Принцип работы тиристора простым языком: Принцип работы тиристора простым языком: описание, характеристики

Содержание

принцип работы, проверка, особенности и характеристики :: SYL.ru

В переключательных схемах часто используется тиристор, принцип работы которого напоминает электронный ключ. Он представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий три или несколько взаимодействующих выпрямляющих переходов. Однако тиристор не способен перейти в состояние закрытого типа, поэтому его называют ключом, который является не полностью управляемым.

Устройство и виды полупроводниковых приборов

Прежде чем рассматривать принцип работы тиристоров в цепях, необходимо разобраться с тем, как они устроены, какие виды существуют. Состоят они из четырех последовательно соединенных слоев, которые имеют разный тип проводимости. С внешней стороны есть контакты – анод и катод. Приборы могут обладать двумя управляющими электродами, прикрепленными к внутренним слоям. Изменения состояния удается добиться за счет подачи сигнала непосредственно на проводник.

Различают два основных вида тиристоров:

  1. Динисторы представляют собой диодные полупроводниковые приборы. В данном случае открывание осуществляется посредством подачи высокого напряжения между контактами.
  2. Тринисторы – это триодные аналоги. Их удается открывать за счет воздействия управляющего тока на электрод.

Процесс запирания может производиться двумя способами. Первый из них подразумевает снижение электрического тока ниже уровня удержания. Вариант применим для всех видов тиристоров. Второй способ заключается в нагнетании запирающего напряжения непосредственно на управляющий контакт. Он используется только для тринисторов запираемого типа.

Возможность обратной проводимости

Рассматривая принцип работы тиристора, следует понимать, что элементы могут быть классифицированы по обратному напряжению.

Всего существует четыре варианта изделий:

  1. Обратно-проводящие приборы обладают небольшим обратным напряжением. Оно составляет всего несколько вольт.
  2. Элементы, не проводящие напряжение в обратном направлении в закрытом состоянии.
  3. Симисторы представляют собой симметричные приборы, которые коммутируют электрические токи в том или ином направлении.
  4. Изделия с ненормированным напряжением обратного направления.

Используя симисторы, необходимо помнить, что они функционируют симметрично лишь на первый взгляд. При подаче отрицательного (на анод) и положительного (на управляющий электрод) напряжения они не способны открываться, а в некоторых случаях могут выходить из строя.

В электронике симисторы относят к управляемым тиристорам, принцип работы которых заключается в коммутации цепей переменного тока. При проектировании таких схем, необходимо изучать документацию конкретного изделия, чтобы определить, какие сигналы допустимы. Отдельные виды симисторов могут иметь некоторые ограничения.

Работа в цепи постоянного тока

Если объяснять принцип работы тиристора простым языком, то он заключается во включении полупроводникового прибора посредством подачи импульса электрического тока непосредственно в цепь управления положительной полярности. На продолжительность переходного процесса существенно влияет характер производимой нагрузки, а также другие факторы:

  • скорость и амплитуда созданного импульса;
  • температура полупроводниковой конструкции;
  • передаваемое напряжение;
  • ток нагрузки.

В цепи с тиристором при увеличении прямого напряжения не должно фиксироваться завышенных значений скорости нарастания. В противном случае может происходить непреднамеренное включение прибора без подачи сигнала. Однако крутизна производимого импульса не должна быть низкой.

Выключение элементов может происходить естественным или принудительным образом. В первом случае коммутация в системах переменного тока осуществляется в момент падения электрического тока до минимума. Что касается вариантов принудительного выключения, то оно может быть весьма разнообразным:

  1. Подключение специализированной цепи с наличием заряженного конденсатора вызывает возникновение разряда на проводящий элемент. Встречный поток снижает ток до нуля, поэтому прибор выключается.
  2. Подключение контура, вызывающего колебательный разряд, позволяет пропустить электричество через тиристор на встречу прямому току. При достижении равновесия происходит выключение.
  3. Переходный процесс может вызываться при оказании комплексной нагрузки. При наличии определенных параметров возникает колебательный характер, подразумевающий изменение полярности.

Функционирование в цепи переменного тока

Теперь следует рассмотреть принцип работы тиристора в цепи, которая пропускает переменный ток. При его внедрении можно производить включение и отключение электрических сетей с активной нагрузкой, а также осуществлять изменение среднего и текущего значений тока путем регулировки подачи сигнала.

Не новость даже для чайников – принцип работы тиристора заключается в пропускании электричества в одном направлении, поэтому в цепях с переменным током осуществляется встречно-параллельное включение. Значения могут варьироваться путем изменения самого момента подачи на приборы открывающих сигналов. Углы регулируются за счет системы управления.

  1. Фазовый метод регулировки с принудительной коммутацией предполагает применение специальных узлов.
  2. Широтно-импульсное управление подразумевает отсутствие сигнала в закрытом состоянии и его наличие в открытом положении, когда к нагрузке приложено определенное напряжение.

Режим обратного запирания

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

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

Режим прямого запирания

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

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

Двухтранзисторная модель

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

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

Чем различаются динисторы и тринисторы

Принципиальных отличий между характеристиками и принципом работы тиристоров нельзя найти. Однако открытие динистора производится при наличии определенного напряжения между двумя основными выводами. Оно зависит от типа используемого устройства. В случае с тринистором напряжение открытия удается снизить принудительным образом. Это можно сделать, если подать импульс электрического тока необходимой величины непосредственно на управляющий электрод.

Тринисторы получили наибольшее распространение среди приборов из категории тиристоров.

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

  1. Напряжение включения позволяет перевести полупроводниковый прибор в рабочее состояние.
  2. Временной интервал задержки запуска и остановки изделия.
  3. Уровень обратного тока при максимальном значении обратного напряжения.
  4. Показатель общей рассеивающей мощности.
  5. Прямое напряжение при предельном токе анода.
  6. Пиковый ток электрода, обеспечивающего управление.
  7. Обратное напряжение в закрытом состоянии.
  8. Максимальный открытый ток в открытом положении.

При выборе тиристора не следует забывать о предназначении прибора. На это непосредственное влияние оказывает временной интервал перехода в открытое или закрытое состояние. Как правило, период включения является более коротким, чем промежуток выключения.

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

  1. Пороговые изделия используют возможности перехода полупроводников из одного положения в другое при наличии определенного напряжения. К таковым относятся генераторы колебаний и фазовые регуляторы нагрузки.
  2. Силовые ключи отличаются низкой мощностью. Ток рассеивается элементами в переключательных схемах в открытом состоянии. В закрытом положении электричество не пропускается.
  3. Коммутация постоянного напряжения вполне возможна при использовании приборов с большой мощностью. Есть несколько способов, позволяющих закрывать незапираемые элементы.
  4. Некоторые экспериментальные устройства работают с применением полупроводниковых приборов в переходных режимах, где имеются участки с отрицательным уровнем сопротивления.

В качестве заключения

Чаще всего рассказывают о принципах работы тиристоров для студентов специализированных училищ, которые готовят специалистов в области электротехники. Однако не помешает изучить информацию об устройстве и функционировании универсальных полупроводниковых приборов простым людям, проявляющим интерес к проектированию различных электрических схем.

Тиристоры и схемы коммутации мощной нагрузки

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.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 494
Источник: https://zetsila.ru/%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B-%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BC%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8/

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.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 2152
Источник: https://chebo.pro/tehnologii/tiristor-dlya-chajnikov-shema-vklyucheniya-i-sposoby-upravleniya.html

Конструкция

Конструктивно тиристор КУ202Н и вся серия выполнены в металлическом корпусе из медного сплава с покрытием, который имеет выводы под резьбу и два вывода под пайку различной толщины и высоты. Размер резьбового отвода или анода (А) составляет М6 под гайку. Выводы выполнены жесткими путем заливки эпоксидной смолой, но при выполнении монтажа не следует применять усилия более 0,98 Н.

При выполнении пайки силового вывода (К) необходимо соблюдать минимальное расстояние до стекла не менее 7 мм , так как высокой температурой его целостность может нарушиться. При выполнении подключения управляющего вывода (УЭ) следует выдержать расстояние до стекла не менее 3,5 мм по той же причине. При этом общее время удерживания паяльника не рекомендуется превышать более 3 с. Эффективная температура жала паяльного инструмента не должна превышать +260 градусов.

Блок: 2/9 | Кол-во символов: 861
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

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.

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 1100
Источник: https://chebo.pro/tehnologii/tiristor-dlya-chajnikov-shema-vklyucheniya-i-sposoby-upravleniya.html

Особенности схемного подключения

Тиристор предназначен для коммутации напряжения в различных устройствах. Но при этом имеется стандартная схема его подключения, которую нарушать крайне не рекомендуется. Например, между катодом (вывод под пайку) и управляющим электродом необходимо подключить резистор в качестве шунтирующего компонента. Благодаря его присутствию управляющая цепь замыкается и обеспечивается насыщение перехода. Его сопротивление должно быть не более и не менее 51 Ом.

Если на аноде присутствует напряжение отрицательной полярности, то управляющий ток должен быть равен нулю. Иначе произойдет электрический пробой перехода, что приведет к неисправности всего устройства в целом. Дальнейшая его работа невозможна, как и обратное восстановление.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 760
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

Технические параметры тиристора

Тиристор КУ202Н относится к группе высоковольтных устройств, предназначенных для работы при напряжении до 400 В с максимально допустимым прямым током в открытом состоянии не более 10 А. Всего в линейке имеется 12 моделей тиристоров с различными напряжениями в закрытом состоянии. Поэтому при выборе основным параметром является именно оно.

Для использования в цепях с напряжением от 300 и выше вольт предназначены тиристоры с буквенными обозначениями от К до Н. Что касается остальных параметров, то они остаются теми же. Довольно часто новички радиолюбители сталкиваются с такими проблемами, что приводит к дополнительным растратам.

Эти тиристоры довольно часто применяются в построении регуляторов мощности нагрузкой не более 2 кВт. Но крайне не рекомендуется его эксплуатировать в критических режимах. Следует пропускать через устройство ток не более 7-8 А, что будет обеспечивать наиболее эффективные и щадящие режимы.

Блок: 4/9 | Кол-во символов: 955
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

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.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 218
Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/tiristory/

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.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 377
Источник: https://chebo.pro/tehnologii/tiristor-dlya-chajnikov-shema-vklyucheniya-i-sposoby-upravleniya.html

Проверка тиристора

Многих интересует, тиристор КУ202Н как проверить и как правильно включить в устройстве для проверки его работоспособности. Дело в том, что довольно часто он оказывается неисправен по различным причинам. Притом дефекты встречаются и у новых изделий.

Проверить тиристор можно несколькими способами:

  • Использовать специальное устройство, которое анализирует параметры всех переходов.
  • Применить мегомметр для проверки состояния основного перехода в обоих направлениях. В обратном направлении должен прозваниваться как обычный диод, в прямом включении он закрыт, в идеальном состоянии его сопротивление должно быть равно бесконечности.

Второй способ применим только к серии устройств с буквенным индексом М и Н. При этом можно устанавливать напряжение прозвонки до 400 В. Устройства с буквами К и Л только до 300 В, Ж и И – до 200 В и так далее. Прежде чем проверять таким способом изделие, необходимо сверить его технические характеристики со справочной таблицей. Иначе можно повредить устройство, даже не использовав его по назначению.

Менее мощные тиристоры могут быть проверены обычным мультиметром в режиме прозвонки (значок диода и звукового сигнала). В обратном направлении он звонится как диод, в прямом – бесконечность.

Важно! При осуществлении проверки тиристора в режиме диода, необходимо УЭ объединить с А.

Блок: 5/9 | Кол-во символов: 1332
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

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.

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 1961
Источник: https://chebo.pro/tehnologii/tiristor-dlya-chajnikov-shema-vklyucheniya-i-sposoby-upravleniya.html

Проверка в режиме коммутации

Чтобы убедиться в работоспособности тиристора, достаточно собрать небольшую схему включения, состоящую из следующих компонентов:

  1. лампочки или светодиода с соответствующим резистором, если подключается к питанию 12В;
  2. источник малого напряжения, например, пальчиковая батарейка типа АА;
  3. несколько проводников и источник напряжения 12 В.

Для осуществления проверки выполняем следующие шаги:

  1. Подключаем нагрузку в цепь источник питания 12 В и А-К тиристора.
  2. Подаем отрицательное напряжение на выводы УЭ и А (+ батарейки должен подключаться к А) на мгновенье.

После чего лампочка или светодиод загорится. Чтобы он потух, необходимо отключить коммутируемую цепь или сменить полярность управляющего напряжения. Такой режим считается нормальным для работы и может применяться при любых постоянных напряжениях коммутации в разрешенных пределах. В случае с тиристором КУ202Н оно не должно превышать 400 В.

Блок: 6/9 | Кол-во символов: 925
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

Аналоги КУ202Н

Как и любые другие устройства, отечественный тиристор КУ202 имеет зарубежный аналог, который по своим параметрам относится к той же категории компонентов. Зарубежные производители давно ушли от производства такого форм-фактора по мощности тиристоров в металлическом корпусе. На рынке будут доступны только элементы в корпусе транзистора ТО220. Поэтому в любом случае придется внести конструктивные изменения в плату и монтажное место в частности.

К зарубежным аналогам тиристора КУ202Н относятся устройства:

Параметры незначительно отличаются от вышеописанного компонента, и средний ток в том числе, равен 7,5 А. Также можно применить в схемах более новый российский элемент Т112-10. Он имеет также металлический корпус с резьбовым отводом, но его размеры будут несколько меньше.

Блок: 7/9 | Кол-во символов: 809
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

Простые схемы управления КУ202Н

На тиристор КУ202Н схема управления достаточно простая. Первый вариант был описан в разделе проверки устройства. Она включала батарейку на 1,5 В, лампочку и источник питания 12 В. Но также существует масса других способов элементарного подключения тиристора. Рассмотрим самую простую схему на его базе.

Блок: 8/9 | Кол-во символов: 335
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

Регулятор мощности

В схеме реализован принцип частотно-импульсного регулирования угла отпирания тиристоров за счет синхронизации с сетью. Такое управление является наиболее эффективным и надежным, так как тиристор работает в нормальных режимах без завышения своих возможностей.

В схеме имеется генератор, который формирует импульсы управления и сдвигает их относительно фронтов импульсов при переходе сетевого напряжения через ноль. Управляющая последовательность импульсов подается на УЭ и К. Напряжение в нагрузке выпрямляется при помощи двухполупериодного выпрямителя. Использование емкостей в схеме в качестве фильтров недопустимо, так как они будут нарушать главный принцип работы устройства. Такой регулятор мощности можно применить для управления температурой жала паяльника путем изменения напряжения его питания. Но если потребуется организоваться управления первичными цепями трансформатора, придется включить нагрузку перед диодным мостом. Ток регулирования должен быть не более 7,5 А.

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 1019
Источник: https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html

Кол-во блоков: 23 | Общее кол-во символов: 20918
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:
  1. https://chebo.pro/tehnologii/tiristor-dlya-chajnikov-shema-vklyucheniya-i-sposoby-upravleniya.html: использовано 4 блоков из 6, кол-во символов 5590 (27%)
  2. https://instrument.guru/elektrichestvo/harakteristiki-i-shema-vklyucheniya-tiristora-ku202n.html: использовано 8 блоков из 9, кол-во символов 6996 (33%)
  3. https://zetsila.ru/%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B-%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BC%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8/: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 2690 (13%)
  4. https://elektronchic.ru/elektronika/upravlenie-tiristorom-princip-dejstviya.html: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 5043 (24%)
  5. https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/tiristory/: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 599 (3%)

принцип работы и способы управления

Главная › Новости

Опубликовано: 06.09.2018

Как проверить рабочее состояние тиристора и симистора

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


КАК ПРОВЕРИТЬ ТИРИСТОР МУЛЬТИМЕТРОМ И НЕ ТОЛЬКО...

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:

Снять сигнал с управляющего электрода; 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.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Устройство, принцип работы симистора и сферы применения

Общие сведения

Симистор (триак) является одним из видов тиристора и обладает большим количеством переходов p-n-типа. Его целесообразно применять в цепях переменного тока для электронного управления. Чтобы понять принцип работы симистора «чайникам» в этом вопросе, следует рассмотреть его структуру, функцию и сферы применения.

Информация о ключах

Ключи — устройства, которые применяются для коммутации или переключения в электрических цепях. Существует три их вида, и каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Классифицируются ключи по типу переключения:

  1. Механические.
  2. Электромеханические.
  3. Электронные.

К механическим ключам относятся выключатели и рубильники. Применяются они в случаях необходимости ручной коммутации для замыкания одного или нескольких групп контактов.

К виду электромеханических ключей следует отнести реле (контакторы). Электромагнитное реле состоит из магнита, представляющего катушку с подвижным сердечником.

При подаче питания на катушку она притягивает сердечник с группой контактов: одни контакты замыкаются, а другие — размыкаются.

Среди достоинств применения электромеханических ключей можно выделить следующие: отсутствие падения напряжения и потери мощности на контактах, а также изолирование цепей нагрузки и коммутации. У этого типа ключей есть и недостатки:

  1. Число переключений ограниченно, поскольку контакты изнашиваются.
  2. При размыкании возникает электрическая дуга, которая приводит к разрушению контактов (электроэрозии). Невозможно применять во взрывоопасных средах.
  3. Очень низкое быстродействие.

Электронные ключи бывают на разной базе полупроводниковых элементов: транзисторах, управляемых диодах (тиристорах) и симметричных управляемых диодах (симисторах). Простейшим электронным ключом является транзистор биполярного типа с коллектором, эмиттером и базой, состоящего из 2 p-n-переходов. По структуре они бывают 2 типов: n-p-n и р-n-p.

Поскольку транзистор состоит из 2 p-n-переходов, то в зависимости от состояния, в которых они находятся, различают 4 режима работы: основной, инверсный, насыщения и отсечки.

При активном режиме открыт коллекторный переход, а при инверсном — эмиттерный. При двух открытых переходах транзистор работает в режиме насыщения.

При условии, что закрыты оба перехода, он будет работать в режиме отсечки.

Для использования транзистора необходимо всего 2 его состояния. Режим отсечки происходит при отсутствии тока базы, следовательно, при этом ток коллектора равен 0. При подаче достаточного значения тока на базу полупроводниковый прибор будет работать в режиме насыщения, т. е. в открытом состоянии.

Если рассматривать ключи на полевых транзисторах, то появляется возможность менять его проводимость при изменении величины напряжения на затворе, выполняющего функцию управляющего электрода. Управляя его работой при помощи воздействия на затвор, можно получить два состояния: открытое и закрытое. Ключи на полевых транзисторах обладают высоким быстродействием, чем на биполярных.

Электронные ключи, выполненные на тиристорах, обладают некоторыми особенностями. Тиристор является полупроводниковым радиоэлементом с p-n-p-n или n-p-n-p переходам и имеет 3, а иногда и 4 вывода.

Состоит он из p-слоя (катода), n-слоя (анода) и управляющего электрода (базы). Его можно заменить 2 транзисторами разной структуры. Он представляет 2 ключа транзисторного типа, которые включены встречно.

База одного транзистора подключается к коллектору другого.

При подаче на базу отпирающего тока управляемый диод откроется и останется в этом состоянии, пока величина тока не будет снижена до нулевого значения. При большом значении тока базы тиристор является обыкновенным полупроводниковым диодом, проводящим ток в одном направлении.

Он может функционировать в цепях переменного тока, но только на половину мощности. Для этих целей необходимо применять симистор.

Принцип работы симистора

Основным отличием симистора от тиристора является проводимость сразу в двух направлениях. Симистор можно заменить 2 тиристорами, которые имеют встречно-параллельное подключение на рисунке 1.

На нем представлено условное графическое обозначение триака на электрических принципиальных схемах.

В некоторой литературе можно встретить и другие названия: триак и симметричный управляемый диод.

Рисунок 1. Симистор (схема включения 2 тиристоров) и его графическое обозначение

Существует простой пример, который позволит понять даже «чайникам», как работает симистор. Дверь в гостинице можно открывать в двух направлениях, причем в нее могут войти и выйти сразу 2 человека.

Этот простой пример показывает, что триак может пропускать ток сразу в двух направлениях (прямом и обратном), поскольку он состоит из 5 p-n-переходов.

Управление его работой осуществляется при помощи базы.

Слои симисторного ключа, изготовленные из полупроводника, похожи на переход транзистора, но имеют еще 3 дополнительных области n-типа. Четвертый слой находится возле катода и является разделенным, поскольку анод и катод при движении тока выполняют некоторые функции, а при обратном направлении движения — меняются местами. Пятый слой находится возле базы.

При подаче сигнала на управляющий вывод произойдет отпирание симметричного управляющегося диода, поскольку его анод будет иметь положительный потенциал. В этом случае по верхнему тиристору потечет ток.

При изменении полярности ток будет течь по нижнему тиристору (рисунок 1). Об этом свидетельствует его вольт-амперная характеристика (ВАХ) на рисунке 2. Она состоит из двух кривых, повернутых на 180 градусов.

Рисунок 2. ВАХ триака

Литерой «А» обозначено его закрытое состояние, а «В» — открытое. Urrm и Udrm — допустимые значения прямого и обратного напряжений. Idrm и Irrm — прямой и обратный токи.

Виды и сферы применения

Поскольку симистор является видом тиристора, то основным их отличием является параметры управляющего электрода (базы). Кроме того, они классифицируются по другим признакам:

  1. Конструкция.
  2. Величина тока, при которой наступает перегрузка.
  3. Характеристики базы.
  4. Значения прямых и обратных токов.
  5. Величина прямого и обратного напряжений.
  6. Тип электрической нагрузки. Бывают силовыми и обычными.
  7. Параметр силы тока, необходимой для открытия затвора.
  8. Коэффициент dv/dt или скорость, с которой происходит переключение.
  9. Производитель.
  10. Мощность.

Благодаря особенности пропускания тока в двух направлениях, их используют в цепях переменного тока, поскольку тиристор не может работать на полную мощность. Симметричные тиристоры получили широкое применение в таких устройствах:

  1. Приборах для регулировки яркости света или диммерах.
  2. Регуляторах оборотов для различного инструмента (лобзики, шуруповерты и т. д.).
  3. Электронной регулировке температур для индукционных плит.
  4. Холодильной аппаратуре для плавного запуска двигателя.
  5. Бытовой технике.
  6. Промышленности для освещения, плавного пуска приводов машин и механизмов.

Среди достоинств симисторов можно выделить незначительную стоимость, надежность и они не генерируют помехи (не используются контакты механического типа), а также длительный срок эксплуатации. К основным недостаткам следует отнести следующие: необходимость в дополнительном теплоотводе, невозможность использования на высоких частотах, а также влияние помех и шумов различного рода.

Для подавления помех следует подсоединить параллельно триаку, между катодом и анодом, цепочку из конденсатора и резистора с номиналами от 0,02 до 0,3 мкФ и от 45 до 500 Ом соответственно.

Для применения в какой-либо схеме или устройстве следует знать основные технические характеристики, поскольку владение этой информацией поможет избежать множества трудностей перед начинающим радиолюбителем.

Технические характеристики

У триаков существуют характеристики, позволяющие применять их в какой-либо схеме. Кроме того, они отличаются также и производителем — бывают отечественные и импортные.

Основное отличие импортных состоит в том, что нет необходимости подстраивать их работу при помощи дополнительных радиоэлементов, т. е. собирать дополнительную схему управления симистором.

У симисторов существуют следующие характеристики:

  1. Величина максимального обратного и импульсного значений напряжений, на которые он рассчитан.
  2. Минимальное и максимальное значения тока, при котором происходит открытие его перехода, а также значение максимального импульсного тока, необходимого для его открытия.
  3. Период включения и выключения.
  4. Коэффициент dv/dt.

Характеристики в основном определяются по маркировке триаков с использованием справочника. В справочной информации имеется информация о том, как он выглядит, и дается его распиновка. При использовании триака следует учитывать такую характеристику, как dv/dt.

Она показывает значения коэффициента, при котором не происходит самопроизвольное включение из-за скачков напряжения. Причинами такого включения могут служить помехи импульсного происхождения и падение напряжения при коммутации ключа.

Кроме того, чтобы избежать последствий, следует применять RC-цепочку, а также ограничивающие диоды или варистор. Эта цепочка подсоединяется к эмиттеру и коллектору симистора.

При выборе триака следует обратить внимание на все характеристики, поскольку не имеет смысла использовать высоковольтный тип в схемах с низким напряжением. Например, если устройство работает от напряжения 36 В, то зарубежный симистор Zo607 с напряжением 600 В (его аналог — вта41600в) не следует применять.

Кроме того, в некоторых источниках можно встретить понятие бесснабберного симистора. Это тип, который применяется при индуктивных нагрузках. Примером такой модели являются m10lz47, mac12n и tg35c60.

Диагностика в схемах

В некоторых случаях радиолюбитель сталкивается с проверкой симистора, однако не всегда может ее корректно произвести. В случае выхода триака из строя его желательно выпаять из платы и произвести его проверку.

Обычный цифровой мультиметр для этой цели не подойдет, поскольку его ток слишком мал, чтобы открыть переход детали. Для этого подойдет обыкновенный стрелочный омметр. Вариантов проверки всего два: использовать стрелочный прибор или собрать спецсхему для этой операции.

Для осуществления проверки по первому варианту необходимо руководствоваться следующим алгоритмом:

  1. Включить прибор в режим измерения величины сопротивления.
  2. Подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору. Если прибор показывает бесконечное сопротивление, то деталь исправна. Остальные случаи указывают на ее неисправность.
  3. Соединить базу и вывод Т2. В этом случае сопротивление будет в пределах от 40 до 250 Ом. Если поменять местами щупы, то прибор снова покажет бесконечность. Это свидетельствует об исправности симистора.

Однако первый метод диагностики в некоторых случаях дает не совсем нужные и верные результаты. Очень часто проверенная таким способом деталь в схеме не работает.

Это связано с тем, что герметичность ее корпуса нарушена. Недостаток метода — неточная диагностика. Для более точной диагностики следует проверить триак в работе (схема 1).

Для этого необходимо использовать лампу накаливания и аккумулятор.

Схема 1. Проверка симметричного тиристора при помощи лампы накаливания и источника питания

В этой схеме симистор будет проверен под нагрузкой.

При касании управляющего электрода, лампочка загорится и будет гореть некоторое время, пока не пропадет питание на аноде или ток на базе не будет малой величины.

Недостаток метода — простая конструкция, при которой неудобно осуществлять проверку, поскольку следует напаивать провода на выводы триака. После проверки при неисправной детали следует произвести замену.

Таким образом, симисторы используются в управляемых устройствах в качестве электронных ключей, способных пропускать ток в двух направлениях. Их несложно проверить и желательно использовать специальную схему для этой операции.

Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/princip-dejstviya-simistora

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью.

Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор.

Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.

Что такое симистор?

Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.

Описание принципа работы и устройства

Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .

Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение

Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО.

Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).

Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.

Рис. 2. Структурная схема симистора

Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене — р1-n2-p2-n3.

Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.

ВАХ симистора

Обозначение:

  • А – закрытое состояние.
  • В – открытое состояние.
  • UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
  • URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
  • IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
  • IRRM (IОБ) — допустимый уровень тока обратного включения.
  • IН (IУД) – значения тока удержания.

Особенности

Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:

  • относительно невысокая стоимость приборов;
  • длительный срок эксплуатации;
  • отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).

В число недостатков приборов входят следующие особенности:

  • Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.

Симистор с креплением под радиатор

  • Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
  • Не поддерживаются высокие частоты переключения.

По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.

RC-цепочка для защиты симистора от помех

Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.

Применение

Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока.

Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась.

Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:

  • зарядные устройства для автомобильных АКБ;
  • бытовое компрессорное оборудования;
  • различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
  • ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).

И это далеко не полный перечень.

Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.

Как проверить работоспособность симистора?

В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.
  • Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.
  • Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).
  • Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.

Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.

Схема простого тестера для симисторов

Обозначения:

  • Резистор R1 – 51 Ом.
  • Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
  • Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
  • Лампочка HL – 12 В, 0,5А.

Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.

Алгоритм проверки:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.

Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.

Схема для проверки тиристоров и симисторов

Обозначения:

  • Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
  • Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.

В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.

Тестирование тринисторов производится следующим образом:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.

Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.

Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:

  • Выполняем пункты 1-4.
  • Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD

То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).

Схема управления мощностью паяльника

В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.

Простой регулятор мощности для паяльника

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
  • Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 — 0,05 мкФ.
  • Симметричный тринистор BTA41-600.

Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.

Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.

Схема управления мощностью на базе фазового регулятора

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 — 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
  • Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
  • Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
  • Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.

Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:

  • R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
  • R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),

Источник: https://www.asutpp.ru/simistory.html

Симистор

Радиоэлектроника для начинающих

Если проанализировать путь развития полупроводниковой электроники, то почти сразу становится понятно, что все полупроводниковые приборы созданы на переходах или слоях (n-p, p-n).

Простейший полупроводниковый диод имеет один переход (p-n) и два слоя.

У биполярного транзистора два перехода и три слоя (n-p-n, p-n-p). А что будет, если добавить ещё один слой?

Тогда мы получим четырёхслойный полупроводниковый прибор, который называется тиристор. Два тиристора включенные встречно-параллельно и есть симистор, то есть симметричный тиристор.

В англоязычной технической литературе можно встретить название ТРИАК (TRIAC – triode for alternating current).

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

У симистора три электрода (вывода). Один из них управляющий. Обозначается он буквой G (от англ. слова gate – «затвор»). Два остальных – это силовые электроды (T1 и T2). На схемах они могут обозначаться и буквой A (A1 и A2).

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

Следует отметить, что симистор управляется несколько по-другому, нежели эквивалентная тиристорная схема.

Симистор достаточно редкое явление в семье полупроводниковых приборов. По той простой причине, что изобретён и запатентован он был в СССР, а не в США или Европе. К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно.

Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях.

Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.

Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение.

На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку.

В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше.

После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса.

В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

  • Невысокая стоимость.
  • По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.
  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.
  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.
  • Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка. Величина резистора R1 от 50 до 470 ом, величина конденсатора C1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

  • Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.
  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.
  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.
  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.
  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.
  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.
  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.
  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.
  • Время включения – 10 мкс.
  • Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот. Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.).

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/simistor.html

Что такое симистор, как он работает и для чего нужен

Симистор является полупроводниковым прибором. Его полное название – симметричный триодный тиристор. Его особенность – возможно проводить ток в обе стороны. Данный элемент цепи имеет три вывода: один является управляющим, а два других силовыми. В этой статье мы рассмотрим принцип работы, устройство и назначение симистора в различных схемах электроприборов.

Конструкция и принцип действия

Особенность симистора является двунаправленной проводимости идущего через прибор электрического тока. Конструкция устройства строится на использовании двух встречно-параллельных тиристоров с общим управлением.

Такой принцип работы дал название от сокращенного «симметрические тиристоры». Поскольку электроток может протекать в обе стороны, нет смысла обозначать силовые выводы как анод и катод.

Дополняет общую картину управляющий электрод.

  • Условное обозначение на схеме по ГОСТ:
  • Внешний вид следующий:

В симисторе есть пять переходов, позволяющих организовать две структуры. Какая из них будет использоваться зависит от места образования (конкретный силовой вывод) отрицательной полярности.

Как работает симистор? Исходно полупроводниковый прибор находится в запертом состоянии и ток по нему не проходит. При подаче тока на управляющий электрод, последний переходит в открытое состояние и симистор начинает пропускать через себя ток. При работе от сети переменного тока полярность на контактах постоянно меняется.

Схема, где используется рассматриваемый элемент, при этом будет работать без проблем. Ведь ток пропускается в обоих направлениях.

Чтобы симистор выполнял свои функции, на управляющий электрод подают импульс тока, после снятия импульса ток через условные анод и катод продолжает протекать до тех пор, пока цепь не будет разорвана или они не будут находится под напряжением обратной полярности.

При использовании в цепи переменного тока симистор закрывается на обратной полуволне синусоиды, тогда нужно подавать импульс противоположной полярности (той же, под которой находятся «силовые» электроды элемента).

Принцип действия системы управления может корректироваться в зависимости от конкретного случая и применения. После открытия и начала протекания подавать ток на управляющий электрод не нужно. Цепь питания разрываться не будет. При надобности отключить питание следует понизить ток в цепи ниже уровня величины удержания или кратковременно разорвать цепь питания.

Управляющие сигналы

Чтобы добиться желаемого результата с симистором используют не напряжение, а ток. Чтобы прибор открылся, он должен быть на определённом небольшом уровне. Для каждого симистора сила управляющего тока может быть разной, её можно узнать из даташита на конкретный элемент. Например, для симистора КУ208 этот ток должен быть больше 160 мА, а для КУ201 —не менее 70 мА.

Полярность управляющего сигнала должна совпадать с полярностью условного анода. Для управления симистором часто используют выключатель и токоограничительный резистор, если он управляется микроконтроллером – может понадобиться дополнительная установка транзистора, чтобы не сжечь выход МК, или использовать симисторный оптодрайвер, типа MOC3041 и подобных.

Четырёхквадрантные симисторы могут отпираться сигналом с любой полярностью. В этом преимуществе есть и недостаток – может потребоваться увеличенный управляющий ток.

При отсутствии прибор заменяется двумя тиристорами. При этом следует правильно подбирать их параметры и переделывать схему управления. Ведь сигнал будет подаваться на два управляющих вывода.

Достоинства и недостатки

Для чего нужен рассматриваемый полупроводниковый прибор? Самый популярный вариант использования – коммутация в цепях переменного тока. В этом плане симистор очень удобен – используя небольшой элемент можно обеспечить управление высоковольтного питания.

Популярны решения, когда им заменяют обычное электромеханическое реле. Плюс такого решения – отсутствует физический контакт, благодаря чему включение питания становится надежнее, переключение бесшумным, ресурс на порядки больше, быстродействие выше.

Еще одно достоинство симистора – относительно невысокая цена, что вместе с высокой надёжностью схемы и временем наработки на отказ выглядит привлекательно.

Полностью избежать минусов разработчикам не удалось. Так, приборы сильно нагреваются под нагрузкой. Приходится обеспечивать отвод тепла. Мощные (или «силовые») симисторы устанавливают на радиаторы. Ещё один недостаток, влияющий на использование, это создание гармонических помех в электросети некоторыми схемами симисторных регуляторов (например, бытовой диммер для регулировки освещенности).

Отметим, что напряжение на нагрузки будет отличаться от синусоиды, что связано с минимальным напряжением и током, при которых возможно включение.

Из-за этого подключать следует только нагрузку, не предъявляющую высоких требований к электропитанию. При постановке задачи добиться синусоиды такой способ коммутации не подойдёт.

Симисторы сильно подвержены влиянию шумов, переходных процессов и помех. Также не поддерживаются высокие частоты переключения.

Область применения

Характеристики, небольшая стоимость и простота устройства позволяет успешно применять симисторы в промышленности и быту. Их можно найти:

  1. В стиральной машине.
  2. В печи.
  3. В духовках.
  4. В электродвигателе.
  5. В перфораторах и дрелях.
  6. В посудомоечной машине.
  7. В регуляторах освещения.
  8. В пылесосе.

На этом перечень, где используется этот полупроводниковый прибор, не ограничивается.

Применение рассматриваемого проводникового прибора осуществляется практически во всех электроприборах, что только есть в доме.

На него возложена функция управления вращением приводного двигателя в стиральных машинках, они используются на плате управления для запуска работы всевозможных устройств – легче сказать, где их нет.

Основные характеристики

Рассматриваемый полупроводниковый прибор предназначен для управления схемами. Независимо от того, где в схеме он применяется, важны следующие характеристики симисторов:

  1. Максимальное напряжение. Показатель, который будучи достигнут на силовых электродах не вызовет, в теории, выхода из строя. Фактически является максимально допустимым значением при условии соблюдения диапазона температур. Будьте осторожны – даже кратковременное превышение может обернуться уничтожением данного элемента цепи.
  2. Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Пиковое значение и допустимый для него период, указываемый в миллисекундах.
  3. Рабочий диапазон температур.
  4. Отпирающее напряжение управления (соответствует минимальному постоянному отпирающему току).
  5. Время включения.
  6. Минимальный постоянный ток управления, нужный для включения прибора.
  7. Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. Этот параметр всегда указывают в сопроводительной документации. Обозначает критическую величину напряжения, предельную для данного прибора.
  8. Максимальное падение уровня напряжения на симисторе в открытом состоянии. Указывает предельное напряжение, которое может устанавливаться между силовыми электродами в открытом состоянии.
  9. Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом. Указываются соответственно в амперах и вольтах за секунду. Превышение рекомендованных значений может привести к пробою или ошибочному открытию не к месту. Следует обеспечивать рабочие условия для соблюдения рекомендованных норм и исключить помехи, у которых динамика превышает заданный параметр.
  10. Корпус симистора. Важен для проведения тепловых расчетов и влияет на рассеиваемую мощность.

Вот мы и рассмотрели, что такое симистор, за что он отвечает, где применяется и какими характеристиками обладает. Рассмотренные простым языком теоретические азы позволят заложить основу для будущей результативной деятельности. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-simistor.html

Что такое симистор (триак), характеристики, схемы: принцип работы, схемы, характеристики

В данной статье мы подробно разберем что такое симистор (триак), рассмотрим его схему и символ на схеме, кривые характеристики триака, а так же фазовый контроль симистора.

Введение

Будучи твердотельным устройством, тиристоры могут использоваться для управления лампами, двигателями или нагревателями и т.д. Однако одна из проблем использования тиристора для управления такими цепями заключается в том, что, подобно диоду, «тиристор» является однонаправленным устройством, что означает, что он пропускает ток только в одном направлении, от анода к катоду .

Для цепей переключения постоянного тока эта «однонаправленная» характеристика переключения может быть приемлемой, поскольку после запуска вся мощность постоянного тока подается прямо на нагрузку.

 Но в синусоидальных цепях переключения переменного тока это однонаправленное переключение может быть проблемой, поскольку оно проводит только в течение одной половины цикла (например, полуволнового выпрямителя), когда анод является положительным, независимо от того, что делает сигнал затвора.

 Затем для работы от переменного тока тиристором подается нагрузка только на половину мощности.

Чтобы получить двухволновое управление мощностью, мы могли бы подключить один тиристор внутри двухполупериодного мостового выпрямителя, который срабатывает на каждой положительной полуволне, или соединить два тиристора вместе в обратной параллели (спина к спине), как показано ниже. но это увеличивает как сложность, так и количество компонентов, используемых в схеме переключения.

Тиристорные конфигурации

Существует, однако, другой тип полупроводникового устройства, называемый «Триодный выключатель переменного тока» или «Триак» для краткости. Триаки также являются членами семейства тиристоров, и, как и кремниевые выпрямители, управляемые кремнием, они могут использоваться в качестве полупроводниковых переключателей питания, но что более важно, триаки являются «двунаправленными» устройствами. Другими словами, симистор может быть запущен в проводимость как положительными, так и отрицательными напряжениями, приложенными к его аноду, и положительными и отрицательными импульсами запуска, приложенными к его клемме затвора, что делает его двухквадрантным коммутирующим устройством, управляемым затвором.

Симистор ведет себя так же, как два обычных тиристоров, соединенных вместе в обратной параллельно (спина к спине) по отношению друг к другу и из — за этой конструкции два тиристоры имеют общий терминал Gate все в пределах одного трехтерминальной пакета.

Поскольку триак проводит в обоих направлениях синусоидальной формы волны, концепция анодной клеммы и катодной клеммы, используемая для идентификации главных силовых клемм тиристора, заменена обозначениями: MT 1 для главной клеммы 1 и MT 2 для главной клеммы 2.

В большинстве устройств переключения переменного тока клемма симисторного затвора связана с клеммой MT 1, аналогично взаимосвязи затвор-катод тиристора или взаимосвязи база-эмиттер транзистора. Конструкция, легирование PN и условные обозначения, используемые для обозначения триака, приведены ниже.

Схема и символ симистора

Теперь мы знаем, что «триак» — это четырехслойное PNPN в положительном направлении и NPNP в отрицательном направлении, трехполюсное двунаправленное устройство, которое блокирует ток в своем состоянии «ВЫКЛ», действующее как выключатель разомкнутой цепи, но в отличие от обычного тиристора, симистор может проводить ток в любом направлении при срабатывании одним импульсом затвора. Тогда симистор имеет четыре возможных режима срабатывания следующим образом.

  • Mode + Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = положительный ток MT 2 (+ ve), отрицательный ток затвора (-ve)
  • Mode + Mode = MT 2 отрицательный ток (-ve), положительный ток затвора (+ ve)
  • Mode — Mode = отрицательный ток MT 2 (-ve), отрицательный ток затвора (-ve)

И эти четыре режима, в которых может работать триак, показаны с использованием кривых характеристик триака IV.

Кривые характеристики триака IV

В квадранте tri триак обычно запускается в проводимость положительным током затвора, обозначенным выше как режим Ι +. Но это также может быть вызвано отрицательным током затвора, режим Ι–. Аналогичным образом, в квадранте

Источник: https://meanders.ru/simistor-triak.shtml

основные виды полупроводников, способы коммутации и принцип работы силовых ключей

Для коммутации и регулирования мощного напряжения используются тиристоры, которые представляют собой разновидность полупроводниковых приборов. Сегодня применяются различные по своей мощности коммутаторы, обеспечивающие правильную работу электросети. Нужно лишь грамотно выбрать ВАХ (вольтамперная характеристика) тиристора, что позволяет исключить поломки оборудования, обеспечивая его правильное функционирование.

Особенности полупроводников

Основное назначение тиристорных ключей — это передача электротока в прямом направлении. В закрытом состоянии полупроводник задерживает прямое и обратное напряжение, обеспечивая тем самым регулировку электросети.

Структура тиристоров включает три вывода:

  • Управляющий электрод.
  • Катод.
  • Анод.

Все полупроводники имеют свои вольтамперные характеристики, по которым можно судить о назначении и состоянии этого элемента. Мощные ключи способны работать при напряжении в 5000 вольт, а максимально допустимая сила тока составляет 5000 ампер.

Принцип работы

Принцип работы тиристора чрезвычайно прост: его включение осуществляется за счёт подачи на вывод мощных токовых импульсов. Такие сигналы по отношению к катодам должны быть положительными. На работу тиристора влияет температура полупроводника и способ приложения напряжения и тока на используемые в схеме ключи.

В электроцепи, где используются тиристоры, исключается высокая скорость нарастания напряжения, что может привести к самопроизвольному включению элемента. Поэтому устанавливаются дополнительные диоды и цепи, которые обеспечивают выравнивание напряжения, предупреждая паразитные всплески. Одной из особенностей использования ключей является наличие в цепи крутизны характеристик сигнала управления, что необходимо для их правильной работы.

Основные разновидности

На сегодняшний день существует несколько основных типов полупроводников, которые отличаются своей конструкцией, принципом коммутации и рядом других параметров. Наибольшее распространение получили следующие виды тиристоров:

  • Оптические ключи, предназначенные для управления потоками света.
  • Тиристоры с полевым транзистором управления.
  • Инверторные полупроводники, характеризующиеся высокой скоростью коммутации.
  • Симметричные модификации позволяют заменить два подключённых встречно-параллельно полупроводника.
  • Диодные переходят в состояние проводимости при превышении пиковых показателей напряжения.

Параметры и ВАХ тиристоров в зависимости от их типа существенно различаются. Соответственно, подобрав ту или иную разновидность, можно будет обеспечить правильное функционирование электроцепей, упростив схему выполнения оборудования.

Способы коммутации

Управление работой ключей выполняется при помощи соответствующих сигналов коммутации, которые позволяют открывать и закрывать входы, обеспечивая при этом правильную работу электрооборудования.

Принято выделять два способа коммутации:

  • Принудительный.
  • Естественный.

Естественная коммутация проводников возникает в тех случаях, когда ключ используется с переменным током. Перенаправление происходит при падении электротока до нулевого значения. Такой способ управления приборами не получил должного распространения, так как при его использовании сложно обеспечить правильность работы электроцепи, существенно снижая функционал тиристоров.

При принудительной коммутации необходимы дополнительные конденсаторы, которые заранее заряжаются за счёт нажатия кнопки ключа. В используемую схему управления дополнительно включается LC-цепь, обязательным условием в которой является заряженный конденсатор. Мощные колебания тока происходят при переходе в нагрузочной цепи, что позволяет осуществлять коммутацию тиристоров. На сегодняшний день именно принудительное управление с полупроводниками получило наибольшее распространение, что объясняется его универсальностью, простотой и максимальной надежностью.

Разновидности схем принудительного управления

Для управления работой ключей могут использоваться различные типы принудительной коммутации. Чаще всего применяют схему с коммутирующим конденсатором с обратной полярностью. Такой диод включается в цепь с помощью дополнительного вспомогательного тиристора, что обеспечивает формирование заряда на рабочий полупроводник.

Ток конденсатора направляется навстречу току с основного ключа, что позволяет снизить напряжение в сети, вплоть до падения этого параметра до нуля. При уменьшении тока происходит отключение тиристора, после чего такт повторяется, что позволяет правильно управлять работой всей электроцепи и отдельных ее элементов в частности.

Также возможно использование схемы принудительной коммутации, где подключены LC-цепочки. В начале коммутации ток от LC-цепочки направляется навстречу рабочему напряжению, происходит их быстрое уравнивание и тиристор отключается.

Из колебательной схемы электроток протекает через ключ в полупроводниковый диод. К тиристорам прикладывается соответствующее напряжение, которое по модулю равняется показателю падения напряжения на диоде.

Использование в мощных схемах

Основное назначение тиристоров — это организация правильной работы мощной схемы. Включив в цепь полупроводники, можно осуществлять следующие операции:

  • Изменять среднее значение тока, что помогает регулировать подачу сигналов управления.
  • Отключать или включать электрическую цепь с активной и резистивной нагрузкой.

Особенностью тиристорных ключей является их свойство проводить ток исключительно в одном направлении. Поэтому, используя их в цепях с переменным током, необходимо обеспечить параллельное включение. Средние показатели электротока в момент подача сигналов на тиристоры могут изменяться, что вынуждает использовать дополнительные конденсаторы, для правильной организации работы цепи.

Фазовый способ управления работы с коммутацией принудительного типа позволяет регулировать нагрузку изменением амплитуды напряжения между фазами. Такая искусственная коммутация выполняется с помощью специальных цепей или установки дополнительных запираемых ключей. Фазовый метод управления применяется в зарядных устройствах, где требуется регулировать силу тока, с учетом уровня накопленной энергии аккумулятором.

Широтно-импульсную технологию управления часто называют шим-модуляцией тока. При открытии тиристора подается сигнал управления. В переходной фазе напряжение становится нулевым, что является сигналом к закрытию ключа. Токовая кривая при использовании фазового управления будет не синусоидальной, а полностью зависящей от формы сигналов напряжения питания. Широтно-импульсное управление имеет сложную схему реализации, поэтому такой способ коммутации применяется в промышленном оборудовании и мощных блоках питания.

Правильное подключение и защита

Силовые тиристоры критичны к показателям скорости нарастания тока. Значение электротока при протекании его обратно через ключ может падать до нуля, что приводит к перенапряжению полупроводников. Для защиты ключей используются дополнительные диоды и разнообразные схемы, позволяющие защитить приборы в динамических режимах.

Применение такой схемы позволяет параллельно включать в работу ключи, что предотвращает падение до нуля обратного тока и перенапряжения полупроводников. На сегодняшний день имеется множество вариантов схематических модификаций цепей, которые используются в зависимости от параметров работы тиристоров в различных условиях и режимах.

принцип работы циклонабункера

Принцип работы и схема подключения реле времени

Принцип действия реле времени. Электронные приборы представлены конструктивным разнообразием, поэтому рассматривать принцип устройства реле времени следует с

Рукавный фильтр: конструкция, принцип работы и

Принцип работы фильтров-рукавов заключается в том, что они выводят загрязненный воздух наружу. Другой вариант — когда воздушные массы проходят полноценную очистку и отправляются обратно. Этот режим лучше применять зимой, так как это позволяет экономить на отоплении.

Принцип работы генератора переменного тока - YouTube

12.09.2017  Асинхронный двигатель - принцип работы и строение, очень доступным, простым языком - Duration: 7:22.

Тиристор: что это, принцип работы, свойства, применение

Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при

Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные

Принцип работы четырехтактного двигателя Четырехтактный двигатель представляет собой поршневой мотор внутреннего сгорания.

Принцип работы АД ... - 220v.guru

Принцип работы и устройство асинхронного двигателя с фазным ротором. В чем заключаются преимущества АД. Схема подключения и особенности эксплуатации прибора для бытовых задач.

Двигатель Стирлинга. Устройство и принцип работы

Принцип работы двигателя Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата.

Принцип работы АБХМ - vteple.xyz

Принцип работы АБХМ основан на процессе абсорбции – поглощения одного вещества другим. Для его работы необходим источник тепла – отработанный теплый воздух, пар, природный газ, любые виды твердого топлива.

Тиристор: что это, принцип работы, свойства,

Принцип работы тиристора незапираемого немного другой. Он находится в открытом состоянии когда плюс приложен к аноду, минус — на катоде. Переходит в закрытое состоянии при

Принцип работы АД ... - 220v.guru

Принцип работы Изучив устройство АД с фазным ротором и его запуск, можно приступать к более подробному рассмотрению работы такой установки.

Принцип работы паровой турбины - YouTube

28.09.2017  Атомные и угольные тепловые электростанции вместе производят практически половину всей электроэнергии в ...

Двигатель Стирлинга. Устройство и принцип работы

Принцип работы двигателя Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата.

Geoloc - Принцип работы

Визуализация местоположения. Вам придет сообщение, после чего точное местоположение отобразится на карте.

Стабилитрон Принцип работы и маркировка

Принцип работы стабилитрона Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике.

Трехходовой кран: принцип работы и схемы монтажа ...

Принцип работы трехходового крана, схема монтажа и пошаговые инструкции по установке. Преимущества оборудования для частного дома. Полезные советы по обслуживанию и

Печь для сжигания отходов (ТБО): принцип работы ...

Принцип работы. Несмотря на то, что принцип работы промышленных печей практически ничем не отличается от обычных устройств альтернативного типа, некоторые граждане до

Принцип работы и ... - tehnika.expert

Принцип работы микроволновой печи, особенности эксплуатации и технологические нюансы, на которые стоит обратить внимание всем, кто собирается приобрести или уже приобрел СВЧ-печь.

Принцип работы термопары: описание, устройство,

Принцип работы термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Принцип работы и ... - tehnika.expert

Принцип работы микроволновой печи основывается на воздействии микроволн на продукт, помещенный внутрь прибора. Подробно о том, что такое СВЧ-печь и микроволна, будет рассказано ниже.

Принцип работы термопары: описание, устройство,

Принцип работы термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Устройство и принцип работы масляного насоса в

Принцип работы способствует уменьшению габаритных размеров корпуса без потери производительности. Поэтому именно нерегулируемые маслонасосы с внутренним зацеплением чаще всего устанавливаются на современные автомобили.

принцип работы шариковой дробилки

видео принцип работы шариковой дробилки видео принцип работы шариковой дробилки, принцип работы валковой дробилки,skd дробильные оборудования пригодны для .

Принцип работы - schwank.de

Принцип работы наших обогревателей мы "позаимствовали" у Солнца. Подобно солнечным лучам ...

Принцип работы блока питания

Принцип работы блока питания Очень часто на железных форумах можно встретить грустные истории про то, как у кого-то сгорел блок питания и прихватил с собой на тот свет мать, проц, видюху, винт и кота Мурзика.

принцип работы лазерного принтера

Принцип работы Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он

Винтовой компрессор: устройство, принцип действия и

Компрессоры винтового типа относятся к классу ротационного оборудования. Принцип работы таких устройств основан на вращении двух роторов, которые и называют винтами.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с

Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, очень легко собрать своими руками агрегат, полностью соответствующий личным индивидуальным требования и

принцип работы холодильника, устройство

принцип работы холодильника Холодильный агрегат работает следующим образом. Мотор -компрессор откачивает пар ы фреона из испарителя и нагнетает их в конденсатор.

Винтовой компрессор: устройство, принцип действия и

Принцип работы таких устройств основан на вращении двух роторов, которые и называют винтами. Первый образец был выпущен еще в 1934 году шведом Элиотом Лисхольном. С тех пор изобретение перетерпело множество изменений, но принцип действия остался прежним.

Симистор принцип работы, характеристики прибора,

Принцип работы симистора Симистор — это прибор, структура которого соответствует двум тиристорам с разной проводимостью, соединенных встречно-параллельно.

Одноклавишный выключатель света, принцип работы ...

Принцип работы выключателя света Подвижный контакт замыкает цепь, и фаза отправляется по предусмотренной для нее жиле провода к лампе светильника.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с

Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, очень легко собрать своими руками агрегат, полностью соответствующий личным индивидуальным требования и

Электроэрозионная обработка металла: принцип

Принцип работы. Перед тем как приступить к выполнению этого вида обработки, необходимо вначале правильно собрать все требуемые элементы в единую цепь и предварительно подготовить детали ...

34. Шлюзы, принцип работы. - studfiles.net

34. Шлюзы, принцип работы. Шлюз ( gateway ) – устройство, выполняющее трансляцию протоколов.

Кварцевый резонатор Описание, принцип работы

Принцип работы кварца . Очень много мифов ходит по интернету именно о кварцевом резонаторе. Самый популярный миф гласит так: если подать постоянное напряжение на кварцевый резонатор, он будет выдавать переменное ...

Полевой транзистор принцип работы для чайников

Для чего нужен полевой транзистор. При рассмотрении работы сложных видов электротехники, стоит рассмотреть работу такого важного компонента интегральной схемы,

Концевой выключатель - монтаж, применение,

Концевики, конечники, концевые или конечные выключатели – так называют устройство для ограничения движения механизма.

Принцип работы АЭС - как устроена АЭС и атомный

Принцип работы АЭС базируется на цепной реакции деления атомов радиоактивного вещества – урана. Эта реакция происходит в активной зоне ядерного реактора.

Тиристоры с полевым управлением

Добавлено 8 ноября 2018 в 23:22

Сохранить или поделиться

Две сравнительно недавние технологии, предназначенные для снижения требований к «управлению» (к отпирающему току управляющего электрода) классическими тиристорными устройствами, – это тиристор с МОП управляющим электродом (MOS-gated thyristor, MGT) и МОП-управляемый тиристор (MOS Controlled Thyristor, MCT).

Тиристор с МОП управляющим электродом использует MOSFET транзистор для инициирования проводимости тока через верхний (PNP) транзистор стандартной тиристорной структуры, тем самым отпирая устройство. Поскольку MOSFET транзистор для «запуска» (приводящего к его насыщению) требует незначительного тока, это делает тиристор в целом очень простым для запуска (рисунок ниже).

Эквивалентная схема тиристора с МОП управляющим электродом

Учитывая тот факт, что обычные SCR тиристоры довольно легко «запускать» как есть, то практическое преимущество использования еще более чувствительного устройства (MOSFET) для инициирования запуска является спорным решением. Кроме того, размещение MOSFET транзистора на входном управляющем электроде делает невозможным отключение (запирание) тиристора с помощью сигнала обратного переключения. Только сброс из-за малого тока сможет привести к тому, чтобы это устройство перестало проводить ток после того, как было отперто.

Возможно, более высокое значение имело бы устройство, которое было бы полностью управляемым тиристором, в результате чего малый сигнал управляющего электрода мог бы запускать тиристор и заставлять его запираться. Такое устройство действительно существует, и оно называется МОП-управляемым тиристором (MOS Controlled Thyristor, MCT). Он использует пару MOSFET транзисторов, подключенных к общему управляющему электроду, один для отпирания тиристора, а другой для запирания (рисунок ниже).

Эквивалентная схема МОП-управляемого тиристора (MCT тиристора)

Положительное напряжение на управляющем электроде (относительно катода) открывает верхний (N-канальный) MOSFET транзистор, пропускающему ток через базу верхнего (PNP) транзистора, который фиксирует транзисторную пару в «открытом» состоянии. Как только оба транзистора будут полностью открыты, падение напряжения между анодом и катодом будет маленьким, и тиристор останется отпертым до тех пор, пока управляемый ток превышает минимальное (удерживающее) значение тока. Однако если к управляющему электроду приложить отрицательное напряжение (относительно анода, на котором напряжение почти такое же, как на катоде в отпертом состоянии), нижний MOSFET транзистор откроется и «замкнет» выводы базы и эмиттера нижнего (NPN) транзистора, тем самым вынуждая его уйти в режим отсечки. Как только NPN транзистор закроется, PNP транзистор выйдет из режима проводимости, и весь тиристор запрется. Напряжение управляющего электрода имеет полный контроль над проводимостью MCT тиристора, чтобы включать его и выключать.

Однако это устройство всё еще является тиристором. Если между управляющим электродом и катодом подается нулевое напряжение, ни один MOSFET транзистор не откроется. Следовательно, пара биполярных транзисторов останется в том состоянии, в котором она была до этого (гистерезис). Таким образом, короткий положительный импульс на управляющем электроде отопрет MCT тиристор, короткий отрицательный импульс заставит его запереться, а отсутствие напряжения на управляющем электроде позволяет MCT тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он уже находился. По сути, MCT тиристор является фиксируемой версией IGBT транзистора (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Резюме

  • Тиристор с МОП управляющим электродом использует N-канальный MOП-транзистор для отпирания тиристора, что приводит к требованию чрезвычайно низкого тока управляющего электрода.
  • МОП-управляемый тиристор использует два MOSFET транзистора для полного управления тиристором. Положительное напряжение управляющего электрода опирает устройство; отрицательное напряжение управляющего электрода заставляет его запереться. Нулевое напряжение на управляющем электроде позволяет тиристору оставаться в любом состоянии, в котором он был ранее (заперт или отперт).

Оригинал статьи:

Теги

MCT (МОП-управляемый тиристор)MGT (тиристор с МОП управляющим электродом)MOSFET / МОП транзисторОбучениеТиристорЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.


SCR - Принцип работы

Как работает SCR? -Принцип работы

Принцип работы SCR

SCR представляет собой четырехуровневое трехпозиционное и трехконтактное устройство, показанное на рис.а. Конечная P-область является анодом, конечная N-область - катодом, а внутренняя P-область - затвором. Анод к катоду соединен последовательно с цепью нагрузки. По сути, устройство - это выключатель. В идеале он остается выключенным (состояние блокировки напряжения) или имеет бесконечный импеданс до тех пор, пока на выводах анода и затвора не будет подходящего положительного напряжения по отношению к выводу катода.Затем тиристор включается, и ток течет и продолжает проводить без дальнейших сигналов затвора. В идеале тиристор имеет нулевое сопротивление в проводящем состоянии. Для выключения или возврата в состояние блокировки не должно быть стробирующего сигнала, а анодный ток должен быть уменьшен до нуля. Ток может течь только в одном направлении.

При отсутствии внешнего напряжения смещения основная несущая в каждом слое диффундирует до тех пор, пока не появится встроенное напряжение, которое замедляет дальнейшую диффузию. У некоторых основных носителей энергии достаточно, чтобы пересечь барьер, вызванный тормозящим электрическим полем на каждом переходе.Эти носители затем становятся неосновными носителями и могут рекомбинировать с основными носителями. Неосновные носители в каждом слое могут быть ускорены через каждый переход с помощью фиксированного поля, но из-за отсутствия внешней цепи в этом случае сумма токов основных и неосновных носителей должна быть равна нулю.

Смещение напряжения, как показано на рисунке, и внешняя цепь для передачи тока допускают внутренние токи, которые включают следующие термины:

Текущий I x связан с

  • Основные носители (ямы) пересекают перекресток J 1
  • Транспортные средства меньшинств пересекают перекресток J 1
  • Отверстия, введенные в стык J 2 , распространяющиеся через N-область и пересекающие стык J 1 и
  • Неосновные носители из перехода J 2 диффундируют через N-область и пересекают стык J 1 .

Точно так же I 2 связано с шестью условиями, а I 3 связано с четырьмя условиями.

Двумя простыми аналогами, объясняющими основное действие тиристора, являются модели диода и двух транзисторов.

  1. 1. Модель диода. Тиристор подобен трем последовательно включенным диодам, так как имеет три P-N перехода. Без смещения затвора всегда есть по крайней мере один обратный смещенный переход для предотвращения проводимости независимо от полярности приложенного напряжения между анодом и катодом.Если анод сделан положительным, а затвор также смещен положительно по отношению к катоду, P-слой на затворе заполняется электронами с катода и теряет свою идентичность как P-слой. Соответственно тиристор становится эквивалентным проводящему диоду.
Scr рабочий
  1. 2. Двухтранзисторная модель. Представьте себе разрез SCR по пунктирной линии, как показано на рис. а. Тогда у нас может быть два устройства, как показано на рис.б. Эти два устройства можно распознать как два транзистора. Верхний левый - это транзистор P-N-P, а нижний правый - типа N-P-N. Кроме того, можно заметить, что база транзистора P-N-P соединена с коллектором транзистора N-P-N, в то время как коллектор P-N-P соединена с базой транзистора N-P-N, как показано на рис. c. Терминал ворот вынесен из основания материала N-P-N. Эта конструкция была задумана только для объяснения работы SCR, иначе по физической форме SCR имеет четыре сплошных слоя только типа P-N-P-N.

Теперь мы видим, что два транзистора соединены таким образом, что коллектор Q 1 подключен к базе Q 2 , т.е. , выходной ток коллектора Q t становится током базы. для Q 2 . Аналогичным образом коллектор Q 2 соединяется с базой Q 1 , что показывает, что выходной ток коллектора Q 2 подается на Q 1 в качестве входного тока базы.Эти соединения транзисторов спина к спине таким образом, что выход одного входит в качестве входа другого транзистора и наоборот. Это дает чистый коэффициент усиления контурной цепи как β 1 x β 2 , где β 1 и β 2 - коэффициенты усиления по току двух транзисторов соответственно.

Когда ток затвора равен нулю или клемма затвора разомкнута, единственный циркулирующий ток - это ток утечки, который очень мал в случае кремниевого устройства, а общий ток немного превышает сумму отдельных токов утечки.В этих условиях говорят, что устройство P-N-P-N находится в состоянии прямой блокировки или в выключенном состоянии с высоким импедансом. Как только на базу транзистора Q 2 подается небольшой ток затвора путем приложения прямого смещения к его переходу база-эмиттер, он генерирует ток коллектора, в 2 раз превышающий ток базы. Этот ток коллектора Q 2 подается как входной базовый ток на Q : , который дополнительно умножается на β 1 раз, поскольку I Cl формирует входной базовый ток Q 2 и подвергается дальнейшему усилению.Таким образом, оба транзистора связываются друг с другом, и ток коллектора каждого из них продолжает увеличиваться. Этот процесс происходит очень быстро, и вскоре оба транзистора доводят друг друга до насыщения. Теперь говорят, что устройство находится в рабочем состоянии. Ток через тиристор в открытом состоянии контролируется только внешним импедансом.

Как работает тиристор?

Прежде чем углубляться в работу тиристора, давайте разберемся, зачем он нужен, когда у нас уже есть крошечный компонент под названием транзистор, который может помочь нам в переключении и усилении.

Хотя транзисторы могут переключаться, они не справляются с большими токами. Еще одна проблема с транзисторами заключается в том, что они отключаются, когда мы убираем ток переключения.

Когда мы хотим сработать и ток переключения снимается, нам нужно другое устройство, потому что здесь транзистор выходит из строя. Для решения обеих вышеперечисленных проблем требуется тиристор. Помимо обработки большого количества тока, он также может работать непрерывно, даже если ток переключения отключен.

Тиристор - это четырехслойное твердотельное полупроводниковое устройство, которое содержит 3 последовательно соединенных PN перехода с 3 выводами, называемыми анодом, катодом и затвором. Подобно диоду, тиристор также является однонаправленным устройством, но, в отличие от диода, он может использоваться как переключатель разомкнутой цепи.

Принцип работы тиристора

В тиристоре кремниевая пластина легирована четырьмя чередующимися типами P и N, которые выглядят как два транзистора, соединенных друг с другом (как показано на рисунке ниже).

Здесь P (катод) и N (анод) соединены последовательно, таким образом мы получаем три контактных контакта: анод, затвор и катод.

Когда мы смещаем вперед анод и катод, то есть анод и катод, подключенные к положительной и отрицательной клеммам батареи, первый PN переход и последний PN переход (j1 и j3) становятся смещенными вперед из-за разрыва обедненного слоя. Переход j2 остается смещенным в обратном направлении, поскольку на затвор не подается ток.

Когда мы подаем ток на затвор, тогда слой перехода j2 начинает разрываться, и ток начинает течь в цепи. Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.

Тиристор может быть только полностью включен или выключен, что означает, что он не может находиться между состояниями включения и выключения, как у транзисторов. Это делает тиристор непригодным в качестве аналогового усилителя, но может использоваться в качестве переключающего устройства.

Его три режима работы:

Режим блокировки вперед

Перемычки j1 и j3 находятся в прямом рабочем состоянии, в то время как j2 находится в состоянии обратного смещения и не позволяет току течь.

Режим прямой проводимости

Здесь положительное напряжение приложено к выводу затвора, вызывая пробой области обеднения j2. Из-за этого в цепи начинает течь ток, что приводит к переходу в режим включения.

Обратный режим блокировки

Здесь мы подаем отрицательное напряжение на анод и положительное напряжение на катод, в то время как затвор остается в разомкнутой цепи, в результате чего j1 и j3 находятся в обратном смещении, а j2 в прямом смещении. Поскольку j1 и j2 имеют обратное смещение, протекание тока невозможно.

Использование и типы тиристоров

Обычно существует 3 типа тиристоров:

1. Кремниевый выпрямитель -

SCR

Он способен контролировать большой ток и обычно используется в качестве высокочастотного переключателя в электрической цепи.

2. Тиристор выключения ворот - GTO

Они используются в инверторах, приводах переменного тока, индукционных нагревателях и т. Д.

3. Биполярный транзистор с изолированным затвором - IGBT

Они используются в импульсных источниках питания, управлении двигателями, индукционном нагреве и т. Д.

Мы используем тиристор в качестве схемы переключения, где мы должны управлять двигателями и включать / выключать лампы.

Примечание: Тиристорные устройства в основном используются там, где есть высокое напряжение и ток, и часто используются для управления переменным током (AC)

Видеоурок, объясняющий тиристор

Видео предоставлено:
Learn Engineering

Gate Выключите тиристор | Эксплуатация, характеристики, применение

В этом руководстве мы узнаем об особом типе тиристора, который называется тиристором отключения затвора.Мы познакомимся с его конструкцией, обозначением схемы, характеристиками V-I, принципом работы и некоторыми общеизвестными применениями тиристора для выключения ворот.

Введение

Хотя тиристор широко используется в приложениях с большой мощностью, он всегда был полууправляемым устройством. Несмотря на то, что он может быть включен с помощью стробирующего сигнала, он должен быть выключен путем прерывания основного тока с помощью схемы коммутации.

В случае цепей преобразования постоянного тока в постоянный и постоянного в переменный, это становится серьезным недостатком тиристора из-за отсутствия естественного нуля тока (как в случае цепей переменного тока).Следовательно, разработка тиристора выключения затвора (GTO) решает главную проблему тиристора, обеспечивая механизм выключения через клемму затвора.

Наверх

Основы Gate Turn-Off тиристор

Тиристор выключения затвора или GTO - это трехполюсный биполярный (управляемый током неосновной носитель) полупроводниковый переключающий прибор. Подобно обычному тиристору, выводы являются анодом, катодом и затвором, как показано на рисунке ниже. Как видно из названия, у него есть возможность отключения ворот.

Они способны не только включать основной ток с помощью схемы управления затвором, но и выключать его. Небольшой положительный ток затвора запускает GTO в режим проводимости, а также отрицательным импульсом на затворе он может быть отключен. Обратите внимание на рисунок ниже, что на затворе есть двойные стрелки, которые отличают GTO от обычного тиристора. Это указывает на двунаправленный ток, протекающий через вывод затвора.

Ток затвора, необходимый для выключения GTO, относительно высок.Например, GTO, рассчитанный на 4000 В и 3000 А, может потребовать тока затвора -750 А для его выключения. Таким образом, типичное усиление при выключении GTO невелико и находится в диапазоне от 4 до 5. Из-за этого большого отрицательного тока GTO используются в приложениях с низким энергопотреблением.

С другой стороны, в состоянии проводимости GTO ведет себя точно так же, как тиристор с небольшим падением напряжения в состоянии ВКЛ. GTO имеет более высокую скорость переключения, чем тиристор, и имеет более высокие номинальные значения напряжения и тока, чем силовые транзисторы.

На сегодняшнем рынке доступно несколько разновидностей ГТО с возможностью асимметричного и симметричного напряжения.GTO с идентичными возможностями прямой и обратной блокировки называются симметричными GTO (S-GTO). Они используются в инверторах источника тока, но работают несколько медленнее. В основном используются асимметричные GTO (A-GTO) из-за более низкого падения напряжения во включенном состоянии и стабильных температурных характеристик.

Эти асимметричные GTO обладают значительной способностью к обратному напряжению (обычно от 20 до 25 В). Они используются там, где либо обратное напряжение на нем никогда не возникнет, либо диод с обратной проводимостью подключен к цепи.В этой статье описываются только асимметричные GTO.

Наверх

Строительство

Рассмотрим приведенную ниже структуру GTO, которая почти аналогична тиристору. Это также четырехслойное устройство P-N-P-N с тремя переходами, как и стандартный тиристор. При этом слой n + на катодном конце сильно легирован для получения высокой эффективности эмиттера. Это приводит к низкому напряжению пробоя перехода J3, которое обычно находится в диапазоне от 20 до 40 вольт.

Уровень легирования затвора p-типа сильно различается, потому что уровень легирования должен быть низким для поддержания высокой эффективности эмиттера, тогда как для того, чтобы иметь хорошие свойства выключения, легирование этой области должно быть высоким.Кроме того, затвор и катоды должны иметь различные геометрические формы, чтобы оптимизировать возможность отключения по току.

Переход между анодом P + и основанием N называется анодным переходом. Сильнолегированная анодная область P + требуется для получения анодного перехода с более высокой эффективностью, так что достигается хорошее включение при включении. Однако такие GTO влияют на возможность выключения.

Эта проблема может быть решена путем введения сильно легированных слоев N + через равные промежутки времени в анодный слой P +, как показано на рисунке.Таким образом, этот слой N + находится в прямом контакте с слоем N на стыке J1. Это заставляет электроны перемещаться из области основания N непосредственно к металлическому контакту анода, не вызывая инжекции дырок из анода P +. Это называется структурой GTO с закороченным анодом.

Из-за этих анодных коротких замыканий обратная блокирующая способность GTO снижается до обратного напряжения пробоя перехода j3 и, следовательно, ускоряет механизм выключения.

Однако при большом количестве коротких замыканий на аноде эффективность анодного перехода снижается, и, следовательно, ухудшаются характеристики включения GTO.Таким образом, необходимо тщательно продумать плотность этих анодных коротких замыканий для хорошей работы при включении и выключении.

Наверх

Принцип работы

Операция включения GTO аналогична работе обычного тиристора. Когда анодный вывод становится положительным по отношению к катоду посредством приложения положительного тока затвора, инжекция дырочного тока из затвора приводит к прямому смещению катодного p-базового перехода.

Это приводит к эмиссии электронов от катода к анодному выводу.Это вызывает инжекцию отверстия из анодного вывода в базовую область. Эта инжекция дырок и электронов продолжается до тех пор, пока GTO не перейдет в состояние проводимости.

В случае тиристора, проводимость сначала начинается при включении области катода, примыкающей к выводу затвора. Таким образом, при растекании плазмы оставшаяся площадь переходит в проводимость.

В отличие от тиристора, GTO состоит из узких катодных элементов, которые сильно пересекаются с выводом затвора, поэтому начальная область включения очень велика, а распространение плазмы невелико.Следовательно, GTO очень быстро переходит в состояние проводимости.

Чтобы выключить проводящий GTO, на затвор прикладывается обратное смещение, делая затвор отрицательным по отношению к катоду. Часть дырок из базового P-слоя выводится через затвор, который подавляет инжекцию электронов с катода.

В ответ на это, через затвор выводится больше дырочного тока, что приводит к большему подавлению электронов с катода. В конце концов, падение напряжения на p-базовом переходе вызывает обратное смещение катодного перехода затвора и, следовательно, GTO выключается.

Во время процесса извлечения дырок область p-основания постепенно истощается, так что область проводимости сжимается. Поскольку этот процесс продолжается, анодный ток течет через удаленные участки, образуя нити с высокой плотностью тока. Это вызывает локальные горячие точки, которые могут повредить устройство, если эти нити не будут быстро погашены.

При приложении высокого отрицательного напряжения затвора эти нити быстро гаснут. Из-за накопленного заряда в N основной области ток между анодом и затвором продолжает течь, даже если катодный ток прекращается.Это называется хвостовым током, который экспоненциально затухает по мере уменьшения избыточных носителей заряда в процессе рекомбинации. Как только остаточный ток снижается до уровня тока утечки, устройство сохраняет свои характеристики прямой блокировки.

Наверх

Характеристики V-I

При включении ГТО аналогичен тиристору по своей работе, поэтому характеристики первого квадранта аналогичны тиристору. Когда анод положительный по отношению к катоду, устройство работает в режиме прямой блокировки.Применение положительного сигнала затвора переводит GTO в состояние проводимости.

Ток фиксации и токи прямой утечки значительно выше в GTO по сравнению с тиристором, как показано на рисунке. Привод затвора можно удалить, если анодный ток выше уровня удерживающего тока.

Но рекомендуется не снимать положительный привод затвора во время проводимости и поддерживать значение, превышающее максимальный критический ток затвора. Это связано с тем, что катод разделен на маленькие пальчиковые элементы, как обсуждалось выше, чтобы помочь процессу выключения.

Это вызывает кратковременное падение анодного тока ниже уровня удерживающего тока, что приводит к возврату большого анодного тока с высокой скоростью обратно в GTO. Это может быть потенциально разрушительным. Поэтому некоторые производители рекомендуют непрерывный стробирующий сигнал в состоянии проводимости.

GTO может быть выключен подачей обратного тока затвора, который может быть ступенчатым или линейно изменяющимся. GTO можно выключить без изменения анодного напряжения. Пунктирная линия на рисунке показывает траекторию i-v во время выключения для индуктивной нагрузки.Следует отметить, что во время выключения GTO может блокировать только номинальное прямое напряжение.

Чтобы избежать срабатывания du / dt и защитить устройство во время выключения, либо между затвором и катодом должно быть подключено рекомендованное значение сопротивления, либо на клемме затвора должно поддерживаться небольшое обратное напряжение смещения (обычно -2 В). Это предотвращает прямое смещение катодного перехода затвора и, следовательно, GTO поддерживает работу в состоянии выключения.

В состоянии обратного смещения GTO возможность блокировки зависит от типа GTO.Симметричный GTO имеет высокую способность к обратной блокировке, в то время как асимметричный GTO имеет небольшую возможность обратной блокировки, как показано на рисунке.

Замечено, что в состоянии обратного смещения после небольшого обратного напряжения (от 20 до 30 В) GTO начинает проводить в обратном направлении из-за короткой структуры анода. Этот режим работы не разрушает устройство при условии, что затвор имеет отрицательное смещение и время этой операции должно быть небольшим.

Наверх

Применение тиристоров с выключением затвора

Благодаря таким преимуществам, как превосходные коммутационные характеристики, отсутствие необходимости в коммутационной цепи, необслуживаемая работа и т. Д., Во многих приложениях использование GTO является преобладающим над тиристорным.Он используется в качестве основного устройства управления в прерывателях и инверторах. Некоторые из этих приложений

  • Приводы переменного тока
  • Приводы постоянного тока или прерыватели постоянного тока
  • Источники питания для стабилизации переменного тока
  • Автоматические выключатели постоянного тока
  • Индукционный нагрев
  • И другие приложения с низким энергопотреблением

Наверх

Рабочие, ВИ-характеристики, типы, применение, преимущества и недостатки

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

Знакомство с тиристорами

A Тиристор представляет собой однонаправленное полупроводниковое твердотельное устройство с четырьмя слоями чередующегося материала типа P и N. Он состоит из трех электродов: анода, катода и затвора. Анод - это положительная клемма, а катод - отрицательная клемма.

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

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

Рис.1 - Обозначение тиристора

Как работает тиристор

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

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

Рис.2 - Схема слоев тиристора

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

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

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

Ток запуска затвора изменяется обратно пропорционально напряжению затвора, и для его запуска требуется минимальный заряд затвора. Таким образом, переключением тиристоров можно управлять с помощью управляющего импульса.

Двухтранзисторный аналог тиристора

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

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

Рис.3 - Двухтранзисторная аналогия тиристора

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

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

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

Напряжение-ампер (VI) Характеристики тиристора

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

Тиристоры в прямом смещенном состоянии

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

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

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

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

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

Рис.4 - Характеристики тиристора в амперах (VI)

Тиристоры в обратном смещенном состоянии

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

Когда обратное напряжение увеличивается дальше, то при определенном напряжении происходит лавинный пробой J1 и J2, и они начинают проводиться в обратном направлении.Максимальное обратное напряжение, при котором тиристор начинает проводить, известно как обратное напряжение пробоя.

Резюме

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

Режимы работы тиристора

A Тиристор имеет три режима работы. Это: -

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

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

Блокировка обратного хода

В этом режиме соединение анода и катода меняется на обратное, и ток через него все еще не течет. Тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, и они блокируются в обратном направлении, поэтому ток блокируется.

Прямая проводка

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

Типы тиристоров

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

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

Применение тиристора

Тиристор используется в различных приложениях, таких как:

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

Преимущества тиристора

К преимуществам тиристора относятся:

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

Недостатки тиристора

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

Саяна является специалистом в области электроники и связи и имеет опыт работы в ИТ-индустрии.Она также является сертифицированным инструктором по йоге. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Что такое тиристор? - Определение, работа и применение

Определение: Тиристор - это полупроводниковое устройство , которое состоит из четырех слоев, составленных из материала P-типа и материала N-типа, расположенных поочередно. Слово тиристор образовано из двух слов тир, атрон и транс истор. Кроме того, характеристики тиристора - это совокупность свойств тиратрона и транзистора.

Тиратрон имеет свойство выпрямления , а транзистор имеет свойство переключения . Включение тиристоров осуществляется управляющим сигналом, передаваемым транзистором. В отличие от диодов, тиристоры имеют три вывода Анод, Катод и Затвор вывод .

Обозначение схемы, по которой тиристоры идентифицируются в электронной схеме, показано на схеме ниже.

Конструкция тиристоров

Тиристоры можно понять с помощью двух транзисторов по аналогии. Коллектор одного транзистора соединен с базой второго транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с базой первого транзистора.

Таким образом, всего четыре слоя полупроводникового материала соединяются друг с другом, и всего формируется три перехода.В тиристорах есть три вывода: анод, катод и затвор. Клемма затвора обеспечивает управляющее напряжение.

Работа тиристора

Коллекторный ток одного транзистора действует как базовый ток другого транзистора. Таким образом, ток коллектора одного транзистора запустит другой. Без тока коллектора в любом из транзисторов тиристор не может сработать.

Теперь предположим, что один транзистор PNP, подключен к транзистору NPN, , тогда P-вывод транзистора PNP будет подключен к одному из выводов батареи.Это сделает переход смещенным в прямом направлении, и ток начнет течь через транзистор.

Из-за этого ток коллектора от транзистора PNP войдет в базовый вывод транзистора NPN, и, таким образом, транзистор NPN также начнет проводить. Таким образом проводит тиристор.

Клемма затвора при включении тиристор выполняет действие выпрямления, но когда он выключен выпрямление прекращается. Таким образом, тиристоры могут действовать как выпрямитель и переключатель, но не могут действовать как усилитель, поскольку не могут усиливать сигнал.

Типы тиристоров

Существуют различные полупроводниковые устройства, которые можно отнести к семейству тиристоров. Некоторые из наиболее часто используемых устройств - это SCR, DIAC, TRIAC, GATT и т. Д. Мы подробно обсудим каждое из устройств в наших следующих статьях.

Характеристики тиристоров

График характеристик тиристоров показан на диаграмме ниже. С помощью кривой характеристик мы можем детально понять его работу в режиме прямого смещения и в режиме обратного смещения.

Преимущества тиристоров

  1. Лучшая эффективность: Тиристоры обладают большей эффективностью, чем транзисторы, поэтому они используются в различных приложениях электроники.
  2. Низкая стоимость изготовления: Стоимость изготовления тиристоров невысока, поэтому их экономично использовать в различных электронных схемах для переключения.
  3. Возможность управления: Это надежные характеристики тиристора, так как благодаря клемме затвора тиристор может управляться.
  4. Высокая надежность: Тиристор является высоконадежным устройством и поэтому используется в качестве важной части в передаче постоянного тока высокого напряжения.
  5. Номинальные параметры высокого напряжения и тока: Тиристор состоит из четырех слоев полупроводника, поэтому номинальные значения напряжения и тока выше, чем у транзистора.
  6. Большая допустимая мощность: Допустимая мощность тиристора намного больше, чем у другого полупроводникового прибора.
  7. Хорошая чувствительность запуска: Терминал управления затвором тиристора обеспечивает эффективный управляющий сигнал, поэтому он обладает хорошей чувствительностью запуска.

Применение тиристоров

  1. Выпрямление Назначение: Тиристоры служат для выпрямления сигнала переменного тока. Таким образом, когда управляемый сигнал подается на выпрямитель, он преобразует переменный ток в постоянный.
  2. Релейное управление: Тиристоры используются в релейном управлении.
  3. Управление фазой: Регулятор фазы использовал тиристоры для обеспечения фазовой коррекции в цепи.
  4. Передача постоянного тока высокого напряжения: Они также используются в передаче постоянного тока высокого напряжения.
  5. Контроль температуры, уровня и положения: Благодаря надежному контролю его можно использовать для контроля температуры, уровня, положения и освещения.
  6. Двигатели постоянного и переменного тока: Тиристоры используются в двигателях переменного и постоянного тока в качестве регулятора скорости.
  7. Линии передачи: Для повышения коэффициента мощности в линиях передачи можно использовать тиристоры.
  8. Циклоконвертер: Тиристоры играют решающую роль в циклоконверторах для преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.

Тиристоры - важнейшие силовые полупроводниковые приборы. Благодаря своей способности выпрямления и переключения он используется в различных электронных схемах. Более того, его четырехуровневая архитектура делает его более надежным и эффективным в использовании.

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) - определение, конструкция, режимы работы и характеристики VI

ср знаю, что диод позволяет электрический ток в одном направлении и блокирует электрический ток в другом направление. Другими словами, диод преобразует переменный ток. ток в постоянный ток ток.Это уникальное поведение диодов позволяет строить различные типы выпрямители типа половинные волна, полная волна и мост выпрямители. Эти выпрямители преобразует переменный ток в постоянный.

г. полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители используют нормальные p-n переходные диоды (двухслойные диоды).Итак, если напряжение применяется к этим диодам достаточно высоко, то диоды может быть уничтожен. Итак, выпрямители не может работать при высоком напряжении.

Чтобы преодолеть этот недостаток, ученые разработали специальный тип выпрямителя, известный как Выпрямитель с кремниевым управлением. Эти выпрямители выдерживают высокое напряжение.

Выпрямитель с кремниевым управлением Определение

Выпрямитель с кремниевым управлением - это 3 терминал и 4-х слойное полупроводниковое устройство управления током.Он в основном используется в устройствах для управления большой мощностью. Выпрямитель с кремниевым управлением также иногда называют Диод SCR, 4-слойный диод, 4-слойное устройство или тиристор. это изготовлен из кремниевого материала, который контролирует высокую мощность и преобразует сильный переменный ток в постоянный (выпрямление). Следовательно, он называется выпрямителем с кремниевым управлением.

Что контролируется кремнием Выпрямитель?

Кремниевый выпрямитель устройство управления однонаправленным током.Как нормальный p-n-переходный диод, он пропускает электрический ток только в одном направление и блокирует электрический ток в другом направлении. А диод с нормальным p-n переходом состоит из двух полупроводниковых слоев. а именно P-типа и N-типа. Однако диод SCR состоит из 4 полупроводниковых слоев чередование материалов типа P и N.

Принцип p-n-p-n переключения был разработан Tanenbaum, Goldey, Moll и Холоняк из Bell Laboratories в 1956 году.Кремний управляемый выпрямитель разработан коллективом энергетиков во главе с Гордоном Холлом и коммерциализированной Фрэнком В. Фрэнком В. «Билл» Гуцвиллер в 1957 году. На заре создания этого устройства разработка, его часто называют такими именами, как SCR и управляемый выпрямитель. Однако в наши дни это устройство часто упомянутый Thyristor.

Выпрямители с кремниевым управлением используется в приложениях управления мощностью, таких как мощность, подаваемая на электродвигатели, реле управления или индукционные нагревательные элементы где мощность должна контролироваться.

Кремний Символ управляемого выпрямителя

Схематическое обозначение кремния. управляемый выпрямитель показан на рисунке ниже. SCR диод состоит из трех клемм, а именно анода (A), катода (K), затвора (ГРАММ). Стрелка диода показывает направление обычного ток.

Строительство выпрямителя с кремниевым управлением

Выпрямитель с кремниевым управлением состоит из 4-х полупроводниковых слоев чередующегося типа P и N материалы, из которых формируются конструкции НПНП или ПНПН.Имеет три P-N стыки а именно J 1 , J 2, J 3 с тремя выводами, прикрепленными к полупроводниковым материалам а именно анод (A), катод (K) и затвор (G). Анод - это положительно заряженный электрод, через который обычный ток поступает в электрическое устройство, катод - это отрицательно заряженный электрод, через который обычный ток покидает электрическое устройство, ворота - это клемма, которая контролирует ток между анодом и катодом.Ворота Терминал также иногда называют контрольным терминалом.

Анодный вывод диода SCR соединен с первым материалом p-типа структуры PNPN, катодный вывод соединен с последним материалом n-типа, и вывод затвора соединен со вторым материалом p-типа Ближайшая к катоду структура ПНПН.

В кремниевом выпрямителе, Кремний используется как собственный полупроводник.При добавлении пятивалентных примесей к этому внутреннему полупроводник, образуется полупроводник N-типа. Когда трехвалентный примеси добавляются к собственному полупроводнику, p-тип полупроводник.

Когда 4 полупроводниковых слоя чередующиеся материалы типа P и N кладут друг на друга, В структуре ПНПН образуются три перехода. В PNPN конструкции, стык J 1 образуется между первым слоем P-N стык J 2 образуется между слоем N-P и переходом J 3 образуется между последним слоем P-N.Допинг ПНПН структура зависит от применения диода SCR

режимов работы в SCR

Есть три режима работы для выпрямителя с кремниевым управлением (SCR), в зависимости от предвзятое отношение к нему.

1) Режим блокировки в прямом направлении (выключенное состояние)

2) Режим прямого включения (включено)

3) Обратный режим блокировки (выключенное состояние)

1) Режим прямой блокировки (выключенное состояние)

В этом режиме работы положительное напряжение (+) подается на анод A (+), отрицательное напряжение (-) подается на катод K (-), а затвор G разомкнут, как показано на рисунке ниже.В этом случае переход J 1 и разветвление J 3 смещены вперед, тогда как переход J2 становится обратный смещенный. Из-за напряжения обратного смещения ширина области истощения увеличивается на стыке J 2 . Эта обедненная область на стыке J 2 действует как стена или препятствие между перекрестком J 1 и переход J 3 .Он блокирует текущий ток между развязкой 1 и развязкой 3 . Следовательно, большая часть тока не течет. между развязкой 1 и перекрестком 3 . Однако протекает небольшое количество тока утечки. между развязкой 1 и развязкой 3 .

При подаче напряжения на SCR достигает значения пробоя, неосновные носители высоких энергий вызывает лавинный срыв.При этом напряжении пробоя ток начинает течь через SCR. Но ниже этой поломки напряжения, SCR предлагает очень высокое сопротивление току и так что он будет в выключенном состоянии.

В этом режиме работы SCR смещен вперед, но ток все еще течет через него. Следовательно, он называется режимом прямой блокировки.

2) Режим прямого включения (включено)

Кремниевый выпрямитель может заставить вести себя двумя способами:

  1. За счет увеличения напряжения прямого смещения, приложенного между анодом и катод за напряжением пробоя
  2. Путем подачи положительного напряжения на вывод затвора.

В первом случае прямое смещение напряжение, приложенное между анодом и катодом, увеличивается за пределы напряжение пробоя, неосновные носители (свободные электроны в анод и дырки в катоде) получает большое количество энергии и разогнался до больших скоростей. Это высокоскоростное меньшинство носители сталкиваются с другими атомами и генерируют больше заряда перевозчики. Точно так же много столкновений происходит с другими атомами.Благодаря этому генерируются миллионы носителей заряда. Как в результате происходит пробой обедненной области на стыке J 2 и ток начинает течь через тиристор. Таким образом, SCR будет в состоянии Вкл. Ток в SCR быстро увеличивается после происходит пробой соединения.

Во втором случае небольшой положительный напряжение V G приложено к выводу затвора.Как мы знайте, что в режиме прямой блокировки ток не течет через цепь из-за наличия широкой области истощения на перекрестке J 2 . Эта область истощения образовалась из-за обратного смещения клеммы затвора. Так что эта проблема может легко решить, приложив небольшое положительное напряжение к Терминал ворот. Когда небольшое положительное напряжение подается на терминал ворот, он станет смещенным вперед.Итак, истощение ширина области на стыке J 2 становится очень узкой. В этом случае приложение небольшого напряжения прямого смещения между анодом и катодом достаточно, чтобы электрический ток проникают через эту узкую область истощения. Следовательно, электрический ток начинает течь через цепь SCR.

Во втором случае нам не нужно применять большое напряжение между анодом и катодом.Небольшое напряжение между анод и катод, а положительное напряжение на выводе затвора Достаточно перевести SCR из режима блокировки в режим проводки.

В этом режиме работы SCR смещен вперед, и через него течет ток. Следовательно, он назван как прямой проводящий режим.

3) Обратный режим блокировки (включено)

В этом режиме работы отрицательное напряжение (-) подается на анод (+), положительное напряжение (+) подается на катод (-), и затвор разомкнут, как показано на рисунок ниже.В этом случае переход J 1 и переход J 3 имеют обратное смещение, тогда как переход J2 становится предвзятым.

В качестве стыков J 1 и разветвление J 3 имеют обратное смещение, нет ток течет через цепь SCR. Но небольшая утечка ток течет из-за дрейфа носителей заряда в прямом смещенный переход J 2 .Этот небольшой ток утечки не достаточно включить SCR. Таким образом, SCR будет в выключенном состоянии.

V-I Характеристики SCR

V-I характеристики SCR показано на рисунке ниже. Горизонтальная линия внизу цифра представляет величину напряжения, приложенного к SCR, тогда как вертикальная линия представляет количество ток течет в SCR.

В A = напряжение анода, I A = Анодный ток, + В A = прямое анодное напряжение, + I A = Прямой анодный ток, -V A = обратный анод напряжение, + I A = обратный анодный ток

V-I характеристики SCR разделены на три региона:

  • Область прямой блокировки
  • Область прямой проводимости
  • Область обратной блокировки

В этой области положительное напряжение (+) подается на анод (+), отрицательное напряжение (-) подается на катод (-), и затвор разомкнут.Благодаря этому соединение J 1 и J 3 становится смещенным вперед в то время как J 2 становятся смещенными в обратном направлении. Поэтому небольшой ток утечки течет от анода к катодным выводам SCR. Этот небольшой ток утечки известен как прямая утечка. ток.

Область ОА V-I характеристик известен как область прямой блокировки, в которой SCR не проводить электрический ток.

  • Область прямой проводимости

Если приложено напряжение прямого смещения между анодом и катодом увеличивается за пределами пробоя напряжения, неосновные носители (свободные электроны на аноде и дырок в катоде) набирает большое количество энергии и ускоряется к большим скоростям. Это высокоскоростные неосновные авианосцы сталкивается с другими атомами и генерирует больше носителей заряда.Точно так же много столкновений происходит с атомами. В связи с этим, генерируются миллионы носителей заряда. В результате истощение пробой области происходит на переходе 2 J и текущем начинает течь через SCR. Таким образом, SCR будет во включенном состоянии. Ток в SCR быстро увеличивается после перехода происходит поломка.

Напряжение, при котором находится спай J 2 ломается, когда ворота открыты, называется прорывом вперед напряжение (В BF ).

Район до нашей эры V-I характеристика называется областью проводимости. В этом регионе ток, протекающий от анода к катоду, быстро увеличивается. В область AB указывает, что как только устройство включается, напряжение на тиристоре падает до нескольких вольт.

В этой области отрицательное напряжение (-) подается на анод (+), положительное напряжение (+) подается на катод (-), и затвор разомкнут.В этом случае перекресток 1 и перекресток 3 обратное смещение, тогда как переход J2 становится предвзятым.

As стыки J 1 и стыки J 3 являются с обратным смещением, ток через цепь SCR не протекает. Но небольшой ток утечки протекает из-за дрейфа заряда. носители в прямом смещенном переходе J 2 .Этот небольшой ток утечки называется током обратной утечки. Эта небольшая утечка тока недостаточно для включения SCR.

Если приложено напряжение обратного смещения между анодом и катодом увеличивается сверх обратного напряжение пробоя ( В BR ), лавинный пробой имеет место. В результате ток быстро увеличивается. Область EF называют зоной обратного схода лавины.Этот быстрый рост ток может повредить устройство SCR.

выпрямитель с кремниевым управлением (SCR) | Строительство и работа

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

В этой статье мы собираемся подробно обсудить конструкцию и работу кремниевого управляемого выпрямителя (SCR).

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) - это трехконтактное полупроводниковое переключающее устройство, которое можно использовать в качестве управляемого переключателя для выполнения различных функций, таких как выпрямление, инверсия и регулирование потока мощности.

SCR может выдерживать токи до нескольких тысяч ампер и напряжение до более 1 кВ.

SCR появился на рынке под разными названиями, такими как тиристор, тиреодный транзистор.

Как и диод, SCR является однонаправленным устройством, т.е. он будет проводить ток только в одном направлении, но, в отличие от диода, SCR может работать либо как переключатель разомкнутой цепи, либо как выпрямительный диод, в зависимости от того, как срабатывает его затвор.

Другими словами, SCR может работать только в режиме переключения и не может использоваться для усиления.

Следовательно, он широко используется для переключения постоянного тока. и переменный ток, выпрямляющий переменный ток. чтобы дать управляемый выход, преобразовывая постоянный ток. в переменный ток пр.

Строительные детали SCR

Когда к переходному транзистору добавляется pn переход, полученное устройство с тремя pn переходами называется кремниевым управляемым выпрямителем.

На рис.1 (i) показана конструкция SCR.

Рис.1 (i)

Понятно, что это, по сути, обычный выпрямитель (pn) и переходной транзистор (npn), объединенные в один блок, чтобы сформировать устройство pnpn.

Занято три терминала; один из внешнего материала p-типа, называемого анодом A, второй из внешнего слоя материала n-типа, называемого катодом K, и третий из базы секции транзистора и называется затвором G.

В нормальных рабочих условиях SCR анод удерживается под высоким положительным потенциалом относительно катод и затвор при небольшом положительном потенциале относительно катод.

На рис.1 (ii) показан символ SCR.

Рис.1 (ii)

Работа SCR

В кремниевом выпрямителе нагрузка подключена последовательно с анодом.

Анод всегда находится под положительным потенциалом относительно катод.

Работа SCR может быть изучена в следующих двух главах:

1. Когда ворота открыты:

На рис.2 показана схема SCR с открытым затвором, т.е. без напряжения на затворе.

Рис.2

В этом состоянии разветвление J 2 смещено в обратном направлении, а разветвление J 1 и J 3 смещено в прямом направлении.

Следовательно, ситуация в переходах J 1 и J 3 такая же, как в npn-транзисторе с открытой базой.

Следовательно, ток не протекает через нагрузку R L , и тиристор отключается.

Однако, если приложенное напряжение постепенно увеличивается, достигается стадия, когда обратносмещенный переход J 2 выходит из строя.

SCR теперь ведет себя интенсивно и, как говорят, находится во включенном состоянии.

Приложенное напряжение, при котором тиристор играет большую роль без напряжения затвора, называется напряжением переключения.

2. Когда затвор положительный относительно катод

SCR можно заставить проводить сильную проводимость при меньшем приложенном напряжении, приложив небольшой положительный потенциал к затвору, как показано на рис.

Рис.3

Теперь разветвление J 3 смещено в прямом направлении, а разветвление J 2 смещено в обратном направлении.

Электроны из материала n-типа начинают двигаться через переход J 3 влево, а дырки из материала p-типа - вправо.

Следовательно, электроны из перехода J 3 притягиваются через переход J 2 , и начинает течь ток затвора.

Как только протекает ток затвора, анодный ток увеличивается.

Увеличенный ток, в свою очередь, делает доступным больше электронов на переходе J 2 .

Этот процесс продолжается, и за очень короткое время разветвление J 2 выходит из строя, и SCR начинает сильно проводить.

Как только SCR начинает проводить, ворота теряют контроль. Даже если напряжение затвора снять, анодный ток вообще не уменьшится.

Единственный способ остановить проводимость, то есть вывести тиристор в выключенное состояние, - это уменьшить подаваемое напряжение до нуля.

Заключение

Из работы SCR сделаны следующие выводы:

  1. SCR имеет два состояния: либо он не проводит, либо он проводит сильно. Между ними нет состояния.Следовательно, SCR ведет себя как переключатель.
  2. Есть два способа включить SCR. Первый метод - держать затвор открытым и подавать напряжение питания равным напряжению отключения. Второй метод состоит в том, чтобы задействовать тиристор с напряжением питания, меньшим, чем напряжение отключения, а затем включить его с помощью небольшого напряжения, приложенного к затвору.
  3. Подача небольшого положительного напряжения на затвор является нормальным способом закрытия тиристора, поскольку напряжение переключения обычно намного больше, чем напряжение питания.
  4. Чтобы открыть SCR e. чтобы сделать его непроводящим, уменьшите напряжение питания до нуля.

Схема эквивалента SCR

SCR, показанный на рис. 4 (i), можно представить как разделенный на два транзистора, как показано на рис. 4 (ii).

(i) (ii) (iii)

Рис.4

Таким образом, эквивалентная схема SCR состоит из транзистора pnp и транзистора npn, соединенных, как показано на рис. 4. (iii).

Ясно, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, создавая тем самым контур положительной обратной связи.

Работу SCR легко объяснить с помощью эквивалентной схемы.

На рис.5 показана эквивалентная схема тринистора с напряжением питания V и сопротивлением нагрузки R L .

Рис.5

Предположим, что напряжение питания V меньше напряжения отключения, как это обычно бывает.

При открытом затворе (т. Е. Выключатель S разомкнут) ток базы в транзисторе TR 2 отсутствует. Следовательно, ток не течет в коллекторе TR 2 и, следовательно, в коллекторе TR 1 .

В таких условиях SCR открыт.

Однако, если переключатель S замкнут, через основание TR 2 будет протекать небольшой ток затвора, что означает, что ток его коллектора будет увеличиваться.

Коллекторный ток TR 2 является базовым током TR 1 . Следовательно, ток коллектора ТР 1 увеличивается.

Но коллекторный ток ТР 1 является базовым током ТР 2 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *