоянного тока.Как мы, тот двигатель постоянного тока состоит из обмоток возбуждения и якоря. Путем управления напряжением, подаваемым на якорь, регулируется скорость двигателя постоянного тока.

Источник питания переменного тока подключен к первичной и вторичной обмотке трансформатора, два тиристора подключены параллельно, как показано на рисунке. Выход этих тиристоров приводит в действие двигатель постоянного тока. Обмотка возбуждения подключена через диоды, которые подают в обмотку возбуждения неконтролируемый постоянный ток.

Во время положительного полупериода входа SCR1 смещен в прямом направлении, и когда на затвор подается пусковой импульс, SCR1 начинает проводить.Таким образом, ток нагрузки течет к двигателю постоянного тока через SCR1. Во время отрицательного полупериода входа SCR 2 смещен в прямом направлении, а SCR 1 - в обратном, и, следовательно, SCR1 выключен.

Когда на SCR2 подано срабатывание затвора, он начинает проводить. Изменяя триггерный вход для соответствующих SCR, средний выходной сигнал для двигателя постоянного тока изменяется, и, следовательно, его скорость регулируется.

К началу

Управление двигателем переменного тока с помощью SCR

Скорость асинхронного двигателя переменного тока регулируется путем изменения приложенного к нему напряжения статора.На рисунке ниже показано подключение SCR для изменения напряжения, подаваемого на статор асинхронного двигателя.

Каждая фаза состоит из двух антипараллельных SCR, один для положительного пика, а другой для отрицательного пика. Таким образом, всего шесть конфигураций SCR используются для производства переменной мощности.

Входное трехфазное питание переменного тока подается на трехфазный асинхронный двигатель через этот набор тиристоров. Когда эти тиристоры запускаются с задержкой импульсов, среднее напряжение, прикладываемое к асинхронному двигателю, изменяется и, следовательно, изменяется скорость.

К началу

Преимущества выпрямителя с кремниевым управлением

  1. По сравнению с электромеханическим или механическим переключателем, SCR не имеет движущихся частей. Следовательно, с высокой эффективностью он может обеспечить бесшумную работу.
  2. Скорость переключения очень высока, так как он может выполнять 1 нанооперацию в секунду.
  3. Они могут работать при высоком напряжении и токе с небольшим током затвора.
  4. Больше подходит для работы на переменном токе, потому что в каждом нулевом положении цикла переменного тока SCR автоматически отключается.
  5. Небольшой размер, поэтому простой монтаж и бесперебойное обслуживание.

К началу

Сводка

  1. Кремниевый управляемый выпрямитель ведет себя как переключатель с двумя состояниями: непроводящий или проводящий.
  2. Есть три режима, в которых работает SCR. Это прямая блокировка, режим прямой проводимости и режим обратной блокировки.
  3. Существует два основных способа включения тринистора: либо путем увеличения напряжения на тиристоре сверх напряжения отключения тринистора, либо путем подачи небольшого напряжения на затвор.Типичное значение затвора - 1,5 В, 30 мА. Если ток затвора увеличивается, тиристор включается при значительно пониженном напряжении питания.
  4. SCR не может быть выключен через затвор, поэтому, чтобы открыть SCR, подаваемое напряжение должно быть уменьшено до нуля.
  5. Выпрямитель с кремниевым управлением
  6. может использоваться как для коммутации постоянного, так и переменного тока.

К началу

Принципы и схемы симистора

- Часть 1


Симистор - это управляемый полупроводниковый переключатель мощности переменного тока средней и высокой мощности с полуфиксатором.В этой статье, состоящей из двух частей, объясняется его основная работа и показаны различные способы ее использования. Большинство практических схем показывают два набора значений компонентов для использования с обычными бытовыми / коммерческими источниками переменного напряжения 50 Гц или 60 Гц с номинальными значениями либо 240 В (как используется в большинстве стран Европы), либо (в скобках) 120 В (как используется в большинстве стран). Соединенные Штаты Америки). В каждой конструкции пользователь должен использовать симистор с номинальными характеристиками, соответствующими его или ее конкретному применению.

Основы симистора

РИСУНОК 1.Символы симистора.
РИСУНОК 2. Простой выключатель питания переменного тока с резистивной (ламповой) нагрузкой.

Симистор - это трехконтактный (MT1, затвор и MT2) твердотельный тиристор, который использует альтернативные символы на рис. 1 и действует как пара SCR, подключенных обратно параллельно и управляемых через один затвор. Терминал. Он может проводить ток в любом направлении между своими выводами MT1 и MT2 и, таким образом, может использоваться для непосредственного управления мощностью переменного тока.Он может запускаться как положительными, так и отрицательными токами затвора, независимо от полярности тока MT2, и, таким образом, он имеет четыре возможных режима запуска или «квадрантов», обозначенных следующим образом:

I + Mode = ток MT2 + ve, ток затвора + ve
I- Mode = ток MT2 + ve, ток затвора -ve
III + Mode = ток MT2 -ve, ток затвора + ve
III + Mode = ток MT2 -ve, затвор текущий -ve

Чувствительность по току триггера является максимальной, когда токи MT2 и затвор имеют одинаковую полярность (либо положительную, либо отрицательную), и обычно примерно вдвое меньше, когда они имеют противоположную полярность.

На рис. 2 показан симистор, используемый в качестве простого переключателя питания переменного тока, управляющего резистивной ламповой нагрузкой; Предположим, что SW2 закрыт. Когда SW1 разомкнут, симистор действует как разомкнутый переключатель, и лампа пропускает нулевой ток. Когда SW1 замкнут, симистор включается через резистор R1 и автоматически фиксируется вскоре после начала каждого полупериода, таким образом переключая полную мощность на ламповую нагрузку. Симистор автоматически отключается в конце каждого полупериода переменного тока, когда мгновенное напряжение питания (и, следовательно, ток нагрузки) на короткое время падает до нуля.

В рис. 2 задачей R1 является ограничение пикового мгновенного тока затвора включения симистора до безопасного значения; его сопротивление (в сочетании с сопротивлением нагрузки) должно быть больше, чем пиковое напряжение питания (примерно 350 В в цепи 240 В переменного тока, 175 В в цепи 120 В), деленное на пиковый ток затвора симистора (который обычно указывается в документации производителя симистора). расширенные листы данных).

Примечание в Рисунок 2 (и в большинстве других схем симистора, показанных в этой мини-серии), что - по соображениям безопасности - нагрузка подключена последовательно с нейтралью (N) источника переменного тока и главным выключателем. SW2 может изолировать всю цепь от линии под напряжением (L).

Влияние скорости симистора

РИСУНОК 3. Простой выключатель питания переменного тока с индуктивной нагрузкой и демпфирующей сетью C1-R2 для подавления скоростного эффекта.

Большинство симисторов, таких как тиристоры, подвержены проблемам, связанным с «эффектом скорости». Между основными выводами и затвором симистора неизбежно существуют внутренние емкости, и если на любом из основных выводов появляется резко возрастающее напряжение, это может - если его скорость нарастания превышает номинальное значение dV / dt симистора - вызвать достаточный прорыв в цепи. вентиль для срабатывания симистора.Это нежелательное включение «эффекта скорости» может быть вызвано переходными процессами в линии питания; проблема, однако, особенно серьезна при управлении индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, в которых токи и напряжения нагрузки не совпадают по фазе, что приводит к внезапному появлению большого напряжения на основных клеммах каждый раз, когда симистор расцепляется, когда падает его основной ток. почти до нуля в каждом рабочем полупериоде.

Проблемы с эффектом скорости обычно можно преодолеть, подключив RC 'демпферную' сеть между MT1 и MT2, чтобы ограничить скорость нарастания напряжения до безопасного значения, как показано (например) в схеме переключателя мощности симистора в Рисунок 3 , где R2-C1 образуют снабберную сеть.Некоторые современные симисторы имеют повышенные значения dV / dt (обычно 750 В / мСм) и практически невосприимчивы к проблемам, связанным с изменением скорости; эти симисторы известны как «демпферные» типы.

Подавление радиопомех

РИСУНОК 4. Базовый диммер лампы переменного тока с подавлением радиопомех через C1-L1.

Симистор может использоваться для обеспечения переменного управления мощностью переменного тока с использованием техники «переключения с фазовой задержкой», при которой симистор запускается частично в течение каждого полупериода.Каждый раз, когда симистор запускается, его ток нагрузки резко (за несколько микросекунд) переключается с нуля на значение, установленное его сопротивлением нагрузки и мгновенными значениями напряжения питания. В резистивно нагруженных схемах, таких как диммеры ламп, это действие переключения неизбежно генерирует импульс RFI, который является наименьшим, когда симистор срабатывает близко к точкам пересечения нуля 0 ° и 180 ° формы сигнала линии питания (в которых переключатель -включенные токи минимальны) и максимальны, когда устройство срабатывает под углом 90 ° после начала каждого полупериода (когда токи включения максимальны).

Импульсы радиопомех возникают с частотой, вдвое превышающей частоту питающей сети, и могут очень раздражать. В диммерах лампы радиопомехи обычно можно устранить, оснастив диммер простой сетью фильтров L-C, как показано на , рис. 4 . Фильтр устанавливается рядом с симистором и значительно снижает скорость нарастания токов в сети переменного тока.

РИСУНОК 5. Символ диак.

Диаки и квадраки

Диак - двунаправленное триггерное устройство с двумя выводами; он может использоваться с напряжениями любой полярности и обычно используется вместе с симистором; Рисунок 5 показывает его схемное обозначение.Основное действие диака таково, что при подключении к источнику напряжения через токоограничивающий нагрузочный резистор он действует как высокий импеданс, пока приложенное напряжение не возрастет примерно до 35 В, после чего он срабатывает и действует как низкоомный 30 В. стабилитрон, и 30 В вырабатывается через диак, а оставшиеся 5 В появляются на нагрузочном резисторе. Диак остается в этом состоянии до тех пор, пока его прямой ток не упадет ниже минимального удерживаемого значения (это происходит, когда напряжение питания упадет ниже значения стабилитрона 30 В), после чего диак снова выключится.

РИСУНОК 6. Базовая схема диммера для лампы с регулируемой фазовой задержкой диафрагменного типа. Рисунок 7. Символ квадрак.

Диак наиболее часто используется в качестве триггерного устройства в приложениях с регулируемой мощностью симистора с синхронизацией по фазе, как в базовой схеме диммера лампы Рис. 6 . Здесь, в каждом полупериоде линии электропередачи, сеть R1-RV1-C1 применяет версию полупериода с переменной фазовой задержкой к затвору симистора через диак, и когда напряжение C1 повышается до 35 В, диак срабатывает и подает пусковой импульс 5 В (от C1) на затвор симистора, тем самым включая симистор и одновременно подавая питание на ламповую нагрузку и отключая привод от RC-сети.Таким образом, средняя мощность нагрузки (интегрированная за полный период полупериода) полностью изменяется от почти нуля до максимума через RV1.

В первые дни разработки симистора некоторые специальные устройства производились со встроенным диаком, последовательно соединенным с затвором симистора; такие устройства были известны как квадраки и использовали обозначение цепи , рис. 7, . Квадраки не имели коммерческого успеха, и теперь они устарели.

Варианты выключателя питания переменного тока

Самым простым типом переключателя питания симистора является переключатель , рис. 2 , в котором симистор включается через R1, когда SW1 замкнут; только 1 В или около того генерируется на симисторе, когда он включен, поэтому R1 и SW1 потребляют очень мало средней мощности; На рис. 3 показана та же схема, снабженная «демпфирующей» сетью.Есть много полезных вариаций этих основных схем. На рисунке 8 , например, показана версия, которая может запускаться через источник постоянного тока переменного тока. C1 заряжает (через R1-D1) до +10 В на каждом положительном полупериоде линии питания переменного тока, и этот заряд запускает симистор, когда SW1 замкнут. Обратите внимание, что R1 постоянно находится под почти полным напряжением сети переменного тока и, следовательно, требует довольно высокой номинальной мощности, и что все части этой цепи находятся под напряжением, что затрудняет взаимодействие с внешней схемой управления.

РИСУНОК 8. Выключатель питания переменного тока с запуском по переменному току по постоянному току. РИСУНОК 9. Выключатель переменного тока с изолированным входом (оптопара), срабатывание по постоянному току.


На рисунке 9 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения «изолированного» взаимодействия с внешней схемой управления. SW1 просто заменяется транзистором Q2, который управляется со стороны фототранзистора оптопары.Светодиод соединителя питается от внешнего источника постоянного тока через R1, а симистор включается только тогда, когда SW1 замкнут; При желании SW1 можно заменить электронной схемой переключения.

РИСУНОК 10. Выключатель переменного тока с изолированным входом, срабатывающий по переменному току. РИСУНОК 11. Выключатель переменного тока с транзисторным запуском по постоянному току.


Рисунок 10 показывает вариант, в котором симистор запускается переменным током в каждом полупериоде через импеданс переменного тока C1-R1 и через встречные стабилитроны ZD1-ZD2, а C1 рассеивает почти до нуля. мощность.Мостовой выпрямитель D1-D4 подключен к сети ZD1-ZD2-R2 и нагружен Q2. Когда Q2 выключен, мост фактически открыт, и симистор включается в каждом полупериоде, но когда Q2 включен, на ZD1-ZD2-R2 появляется короткое замыкание, и симистор выключен. Q2 управляется через оптопару от изолированной внешней цепи, и симистор включен, когда SW1 открыт, и выключен, когда SW1 закрыт.

РИСУНОК 12. Выключатель переменного тока с изолированным входом и запуском по постоянному току.

На рисунках 11, и , 12, показаны варианты, в которых симистор запускается через трансформаторный источник постоянного тока и транзисторный переключатель. В рис. 11 , Q2 и симистор оба включены, когда SW1 закрыт, и выключены, когда SW1 открыт. На практике SW1 можно заменить электронной схемой, позволяющей активировать симистор с помощью тепла, света, звука, времени и т. Д. Обратите внимание, однако, что вся эта схема находится под напряжением.' На рис. 12 показана схема, модифицированная для работы оптопары, что позволяет активировать ее через полностью изолированную внешнюю схему.

Срабатывание UJT

Другой способ получить полностью изолированное переключение симистора - использовать схемы UJT на рисунках , рисунки 13, и , 14, , в которых UJT представляет собой старый тип 2N2646 или его современный почти эквивалент. В этих схемах запускающее действие обеспечивается генератором UJT Q2, который работает на частоте нескольких кГц и подает выходные импульсы на затвор симистора через импульсный трансформатор T1, который обеспечивает желаемую «изоляцию».«Из-за своей довольно высокой частоты колебаний, UJT запускает симистор в пределах нескольких градусов от начала каждого полупериода линии питания переменного тока, когда генератор активен.

РИСУНОК 13. Выключатель переменного тока с изолированным входом (с трансформаторной связью). РИСУНОК 14. Выключатель питания переменного тока с изолированным входом.


На рис. 13 , Q3 включен последовательно с главным синхронизирующим резистором UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при замкнутом SW1.В рис. 14 Q3 подключен параллельно с главным конденсатором синхронизации UJT, поэтому UJT и симистор включаются только при разомкнутом SW1.

РИСУНОК 15. Типичная схема симистора с оптопарой и рабочие характеристики.
Рис. 16. Управление лампой малой мощности через симистор с оптопарой.

Симисторы с оптронами

Затворные переходы «голого» симистора по своей природе светочувствительны, и, таким образом, симистор с оптопарой может быть изготовлен путем установки «голого» симистора и светодиода близко друг к другу в одном корпусе. Рисунок 15 показывает схему и перечисляет характеристики типичной шестиконтактной версии DIL такого устройства, в которой светодиод имеет максимальный номинальный ток 50 мА, симистор имеет максимальные номинальные значения 400 В и 100 мА (среднеквадратичное значение) (и скачок напряжения). номинальный ток 1,2 А для 10 мс), и весь пакет имеет номинальное напряжение изоляции 1,5 кВ и типичную чувствительность срабатывания триггера по входному току 5 мА.

Симисторы с оптопарой

просты в использовании и обеспечивают отличную гальваническую развязку между входом и выходом.Вход используется как обычный светодиод, а выход как маломощный симистор. На рисунке 16 показано устройство, используемое для активации лампы накаливания с питанием от сети переменного тока, которая должна иметь номинальное значение RMS ниже 100 мА и пиковое значение пускового тока ниже 1,2 А.

РИСУНОК 17. Управление высокой мощностью через ведомый симистор. РИСУНОК 18. Возбуждение индуктивной нагрузки.


На рисунке 17 показан симистор с оптопарой, используемый для активации ведомого симистора, тем самым управляя нагрузкой любой желаемой номинальной мощности.Эта схема подходит для использования только с неиндуктивными нагрузками, такими как лампы и нагревательные элементы. Его можно модифицировать для использования с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели, с помощью соединений в Рисунок 18 . Здесь сеть R2-C1-R3 обеспечивает некоторый фазовый сдвиг для сети симисторного затвора-привода, чтобы гарантировать правильное срабатывание симистора, а R4-C2 образуют демпферную сеть для подавления эффектов скорости.

Синхронное переключение мощности без напряжения

Синхронный переключатель мощности с нулевым напряжением (или интегральным циклом) - это переключатель, в котором симистор неизменно включается сразу после начала каждого полупериода мощности (т.е.е., рядом с точкой нулевого напряжения сигнала), а затем снова автоматически отключается в конце, создавая таким образом минимальные радиопомехи. В большинстве схем переключения мощности, показанных до сих пор в этой статье, симистор включается в произвольной точке своего начального полупериода включения, таким образом создавая потенциально высокий начальный всплеск радиопомех, но затем дает синхронное действие переключения при нулевом напряжении. на всех последующих полупериодах.

Истинно синхронная цепь с нулевым напряжением использует систему переключения, показанную на рис. 19 , в которой симистор может быть включен только около начальной точки или точки «нулевого напряжения» каждого полупериода, и, таким образом, создает минимальные радиопомехи.Эта система широко используется для включения / выключения сильноточных нагрузок, таких как электрические нагреватели и т. Д.

РИСУНОК 19. Система синхронного переключения питания переменного тока при нулевом напряжении. РИСУНОК 20. Выключатель синхронного переменного тока.


На рисунке 20 показан практический синхронный выключатель питания переменного тока с нулевым напряжением; 10 В постоянного тока вырабатывается переменным током через R7-D1-ZD1 и C2 и переключается на затвор симистора через Q2, который управляется через SW1 и детектор нулевого напряжения Q3-Q4-Q5 и может обеспечивать ток затвора только при включенном SW1. закрыт, а Q3 выключен.

РИСУНОК. 21 Альтернативный вариант синхронного выключателя питания переменного тока.

В детекторе нулевого напряжения Q4 или Q5 включаются всякий раз, когда напряжение сети переменного тока больше или меньше нескольких вольт (заданных RV1) выше или ниже нуля, тем самым активируя Q3 через R5 и блокируя Q2. Таким образом, ток затвора может подаваться на симистор только тогда, когда SW1 замкнут, а мгновенное линейное напряжение переменного тока находится в пределах нескольких вольт от нуля; Таким образом, эта схема генерирует минимальные радиопомехи переключения.

На рисунке 21 показана схема, измененная таким образом, что симистор может включаться только при разомкнутом SW1. Обратите внимание, что в обоих случаях на симистор подается только узкий импульс тока затвора, и поэтому средний ток затвора составляет всего 1 мА или около того. SW1 при желании может быть заменен электронным переключателем или оптопарой, что позволяет активировать нагрузку по световым или температурным уровням, по времени и т. Д.

На практике, самый простой способ создания действительно эффективной синхронной схемы управления симистором «нулевого напряжения» - это использование специальной ИС, которая функционирует как маломощный синхронный симистор «нулевого напряжения» с оптопарой, который может легко использоваться в качестве ведомого устройства для синхронного управления обычным высокомощным симистором.

В следующем и заключительном эпизоде ​​будут представлены практические детали таких схем, а также другие схемы и информация, относящиеся к симисторам. NV

Тиристорные силовые модули - Тиристорные силовые модули

Тиристорные силовые модули Thyro-C для низковольтных силовых конденсаторов PQ - это готовое решение для систем динамической компенсации реактивной мощности.
Благодаря своим характеристикам использование Thyro-C вместо обычных элементов управления, таких как конденсаторные воздушные контакторы, дает следующие преимущества:

  • Длительный срок службы благодаря практически неограниченной частоте переключения
  • Мягкое переключение конденсаторов во время текущей нулевой точки
  • Короткая выдержка времени переключения
  • Подходит для установки в системах динамической компенсации в реальном времени
  • Контроль напряжения постоянного или переменного тока
  • Полный и компактный модуль, состоящий из двух блоков переключения с охлаждающим элементом, силовой частью и управляющей электроникой
  • Дополнительное напряжение питания не требуется
  • Отсутствие шума
  • Простая установка
Сферы применения

Тиристорные силовые модули Thyro-C могут использоваться в сочетании с:

  • Программируемые логические контроллеры PLC
  • Контроллеры реактивной мощности или контроллеры процессов
  • Компьютерные системы или технологии управления процессами

в частности для:

  • быстрый и
  • Переключение без износа

Типичные области применения: e.г .:

  • крановые системы
  • лифтовые системы
  • аппараты для точечной сварки
Режим работы

Thyro-C подходит для переключения емкостных нагрузок, то есть конденсаторов с защитой реактора или без нее. Из-за высоких обратных зарядных токов параллельная работа модулей Thyro-C в сочетании с конденсаторными контакторами в одной низковольтной распределительной сети разрешена только для блоков с реакторной защитой.
Обратитесь к нам за советом, если в электросети уже установлены компенсационные устройства.

Принцип действия

Регулятор состоит из двух тиристорных модулей, переключающих фазы L1 и L3. Фаза L2 не переключается. В качестве альтернативы тиристорный модуль можно использовать для однофазного режима.

Управляющий вход

Thyro-C имеет управляющие входы, гальванически изолированные от сети (клемма X1).
Сигнал управления «ВКЛ.» Обозначается «ВКЛ.» На светодиодном дисплее на передней панели.

Разряд конденсаторов

Силовые конденсаторы должны быть оборудованы неотключаемыми разрядными устройствами в соответствии с EN 60831. В соответствии с обычной практикой для разрядки конденсаторов могут использоваться только резисторы, поскольку конденсаторы постоянно перезаряжаются при пиковом напряжении питания в выключенном состоянии.
Важно: даже когда тиристорные модули не пропускают ток, конденсаторы все равно находятся под напряжением! Разряд конденсаторов не происходит до тех пор, пока каскад цепи не будет полностью отключен от питающей сети, т.е.е., например, что разъединители разомкнуты.

Основы тиристоров - Инструментальные средства

Тиристор представляет собой трехконтактное устройство с четырьмя слоями чередующегося материала P- и N-типа (три P-N-перехода). Три терминала: анод, катод и затвор.

  • Тиристор упоминается как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), поскольку он состоит из кремния и работает как управляемый выпрямитель.
  • Тиристор по своей сути является устройством с медленным переключением по сравнению с BJT или MOSFET из-за длительного срока службы носителей, используемых для низких потерь в открытом состоянии, и из-за большого количества накопленного заряда.
  • Поэтому обычно используется при более низких частотах переключения.
  • Имеет большие токи обратного восстановления.

Типы тиристоров:

Тиристор однонаправленный:

  • Тиристоры, которые проводят только в прямом направлении, известны как однонаправленные тиристоры
  • Пример: SCR-выпрямитель с кремниевым управлением
    LASCR-Light Activated Silicon Controlled Rectifier

Двунаправленный тиристор:

  • Тиристоры, которые могут проводить как в прямом, так и в обратном направлении, известны как двунаправленные тиристоры
  • .
  • Ex: TRIAC - TRIode переключатель переменного тока

Пусковые устройства:

  • Устройства, которые генерируют управляющий сигнал для переключения устройства из непроводящего в проводящее состояние, называются запускающим устройством.
  • Ex: Диодный переключатель переменного тока - DIAC,
    UJT - Однопереходный транзистор
    SUS - Кремниевый односторонний переключатель
    SBS - Кремниевый двусторонний переключатель

Символ:

Символ тиристора содержит традиционный символ диода с выводом затвора.

Состав:

Тиристор имеет уникальную четырехслойную конструкцию с чередующимися областями P-типа и N-типа. Он приведен ниже:

SCR выглядит как два PNP-транзистора, соединенных спина к спине.

Это можно понять, если обратиться к рисунку выше.

Работа и VI характеристика тиристора:

Работа SCR объясняется четырьмя режимами.

  1. Режим прямой блокировки
  2. Прямой проводящий режим
  3. Обратный режим блокировки
  4. Режим обратной проводимости

Режим прямой блокировки [V AK = + ve & V G = 0]

  • Когда на анод относительно катода подается положительное напряжение, переходы J1 и J3 смещаются в прямом направлении, переход J2 смещается в обратном направлении.
  • SCR находится в состоянии прямой блокировки. В это время сигнал Gate не применяется.
  • В переходе J2 образуется обедненный слой, и ток не течет от анода к катоду.
  • Как показано в характеристике VI, через устройство протекает небольшой ток, называемый током прямой утечки .

Режим прямого включения [V AK = + ve & V G = + ve]

  • Когда небольшое количество положительного напряжения приложено к выводу затвора, в то время как положительное напряжение приложено к аноду относительно катода, переход J3 становится смещенным в прямом направлении.
  • Таким образом, тиристор действует как замкнутый переключатель и проводит большой прямой ток с небольшим падением напряжения.
  • С применением стробирующего сигнала SCR перешел из состояния прямой блокировки в состояние прямой проводимости. Он называется с защелкой .
  • Без стробирующего сигнала SCR изменен из состояния прямой блокировки на состояние прямой проводимости при напряжении прямого пробоя fbd ) .
  • Когда значение стробирующего сигнала увеличивается, фиксация происходит для низких напряжений V ak , как указано на рисунке.
  • При наличии прямого тока (т.е. после включения тиристора подходящим напряжением затвора) он не выключится даже после снятия напряжения затвора. Тиристор выключится только тогда, когда прямой ток упадет ниже тока удержания.
  • Удерживающий ток определяется как минимальный ток, необходимый для удержания тиристора в состоянии прямой проводимости.

Обратный режим блокировки [V AK = -ve]

  • Когда на анод относительно катода подается отрицательное напряжение, переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещается в прямом направлении.
  • SCR находится в состоянии обратной блокировки. т.е. он действует как разомкнутый переключатель.
  • Как показано на рисунке, через устройство протекает небольшой обратный ток утечки.

Режим обратной проводимости:

  • При дальнейшем увеличении обратного напряжения при напряжении обратного пробоя (V BR ) на переходах J1 и J3 происходит лавинный пробой.
  • SCR действует как замкнутый переключатель в обратном направлении
  • Большой ток приводит к большим потерям в SCR, рассеиваясь в виде тепла, тем самым повреждая SCR.

Характеристики переключения SCR объясняют потери при включении и выключении устройства, что является очень важным фактором, который следует учитывать при выборе устройства.

Процесс включения тиристора называется запуском. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о различных методах запуска…
Процесс выключения SCR известен как коммутация. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о методах выключения SCR…
SCR должен работать в пределах указанных номиналов. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о различных средствах защиты SCR…

Параметры тиристоров:

Ток фиксации (I L ):

Это минимальный анодный ток, необходимый для переключения (фиксации) тиристора из состояния ВЫКЛ. T состояния ВКЛ.

Ток удержания (I H ):

Это минимальный анодный ток, необходимый для удержания тиристора во включенном состоянии.

(ИЛИ)

Это минимальный ток, ниже которого устройство перейдет из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ.

Пиковое обратное напряжение:

Это максимальное напряжение, которое может быть приложено к тиристору в условиях обратного смещения.

Пиковое обратное напряжение:

Это максимальное напряжение, которое устройство может безопасно выдерживать в выключенном состоянии.

Напряжение в состоянии ВКЛ .:

Напряжение, которое появляется на устройстве во время его включения, называется напряжением во включенном состоянии.

Скорость нарастания напряжения dv / dt:

Скорость, с которой напряжение на устройстве растет без срабатывания устройства, называется скоростью нарастания напряжения.

Текущий рейтинг:

Текущая допустимая нагрузка устройства называется его текущим номиналом.

Достоинства SCR:

  • Доступны тиристоры высокого напряжения и тока.
  • По состоянию потери в SCR уменьшены.
  • Требуется очень небольшое количество привода затвора, так как SCR является регенеративным устройством.

Недостатки SCR:

  • Ворота не управляются после включения SCR.
  • Для выключения тиристора требуются внешние цепи.
  • Рабочие частоты очень низкие.
  • Демпферные цепи необходимы для защиты от du / dt.

Применение SCR:

  • SCR используются для управляемых выпрямителей.
  • Регуляторы переменного тока для систем освещения и отопления.
  • Электродвигатель постоянного тока приводит в действие большие блоки питания и электронные выключатели
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *