Тиристор как выглядит: Тиристор | Электротехнический журнал

Содержание

Тиристор | Электротехнический журнал


Тиристор - это полупроводниковый прибор, который выполняется на монокристалле с тремя и более p-n переходами. Тиристор имеет два устойчивых состояния - "открыт" и "закрыт". В закрытом состоянии тиристор имеет очень малую проводимость, практически равной нулю, а в открытом состоянии тиристор имеет очень малое сопротивление. Тиристор, как полупроводниковый прибор, может использоваться только как прибор ключевого действия.

Классификация тиристоров

Тиристоры классифицируют на три функциональных типа:

  • Тринистор (собственно, сам тиристор, в таком понимание, как мы привыкли его понимать),
  • Динистор (тиристор, без управляющего электрода, открытие происходит по достижению определённого открывающего уровня напряжения между выводами тиристора),
  • Симистор (симметричный тиристор, т.е. тиристор, который может регулировать ток и в прямом и в обратном направлении).

Кроме того, тиристоры бывают незапираемыми и запираемыми. Запираемые тиристоры более сложны в исполнении, имеют дополнительный запирающий электрод, при подачи импульса на который тиристор закрывается, какой бы потенциал между катодом и анодом не был.

Тиристоры бывают с управлением по катоду и по аноду.

Характеристики тиристоров

Разные характеристики тиристоров соответствуют разным значениям тока управления на управляющем электроде. Важно помнить, что тиристоры на практике управляются не постоянным, а импульсным током управления.

Рассчитывая схем с использованием тиристоров так же используют характеристику цепи управления, то есть цепи "управляющий электрод- катод". Такая зависимость выглядит как:

iу = f (uук),

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

К распространённым отечественным тиристорам можно отнести приборы КУ202 (25-400 В, ток 10 А), к импортным — MCR100 (100-600 В, 0.8 А), 2N5064 (200 В, 0.5 A), C106D (400 В, 4 А), TYN612 (600 В, 12 А), BT151 (800 В, 7.5-12 А) и другие. Также следует помнить, что не все тиристоры допускают приложение обратного напряжения, сравнимого с допустимым прямым напряжением.

Примечания

  • В.И. Лачин, Н.С. Савелов. Электроника для ВУЗов.

( Пока оценок нет )

Советские тиристоры КУ101 основные характеристики и цоколевка

Параметр Обозначение Еди-
ница
Тип тиристора
КУ101А КУ101Б КУ101Г КУ101Е
Постоянный ток в закрытом состоянии Iз. с мА 0,15 0,15 0,15 0,15
Постоянный обратный ток при Uобр max Iобр мА 0,15 0,15 0,15 0,15
Отпирающий постоянный ток управления Iу.
от
мА 0,05...7,5 0,05...7,5 0,05...7,5 0,05...7,5
Отпирающее постоянное напряжение управления Uу. от В 0,25...10 0,25...10 0,25...10 0,25...10
Напряжение в открытом состоянии Uос В - - - -
Неотпирающее постоянное напряжение управления Uу. нот В - - - -
Время включения tвкл мкс 2 2 2 2
Время выключения tвыкл мкс 70 70 70 70
Предельно допустимые параметры
Постоянное напряжение в закрытом состоянии Uз. с max
В 50 80 80 150
Постоянное обратное напряжение Uобр max В 10 50 80 150
Постоянное обратное напряжение управления Uу. обр max В - - 2 -
Минимальное прямое напряжение в закрытом состоянии Uз. с min В 10 10 10 10
Постоянный ток в открытом состоянии Iос min А 0,075 0,075 0,075 0,075
Импульсный ток в открытом состоянии Iос. и min А 0,15 0,15 0,15 0,15
Постоянный прямой ток управления Iу max А 0,015 0,015 0,015 0,015
Импульсная рассеиваемая мощность УЭ Pу.
и max
Вт 0,5 0,5 0,5 0,5
Средняя рассеиваемая мощность Pср max Вт 0,15 0,15 0,15 0,15
Максимальная температура окружающей среды Tmax °С +85 +85 +85 +85
Минимальная температура окружающей среды Tmin °С -60 -60 -60 -60

тиристорные регуляторы мощности

Регуляторы мощности ТРИД Т91, ТРИД Т93, ТРИД Т93F

Регуляторы мощности ТРИД предназначены для фазового управления мощностью в резистивной, индуктивной или слабоиндуктивной однофазной либо трехфазной нагрузке с номинальным током от 20 до 180 А. Фазовое управление мощностью заключается в изменении угла (момента) открытия выходного управляющего элемента относительно фазы напряжения, подаваемого на нагрузку. Сдвиг угла открытия выходных управляющих элементов в сторону начала полупериода сетевой частоты соответствует увеличению мощности, отдаваемой в нагрузку. Сдвиг угла открытия в сторону окончания полупериода соответствует уменьшению мощности. Выходные управляющие элементы выполнены в виде двух встречных тиристоров, размещённых на общей подложке (SCR-выход) и изготовлены по технологии DCB (direct copper bonding – прямое соединение керамической подложки с медью). Эта технология обеспечивает повышенную устойчивость к изменениям температуры выходных элементов во время работы, что увеличивает надёжность устройства в целом. Управление регулятором мощности ТРИД осуществляется стандартными сигналами постоянного тока 4 - 20 мА или постоянного напряжения 0 - 5В или 0 - 10В.

Технические характеристики

Нагрузка ТРИД Т91

однофазная резистивная или слабоиндуктивная

Нагрузка ТРИД Т93

трехфазная резистивная или слабоиндуктивная

Нагрузка ТРИД Т93F

трехфазная резистивная или индуктивная

Метод управления

Фазовое управление

Управляющий сигнал

4-20 мA или 0-5 В, 0-10 В

Коммутируемое напряжение

ТРИД Т91 230 В (АС)/400 В (АС)

Коммутируемое напряжение

ТРИД Т93 3 х 230 В (АС)/3 х 400 В (АС)

Коммутируемое напряжение

ТРИД Т93F 3 х 230 В (АС)/3 х 400 В (АС)

Максимальный ток утечки в состоянии: Выкл.

≤10 мA

Время отклика на входной сигнал

15 мс

Диапазон рабочих температур

-20°С…+70°С

Температура кристалла

≤125°С

Масса 20, 30, 50 А 75,100 А 120,150,180 А

2,2 кг 4,1 кг 4,5 кг

Модели
ТРИД Т91
Модели
ТРИД Т93
Модели
ТРИД Т93F
Номинальный ток нагрузки, А Коммутируемое напряжение, В (АС)
однофазные трехфазные
Т91/23/хх/20 Т93/23/хх/20 Т93F/23/хх/20 20 230 3 х 230
Т91/40/хх/20 Т93/40/хх/20 Т93F/40/хх/20 20 400 3 х 400
Т91/23/хх/30 Т93/23/хх/30 Т93F/23/хх/30 30 230 3 х 230
Т91/40/хх/30 Т93/40/хх/30 Т93F/40/хх/30 30 400 3 х 400
Т91/23/хх/50 Т93/23/хх/50 Т93F/23/хх/50 50 230 3 х 230
Т91/40/хх/50 Т93/40/хх/50 Т93F/40/хх/50 50 400 3 х 400
Т91/23/хх/75 Т93/23/хх/75 Т93F/23/хх/75 75 230 3 х 230
Т91/40/хх/75 Т93/40/хх/75 Т93F/40/хх/75 75 400 3 х 400
Т91/23/хх/100 Т93/23/хх/100 Т93F/23/хх/100 100 230 3 х 230
Т91/40/хх/100 Т93/40/хх/100 Т93F/40/хх/100 100 400 3 х 400
Т91/23/хх/120 Т93/23/хх/120 Т93F/23/хх/120 120 230 3 х 230
Т91/40/хх/120 Т93/40/хх/120 Т93F/40/хх/120 120 400 3 х 400
Т91/23/хх/150 Т93/23/хх/150 Т93F/23/хх/150 150 230 3 х 230
Т91/40/хх/150 Т93/40/хх/150 Т93F/40/хх/150 150 400 3 х 400
Т91/23/хх/180 Т93/23/хх/180 Т93F/23/хх/180 180 230 3 х 230
Т91/40/хх/180 Т93/40/хх/180 Т93F/40/хх/180 180 400 3 х 400

Отраслевое применение

Регулятор мощности на симисторе (тиристоре) используется для работы в составе автоматизированных систем совместно с различным оборудованием:

  • Электрические печи и сушильные установки - промышленные печи различного типа, плавильные агрегаты, печи для закалки в солевых ваннах.
  • Агрегаты и экструзивные прессы для пластмасс, устройств проветривания и смешения, точечной и шовной сварки.
  • Установки сушки инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, ковши для плавки стекла и нагрева, печи для формовки стекла.
  • Системы автоматического регулирования температуры в различных электронагревательных установках.
  • Плавный пуск осветительных ламп и управление освещением.
  • Управление инфракрасными нагревателями, электродвигателями и многое другое.

 

Однофазные регуляторы мощности ТРМ-1М

НАЗНАЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ

 Тиристорные регуляторы (далее по тексту – регуляторы) предназначены для плавной регулировки мощности ламп, нагревателей и некоторых других типов нагрузок. Контроллер температуры в сочетании с регулятором позволяет осуществлять поддержание температуры объекта с высокой точностью. Имеется также возможность подключения внешнего ручного управления или внешней корректировки установленных параметров управления.
 Области применения: металлургия, пищевая промышленность, сушка, экструзия, термообработка и плавка стекла, инфракрасное оборудование, полупроводники, нефтехимия и т.д.
 Регуляторы ТРМ-1М и ТРМ-1 могут управляться вручную с помощью потенциометра, а так же от любого устройства управления: постоянным напряжением 0-10В (0-5В) или током 0-20мА (4-20мА), например контроллера температуры.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

 Тиристор - это полупроводниковый прибор. Он может находиться в одном из двух состояний: в открытом или закрытом. При подаче управляющего сигнала тиристор может пропускать ток от анода к катоду.
 Тиристор может открываться управляющим сигналом в любой момент времени. Если ток через тиристор больше тока защёлкивания, он будет оставаться открытым, пока ток проходящий через него больше тока удержания.
 Блок тиристоров состоит из двух тиристоров, включённых встречно-параллельно. Каждый тиристор пропускает ток только в одном направлении, то есть только положительные или отрицательные полупериоды тока.

 В режиме максимальной мощности (тиристоры открыты полностью) работа тиристорного блока выглядит так:

 В режиме 50% мощности (тиристоры открыты на середине полупериода) работа тиристорного блока выглядит так (режим Phase Angle):

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРОВ МОЩНОСТИ ТРМ-1М

Напряжение питания схемы управления

180-250В, 45-65Гц

Напряжение питания нагрузки

100-480В, 50-60Гц

Максимальное значение тока в нагрузке

30-720А

Минимальный ток нагрузки, не менее 1% (от Iном)

Способы регулирования мощности в нагрузке

Изменением угла (фазы) открывания тиристора (Phase Angle)

Числоимпульсный способ управления - включение тиристоров при переходе напряжения через ноль (Zero Crossing)

Пакетный способ управления

Пакетный способ управления с режимом плавного пуска «разогрева»

Пакетный способ управления с режимом однократного плавного пуска «разогрева»

Входные управляющие воздействия

Вход разрешения работы "ПУСК"

Cухой контакт или открытый коллектор NPN-транзистора

     Вход управления 1

Входное напряжение управления

0-5В/0-10В (выбирается в меню)

Линейность характеристики не хуже (от максимального значения напряжения управления) 2%
Стабильность характеристики не хуже (от максимального значения напряжения управления) 2%

Максимальное допустимое входное напряжение

11В

Входной ток управления

0-20мА/4-20мА (выбирается в меню)

Максимально допустимый входной ток

40мА

     Вход управления 2

Входное напряжение управления

0-5В

Максимальное допустимое входное напряжение

5,5В

     Выход

Встроенное реле

1 переключающая группа

Максимальное коммутируемое напряжение (АС1)

АС250В

Максимальное коммутируемый ток (АС1) АС250В

Прочие

Габаритные и установочные размеры

см. таблицу ниже

Устойчивость к воздействию пачек импульсов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.4-99

Степень жёсткости 3 (2кВ/5кГц)

Устойчивость к воздействию импульсов большой энергии в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.5-99

Степень жёсткости 3 (2кВ)

Степень защиты (по передней панели/по клеммам подключения)

IP00/IP00

Максимальное напряжение изоляции 2500В/1мин

Климатическое исполнение

УХЛ4

Диапазон рабочих температур

-25…+550С*

Масса (по исполнениям)

ТРМ-1М-30, ТРМ-1М-45, ТРМ-1М-60, ТРМ-1М-80

1,8кг

ТРМ-1М-100 2кг
ТРМ-1М-125 2,8кг
ТРМ-1М-150 3кг
ТРМ-1М-180 3,3кг
ТРМ-1М-230 8,3кг
ТРМ-1М-300, ТРМ-1М-380 8,6кг
ТРМ-1М-450 13кг
ТРМ-1М-580 16кг
ТРМ-1М-720  

Режим работы

круглосуточный

Энергопотребление платы питания

не более 2Вт

Энергопотребление вентилятора (на тиристорных регуляторах с номинальным током 100А и выше)

Вентилятор 80мм

Не более 14Вт

Вентилятор 120мм

Не более 20Вт

Удельное тепловыделение

1,5Вт/А

 

 

Усилие затяжки сигнальных клемм и клемм питания регулятора

0,4-0,6Н*м

Усилие затяжки винтов крепления предохранителя

Модели с номинальным током до 100А включительно

3Н*м

Модели с номинальным током свыше 100А

5Н*м

Усилие затяжки винтов силового ввода

Винт М6

2,5-4Н*м

Винт М8

5-8Н*м

Винт М10

7-10Н*м

Уровень шума вентиляторов

Вентилятор 80мм

32Дб

Вентилятор 120мм

50Дб

Способ управления тиристором

статический

* При температуре выше +350C требуется запас по току

В ТРМ-1М и ТРМ-1 реализовано пять способов регулировки мощности

Изменением фазового угла (фазы) открывания тиристора.

 

 Регулировка мощности изменением угла (фазы) открывания тиристора

 (Phase Angle) – мощность в нагрузке пропорциональна времени открытого состояния тиристора внутри полупериода сетевого напряжения.

 Имеется функция линеаризации. Она позволяет линейно изменять напряжение или U2 (мощность при постоянном сопротивлении нагрузки) на нагрузке.

 

 Режим работы регулятора при сверхмалых нагрузках (от 1 до 6%). Функция LAP включена по умолчанию.

Числоимпульсный способ управления.

 

 Тиристор включается в момент перехода через ноль сетевого напряжения (Zero Crossing) на весь период. Мощность в нагрузке пропорциональна соотношению числа периодов во включённом и выключенном состоянии.

Пакетный способ управления индуктивной нагрузкой.

 

 Тиристор открывается с заданной задержкой включения – DT (Delay Triggering) и удерживается открытым в течении числа периодов пропорционально заданной мощности. Мощность в нагрузке определяется числом периодов «N» во включённом состоянии за определённое количество периодов «T».

 При этом N = T * P/100,

 где Т-количество периодов,

 Р - мощность в %.

 Данный способ позволяет компенсировать броски тока при коммутации индуктивной нагрузки.

 Упреждение DT задаётся пользователем – см. пункт 13.3 паспорта, параметр - 

Пакетный способ управления с режимом плавного пуска «разогрева».

 

 В начале каждой пачки периодов выходная мощность плавно нарастает от 0 до 100% (режим Phase Angle). Затем выдаётся 100% мощности в течении заданного числа периодов.

 Мощность на выходе пропорциональна соотношению длительности пачек периодов и периода следования пачек.

 P= T/N

 где Т - количество периодов,

 N = n+d

 где n – периоды плавного запуска,

 d – периоды полного открытия.

Пакетный способ управления с режимом однократного плавного пуска «разогрева».

 

 Перед выдачей первой пачки периодов выходная мощность плавно нарастает от 0 до 100% (режим Phase Angle). Затем пачки периодов выдаются без разгона, в начале пачки тиристор открывается в момент перехода напряжения через ноль и удерживается открытым в течении числа периодов пропорционально заданной мощности.

 Способ управления задается пользователем.

 

Двухфазные регуляторы мощности ТРМ-2М

30, 45А

60, 80, 100А

125А

  • Только числоимпульсный способ управления тиристорами
  • Широкий диапазон напряжения питания нагрузки - AC(180…480)В и частоты - 50. ..60Гц
  • Встроенные быстродействующие предохранители для защиты тиристоров
  • Линеаризация зависимости выходного напряжения или мощности от входного сигнала
  • Управление - ток 4…20мА или 0…20мА, напряжение DC(0…5)В, DC(0…10)В, RS-485, переменный резистор или с панели управления
  • Обнаружение и индикация причин аварии (обрыва фазы, перегрева регулятора и выхода частоты сети за допустимые пределы, определение перегорания предохранителя) и возможность подключения внешнего аварийного сигнализатора «Авария» к контактам реле. При обнаружении ошибки регулятор отключает нагрузку.

В ТРМ-2М реализован числоимпульсный способ управления

 Тиристор включается в момент перехода через ноль сетевого напряжения (Zero Crossing) на весь период. Мощность в нагрузке пропорциональна соотношению числа периодов во включённом и выключенном состоянии.

Тиристорные регуляторы мощности ТРМ-2М работают только в числоимпульсном режиме. В этом режиме на нагрузку поступают ТОЛЬКО целые периоды напряжения сети. Количество периодов и пауз между ними определяют мощность, выделяемую на нагрузке. Под воздействием входного сигнала изменяется соотношение между импульсами напряжения и пауз в диапазоне от 0 до 100%. Благодаря числоимпульсному режиму управления мощностью полностью отсутствуют коммутационные помехи в сети.

 Двухфазная коммутация нагрузки на треть снижает мощность потерь на регуляторе, а также цену регулятора.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРМ-2М

Напряжение питания схемы управления

180-250В, 45-65Гц

Напряжение питания нагрузки

100-480В, 50-60Гц

Максимальное значение тока в нагрузке

30-720А

Числоимпульсный способ управления - включение тиристоров при переходе напряжения через ноль (Zero Crossing)

Входные управляющие воздействия

Вход разрешения работы «ПУСК»

Сухой контакт или открытый коллектор NPN-транзистора

    Вход управления 1

Входное напряжение управления

0-5В/0-10В (выбирается в меню)

Максимальное допустимое входное напряжение

11В

Входной ток управления

0-20мА/4-20мА (выбирается в меню)

Максимально допустимый входной ток

40мА

    Вход управления 2

Входное напряжение управления

0-5В

Максимальное допустимое входное напряжение

5,5В

    Выходы

Встроенное реле

1 переключающая группа

Максимальное коммутируемое напряжение (АС1)

АС250В

Максимальное коммутируемый ток (АС1) АС250В

Прочие

Устойчивость к воздействию пачек импульсов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317. 4.4-99

Степень жёсткости 3 (2кВ/5кГц)

Устойчивость к воздействию импульсов большой энергии в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.5-99

Степень жёсткости 3 (2кВ)

Максимальное напряжение изоляции 2500В/1мин

Степень защиты по передней панели/по клеммам подключения

IP00/IP00

Климатическое исполнение

УХЛ4

Диапазон рабочих температур

-25…+550С*

Высота над уровнем моря

1000м

Режим работы

круглосуточный

Энергопотребление платы питания

Не более 2Вт

Масса (по исполнениям)
ТРМ-2М-30 2кг
ТРМ-2М-45 2,2кг
ТРМ-2М-60 2,5кг
ТРМ-2М-125 3,5кг
ТРМ-2М-180 9,7кг
ТРМ-2М-230 10кг

Энергопотребление вентилятора (на тиристорных регуляторах с номинальным током 100А и выше)

80мм

Не более 14Вт

120мм

Не более 20Вт

Удельное тепловыделение

3Вт/А

 

 

Усилие затяжки сигнальных клемм и клемм питания регулятора

0,4 - 0,6Н*м

Усилие затяжки винтов крепления предохранителя

Модели с номинальным током до 100А включительно

3Н*м

Модели с номинальным током свыше 100А

5Н*м

Усилие затяжки винтов силового ввода

Винт М6

2,5 - 4Н*м

Винт М8

5 - 8Н*м

Винт М10

7 - 10Н*м

Уровень шума вентиляторов

Вентилятор 80мм

32Дб

Вентилятор 120мм

50Дб

   

Способ управление тиристором

статический

* При температуре выше +350C требуется запас по току

Трехфазные регуляторы мощности ТРМ-3М
  • 5 способов управления тиристорами (выбирается пользователем)
  • Широкий диапазон напряжения питания нагрузки - AC(180…480)В и частоты - 50. ..60Гц
  • Встроенные быстродействующие предохранители для защиты тиристоров
  • Линеаризация зависимости выходного напряжения или мощности от входного сигнала
  • Управление - ток 4…20мА или 0…20мА, напряжение DC(0…5)В, DC(0…10)В, RS-485, переменный резистор или с панели управления
  • Обнаружение и индикация причин аварии (обрыва фазы, перегрева регулятора и выхода частоты сети за допустимые пределы, определение перегорания предохранителя) и возможность подключения внешнего аварийного сигнализатора «Авария» к контактам реле. При обнаружении ошибки регулятор отключает нагрузку.

НАЗНАЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ

 Тиристорные регуляторы предназначены для плавной регулировки мощности ламп, нагревателей и некоторых других типов нагрузок. Контроллер температуры в сочетании с регулятором позволяет осуществлять поддержание температуры объекта с высокой точностью. Имеется также возможность подключения внешнего ручного управления или внешней корректировки установленных параметров управления.
 Области применения: металлургия, пищевая промышленность, сушка, экструзия, термообработка и плавка стекла, инфракрасное оборудование, полупроводники, нефтехимия и т.д.
 Регуляторы ТРМ-3М могут управляться вручную с помощью потенциометра, а также от любого устройства управления: постоянным напряжением 0-10В, 0-5В или током 0-20мА, 4-20мА, например, от контроллера температуры. Выпускается модификация с управлением через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus RTU.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

 Тиристор - это полупроводниковый прибор. Он может находиться в одном из двух состояний: в открытом или закрытом. При подаче управляющего сигнала тиристор может пропускать ток от анода к катоду.
 Тиристор может открываться управляющим сигналом в любой момент времени. Если ток через тиристор больше тока защёлкивания, он будет оставаться открытым, пока ток проходящий через него больше тока удержания.
 Блок тиристоров состоит из двух тиристоров, включённых встречно-параллельно. Каждый тиристор пропускает ток только в одном направлении, то есть только положительные или отрицательные полупериоды тока.

 В режиме максимальной мощности (тиристоры открыты полностью) работа тиристорного блока выглядит так:

 В режиме 50% мощности (тиристоры открыты на середине полупериода) работа тиристорного блока выглядит так (режим Phase Angle):

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРОВ МОЩНОСТИ ТРМ-3М

Напряжение питания схемы управления

180-250В, 45-65Гц

Напряжение питания нагрузки

100-480В, 50-60Гц

Максимальное значение тока в нагрузке

30-720А

Минимальный ток нагрузки, не менее 1% (от Iном)

Способы регулирования мощности в нагрузке

Изменением угла (фазы) открывания тиристора (Phase Angle)

Числоимпульсный способ управления - включение тиристоров при переходе напряжения через ноль (Zero Crossing)

Пакетный способ управления

Пакетный способ управления с режимом плавного пуска «разогрева»

Пакетный способ управления с режимом однократного плавного пуска «разогрева»

Входные управляющие воздействия

Вход разрешения работы "ПУСК"

Cухой контакт или открытый коллектор NPN-транзистора

     Вход управления 1

Входное напряжение управления

0-5В/0-10В (выбирается в меню)

Максимальное допустимое входное напряжение

11В

Входной ток управления

0-20мА/4-20мА (выбирается в меню)

Максимально допустимый входной ток

40мА

     Вход управления 2

Входное напряжение управления

0-5В

Максимальное допустимое входное напряжение

5,5В

     Выходы

Встроенное реле

1 переключающая группа

Максимальное коммутируемое напряжение (АС1)

АС250В

Максимальное коммутируемый ток (АС1) АС250В

Прочие

Габаритные и установочные размеры

См. ниже

Устойчивость к воздействию пачек импульсов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.4-99

Степень жёсткости 3 (2кВ/5кГц)

Устойчивость к воздействию импульсов большой энергии в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.5-99

Степень жёсткости 3 (2кВ)

Степень защиты (по передней панели/по клеммам подключения)

IP00/IP00

Климатическое исполнение

УХЛ4

Диапазон рабочих температур

-25…+550С*

Высота над уровнем моря до 1000м

Масса (по исполнениям)

ТРМ-3М-30 2,2кг
ТРМ-3М-45, -60, -80 2,4кг
ТРМ-3М-100, -125 6,6кг
ТРМ-3М-150 7,7кг
ТРМ-3М-180 9,5кг
ТРМ-3М-230 16кг
ТРМ-3М-300, -380 20кг
ТРМ-3М-450 22,6кг

Режим работы

круглосуточный

Энергопотребление платы питания

не более 2Вт

Энергопотребление вентилятора (на тиристорных регуляторах с номинальным током 100А и выше)

Вентилятор 80мм

Не более 14Вт

Вентилятор 120мм

Не более 20Вт

Удельное тепловыделение

4,5Вт/А

 

 

Усилие затяжки сигнальных клемм и клемм питания регулятора

0,4-0,6Н*м

Усилие затяжки винтов крепления предохранителя

Модели с номинальным током до 100А включительно

3Н*м

Модели с номинальным током свыше 100А

5Н*м

Усилие затяжки винтов силового ввода

Винт М6

2,5-4Н*м

Винт М8

5-8Н*м

Винт М10

7-10Н*м

Уровень шума вентиляторов

Вентилятор 80мм

32Дб

Вентилятор 120мм

50Дб

Способ управление тиристором

статический

* При температуре выше +350C требуется запас по току

 

Составной тиристор.

Что такое тиристор? Подробное описание полупроводника. Зона высокой проводимости

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

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

Где применяются тиристоры

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


Конструкция и принцип действия

Состоит тиристорный ключ из трех частей:

  • Анод.
  • Катод.
  • Вход.

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


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

Цепь постоянного тока

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

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

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

Цепь переменного тока

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

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

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

Управление тиристорами

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

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

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

Тиристорные светодиоды

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


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

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

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

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

Существует несколько решающих характеристик тиристора

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

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

В запертом состоянии тиристора – это:

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

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

Для увеличения постоянного значения напряжения

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

Разновидности тиристоров

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

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

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

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

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

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

Принцип действия

Рассмотрим работу тиристора по следующей простой схеме.

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

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

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

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

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

Особенности устройства

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

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

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

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

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

Виды тиристоров

Различают несколько разновидностей тиристоров. Рассмотрим их классификацию.

По способу управления разделяют на:

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

Триодные тиристоры в свою очередь разделяются:

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

Запирание тиристора производится:

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

По обратной проводимости тиристоры делятся:

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

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

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

Разделение тиристоров по мощности

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

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

Простая сигнализация на основе тиристора

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

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

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

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

Регулятор мощности на тиристоре

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды

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

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

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

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

Свойства и характеристики

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

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

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

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

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

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

Запираемые тиристоры

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

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

Сравнение различных тиристоров приведено в таблице ниже.

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

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

Содержание:

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

Транзисторный эквивалент

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

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

Динистор

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

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

Трудности выключения

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

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

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

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

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

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

Многообразие модельного ряда

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

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

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

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

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

Чем отличается тиристор от диода. Тиристоры

Чтобы понять как работает схема, необходимо знать действие и назначение каждого из элементов. В этой статье рассмотрим принцип работы тиристора, разные виды и режимы работы, характеристики и виды. Постараемся объяснить все максимально доступно, чтобы было понятно даже для начинающих.

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

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

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

Внешний вид

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

Два вида тиристоров — современные и советские, обозначение на схемах

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

Принцип работы

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

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

Принцип работы тиристора простыми словами

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

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

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

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

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

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

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

Проверка работоспособности

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

Прозвонка мультиметром

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

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

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

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

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

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

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

Виды тиристоров и их особые свойства

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

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

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

По проводимости

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

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

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

Классификация по особым режимам работы

Еще можно выделить следующие подвиды тиристоров:

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

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

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

Характеристики и их значение

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


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

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Принцип действия тиристора

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

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

Условия закрытия тиристора:

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

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

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

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

Схема включения

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

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

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

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

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

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

Типы данных электронных компонентов

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

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

Симисторы

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

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

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

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

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

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Принцип действия тиристора

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

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

Условия закрытия тиристора:

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

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

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

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

Схема включения

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

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

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

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

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

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

Типы данных электронных компонентов

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

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

Симисторы

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

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

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

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

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

1.1 Определение, виды тиристоров

1.2 Принцип действия

1.3 Параметры тиристоров

Глава 2. Применение тиристоров в регуляторах мощности

2.1 Общие сведения о различных регуляторах

2.2 Процесс управления напряжением при помощи тиристора

2.3 Управляемый выпрямитель на тиристоре

Глава 3. Практические разработки регуляторов мощности на тиристорах

3.1 Регулятор напряжения на тиристоре КУ201К

3.2 Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах

Заключение

Литература

Введение

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

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

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

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

1.1 Определение, виды тиристоров

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

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

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

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

Рис. 1.1.2 Структура динистора.

Рис. 1.1.3 Структура тринистора.

1.2 Принцип действия

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

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

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

Рис.1.2.3. Вольтамперная характеристика динистора.

Рис.1.2.4. Вольтамперная характеристика тиристора.

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

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

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

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

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

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

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

Принцип функционирования тиристора

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

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

Способы включения и выключения тиристора

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

Выключение тиристора может быть осуществлено некоторыми способами:

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

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

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

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

Основные типы тиристоров

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

Наиболее распространенные типы

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

Обеспечение защиты

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

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

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

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

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

Ограничения тиристора

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

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

Чем отличается тиристор от симистора

В 1963 году у многочисленного семейства тринисторов появился еще один "родственник" – симистор. Чем же он отличается от своих «собратьев» – тринисторов (тиристоров)? Вспомните о свойствах этих приборов. Их работу часто сравнивают с действием обычной двери: прибор заперт – ток в цепи отсутствует (дверь закрыта – прохода нет), прибор открыт – в цепи возникает электрический ток (дверь отворилась – входите). Но у них есть общий недостаток. Тиристоры пропускают ток только в прямом направлении — так обычная дверь легко открывается "от себя", но сколько ни тяни ее на себя — в противоположную сторону, все усилия окажутся бесполезными.

Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти и снабдив его управляющим электродом, ученые обнаружили, что прибор с такой структурой (названный впоследствии симистором) способен пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях.

Посмотрите на рисунок 1, изображающий строение полупроводниковых слоев симистора. Внешне они напоминают транзисторную структуру р- n -р типа, но отличаются тем, что имеют три дополнительные области с n -проводимостью. И вот что интересно: оказывается, две из них, расположенные у катода и анода, выполняют функции только одного полупроводникового слоя — четвертого. Пятый образует область с n -проводимостью, лежащая около управляющего электрода.

Ясно, что работа такого прибора основана на более сложных физических процессах, чем у других типов тиристоров. Чтобы лучше разобраться в принципе действия симистора, воспользуемся его тиристорным аналогом. Почему именно тиристорным? Дело в том, что разделение четвертого полупроводникового слоя симистора не случайно. Благодаря такой структуре при прямом направлении тока, протекающего через прибор, анод и катод выполняют свои основные функции, а при обратном они как бы меняются местами — анод становится катодом, а катод, наоборот, анодом, то есть симистор можно рассматривать как два встречно-параллельно включенных тиристора (рис. 2).

Тринисторный аналог симистора

Представим, что на управляющий электрод подан отпирающий сигнал. Когда на аноде прибора напряжение положительной полярности, а на катоде — отрицательной, электрический ток потечет через левый по схеме тринистор. Если полярность напряжения на силовых электродах поменять на противоположную, включится правый по схеме тринистор. Пятый полупроводниковый слой, подобно регулировщику, руководящему движением автомобилей на перекрестке, направляет отпирающий сигнал, зависимости от фазы тока на один из тринисторов. При отсутствии отпирающего сигнала симистор закрыт.

В целом его действие можно сравнить, например, с вращающейся дверью на станции метро — в какую сторону ни толкни ее, она обязательно откроется. Действительно, подадим отпирающее напряжение на управляющий электрод симистора — "подтолкнем" его, и электроны, словно спешащие на посадку или выход пассажиры, потекут через прибор в направлении, диктуемом полярностью включения анода и катода.

Этот вывод подтверждается и вольтамперной характеристикой прибора (рис. 3). Она состоит из двух одинаковых кривых, повернутых относительно друг друга на 180°. Их форма соответствует вольтамперной характеристике динистора, а области непроводящего состояния, как и у тринистора, легко преодолеваются, если на управляющий электрод подать отпирающее напряжение (изменяющиеся участки кривых показаны штриховыми линиями).

Благодаря симметричности вольтамперной характеристики новый полупроводниковый прибор был назван симметричным тиристором (сокращенно — симистор). Иногда его называют триаком (термин, пришедший из английского языка).

Симистор унаследовал от своего предшественника — тиристора все его лучшие свойства. Но самое главное достоинство новинки в том, что в ее корпусе расположили сразу два полупроводниковых прибора. Судите сами. Для управления цепью постоянного тока необходим один тиристор, для цепи переменного тока приборов должно быть два (включены встречно-параллельно). А если учесть, что для каждого из них нужен отдельный источник отпирающего напряжения, который к тому же должен включать прибор точно в момент изменения фазы тока, становится ясно, каким сложным будет такой управляющий узел. Для симистора же род тока не имеет значения. Достаточно лишь одного такого прибора с источником отпирающего напряжения, и универсальное управляющее устройство готово. Его можно использовать в силовой цепи постоянного или переменного тока.

Близкое родство тиристора и симистора привело к тому, что у этих приборов оказалось много общего. Так электрические свойства симистора характеризуются теми же параметрами, что и у тиристора. Маркируются они тоже одинаково — буквами КУ, трехзначным числом и буквенным индексом в конце обозначения. Иногда симисторы обозначают несколько иначе — буквами ТС, что означает "тиристор симметричный".

Условное графическое обозначение симисторов на принципиальных схемах показано на рисунке 4.

Для практического знакомства с симисторами выберем приборы серии КУ208 — триодные симметричные тиристоры п-р-п-р типа. На разновидности приборов указывают буквенные индексы в их обозначении — А, Б, В или Г. Постоянное напряжение, которое выдерживает в закрытом состоянии симистор с индексом А, составляет 100 В, Б — 200 В, В — 300 В и Г — 400 В. Остальные параметры у этих приборов идентичные: максимальный постоянный ток в открытом состоянии — 5 А, импульсный —10 А, ток утечки в закрытом состоянии — 5 мА, напряжение между катодом и анодом в проводящем состоянии — -2 В, величина отпирающего напряжения на управляющем электроде равна 5 В при токе 160 мА, рассеиваемая корпусом прибора мощность— 10 Вт, предельная рабочая частота — 400 Гц.

А теперь обратимся к электроосветительным приборам. Нет ничего проще управлять работой любого из них. Нажал, к примеру, клавишу выключателя — ив комнате загорелась люстра, нажал еще раз — погасла. Иногда, правда, это достоинство неожиданно превращается в недостаток, особенно если вы хотите сделать свою комнату уютной, создать ощущение комфорта, а для этого так важно удачно подобрать освещение. Вот если бы свечение ламп менялось плавно.

Оказывается, в этом нет ничего невозможного. Нужно только вместо обычного выключателя подсоединить электронное устройство, управляющее яркостью светильника. Функции регулятора, "командующего" лампами, в таком приборе выполняет полупроводниковый симистор.

Построить простое регулирующее устройство, которое поможет управлять яркостью свечения настольной лампы или люстры, изменять температуру электроплитки или жала паяльника, вы сможете, воспользовавшись схемой, представленной на рисунке 5.

Рис. 5. Принципиальная схема регулятора

Трансформатор Т1 преобразует сетевое напряжение 220 В в 12 — 25 В. Оно выпрямляется диодным блоком VD1—VD4 и подается на управляющий электрод симистора VS1. Резистор R1 ограничивает ток управляющего электрода, а переменным резистором R2 регулируют величину управляющего напряжения.

Рис. 6. Временные диаграммы напряжения: а – в сети; б – на управляющем электроде симистора, в – на нагрузке.

Чтобы легче было разобраться в работе прибора, построим три временные диаграммы напряжений: сетевого, на управляющем электроде симистора и на нагрузке (рис. 6). После включения устройства в сеть на его вход поступает переменное напряжение 220 В (рис. 6а). Одновременно на управляющий электрод симистора VS1 подается отрицательное напряжение синусоидальной формы (рис. 66). В момент, когда его величина превысит напряжение включения, прибор откроется и сетевой ток потечет через нагрузку. После того как величина управляющего напряжения станет ниже пороговой, симистор остается открытым за счет того, что ток нагрузки превышает ток удержания прибора. В тот момент, когда напряжение на входе регулятора меняет свою полярность, симистор закрывается. Далее процесс повторяется. Таким образом, напряжение на нагрузке будет иметь пилообразную форму (рис. 6в)

Чем больше амплитуда управляющего напряжения, тем раньше включится симистор, а следовательно, больше будет и длительность импульса тока в нагрузке. И наоборот, чем меньше амплитуда управляющего сигнала, тем меньше будет длительность этого импульса. При крайнем левом по схеме положении движка переменного резистора R2 нагрузка станет поглощать полные «порции» мощности. Если регулятор R2 повернуть в противоположную сторону, амплитуда управляющего сигнала окажется ниже порогового значения, симистор останется в закрытом состоянии и ток через нагрузку не потечет.

Нетрудно догадаться, что наш прибор регулирует мощность, потребляемую нагрузкой, изменяя тем самым яркость свечения лампы или температуру нагревательного элемента.

В устройстве можно применить следующие элементы. Симистор КУ208 с буквой В или Г. Диодный блок КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом, подойдут также четыре полупроводниковых диода серий Д226, Д237. Постоянный резистор — МЛТ-0,25, переменный — СПО-2 или любой другой мощностью не менее 1 Вт. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка. Трансформатор Т1 рассчитан на напряжение вторичной обмотки 12—25 В.

Если подходящего трансформатора нет, изготовьте его самостоятельно. Сердечник из пластин Ш16, толщина набора 20 мм, обмотка I содержит 3300 витков провода ПЭЛ-1 0,1, а обмотка II — 300 витков ПЭЛ-1 0,3.

Тумблер — любой сетевой, предохранитель должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки.

Регулятор собирается в пластмассовом корпусе. На верхней панели крепятся тумблер, переменный резистор, держатель предохранителя и розетка. Трансформатор, диодный блок и симистор устанавливаются на дне корпуса. Симистор необходимо снабдить теплорассеивающим радиатором толщиной 1 — 2 мм и площадью не менее 14 см2. В одной из боковых стенок корпуса просверлите отверстие для сетевого шнура.

Устройство не нуждается в налаживании и при правильном монтаже и исправных деталях начинает работать сразу после включения в сеть.

ПОЛЬЗУЯСЬ РЕГУЛЯТОРОМ, НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О МЕРАХ БЕЗОПАСНОСТИ. ВСКРЫВАТЬ КОРПУС МОЖНО, ТОЛЬКО ОТКЛЮЧИВ ПРИБОР ОТ СЕТИ!

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),

Транзисторы – распространенные полупроводниковые радиоэлементы. На их основе делают большинство электронных схем, а также микросхем. Главное их свойство – способность усиливать электрические сигналы. Изменяя слабый сигнал на управляющем электроде транзистора, можно управлять усиленным выходным сигналом. Есть еще довольно распространенный вид полупроводниковых радиоэлементов — тиристоры. Они тоже имеют управляющий электрод, но управление выходным сигналом в принципе отличается от транзисторов. В этой небольшой статье путем сравнения рассмотрены эти различия.

За основу возьмем простую схему с лампочкой. Коммутируя малый ток в цепи управляющего электрода будем управлять в разы большим током лампочки.

Вот как выглядит эта схема на транзисторе и на тиристоре:

Рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме на транзисторе. При наличии питания и замыкании выключателя S1 на управляющий электрод транзистора (базу) будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в базе) транзистор откроется, лампочка загорится.

Изменяя величину тока в базе с помощью переменного сопротивления, мы можем открывать транзистор больше или меньше, меняя таким образом яркость свечения лампочки. Последовательно с переменным сопротивлением стоит постоянное для того, чтобы при нулевом сопротивлении переменного сопротивления ток базы не превысил допустимое значение и транзистор не вышел из строя. Выключить лампочку мы можем, разомкнув выключатель S1.

Теперь рассмотрим, как можно управлять свечением лампочки в схеме, выполненной на тиристоре.

При наличии питания и замыкании выключателя S2 на управляющий электрод тиристора будет подано отпирающее напряжение и при условии достаточной величины тока (определяется величиной сопротивления в цепи управляющего электрода) тиристор откроется, лампочка загорится. А вот теперь главное отличие. Мы не можем изменять яркость лампочки изменяя сопротивление в цепи управляющего электрода. Более того, мы можем вообще разомкнуть выключатель S2 и лампочка будет светиться, но только в том случае, если ток лампочки протекающий через открытый тиристор будет больше определенного значения, называемого током удержания. Он у каждого типа тиристора свой. Чем мощнее тиристор, тем большее значение тока удержания. Погасить лампочку мы можем, только уменьшив ток через анод-катод тиристора до значения меньше тока удержания или разомкнув выключатель S3 (что равносильно току удержания равном 0).

Это главная особенность применения тиристоров и главное их отличие от транзисторов.

Другими словами, тиристор может быть или полностью открыт, или полностью закрыт. Это и достоинство, и недостаток. Достоинство в том, что падение напряжения небольшое и потери ниже, чем, например, у наполовину открытого транзистора. Недостаток в том, что схема управления усложняется.

Тиристоры проще использовать в цепях переменного тока. Мы должны открывать тиристор каждую полуволну при ее нарастании. Когда полуволна спадает, тиристор сам закроется. Задерживая время открывания при приходе полуволны, мы меняем время открытого состояния тиристора и, следовательно, значение тока в нагрузке.

Как пример, рассмотрим питание схемы на тиристоре от источника переменного напряжения.

Теперь, при замыкании выключателя лампочка будет гореть, а при размыкании, гаснуть. Как видно из осциллограммы, каждую полуволну, в ее конце ток приближается к 0. Если выключатель S2 разомкнут, то с приходом новой полуволны тиристор не откроется.

Тиристоры целесообразно использовать в цепях переменного или импульсного напряжения (тока). При этом на управляющий электрод достаточно подать короткий отпирающий импульс. Закроется тиристор сам, после окончания импульса в нагрузке. При приходе следующего импульса в нагрузке на управляющий электрод снова нужно подавать отпирающий импульс и так далее.

Материал статьи продублирован на видео:

Что такое тиристорный элемент и как это работает?

Подключенные встречно-параллельно два тиристора образуют силовой тиристорный элемент (ТЭ), который, по сути, представляет собой быстродействующий выключатель с высоким сопротивлением, при помощи которого можно регулировать средние величины напряжений и токов на нагрузке.

Если заменить один из тиристоров диодом получится тиристорно-диодный элемент (ТДЭ),  который позволит изменять величину протекающего тока только в одном полупериоде приложенного напряжения. По своим возможностям ТДЭ аналогичен ТЭ с несимметричным управлением, когда управление ведется только одним из тиристоров.

Состоящий из двух встречно-параллельно включенных тиристоров тиристорный элемент можно заменить одним симметричным тиристором (симистором), который также позволяет регулировать ток в обеих полупериодах приложенного напряжения.

При работе тиристорного элемента чисто на активную нагрузку форма кривой тока полностью повторяет форму кривой приложенного напряжения. Поэтому при подаче управляющего импульса на электрод тиристора, смещенного на угол α относительно нулевой точки приложенного напряжения, ток в цепи появится сразу, как это показано на рисунке а). В течении проводящего полупериода, который характеризуется углом проводимости λ, ток изменяется по синусоиде и прекращается при прохождении тока через ноль (смена знака напряжения на аноде). Стоит отметить, что угол закрывания тиристора при чисто активной нагрузке всегда равен π.

В случае коммутации цепи с активно-индуктивным сопротивлением возникает ЭДС самоиндукции, которое задерживает нарастание и спадание тока. В электрической цепи с индуктивностью форма тока не повторяет форму напряжения, а ток в нагрузке прекращается с запаздыванием, по отношению к моменту перехода напряжения через ноль (рисунок б)). При этом угол проводимости тиристора равен λ разности между углом закрывания β и углом открывания α.

В пределах угла проводимости ток через тиристор можно определить из уравнения электрического равновесия цепи:

Данное уравнение (1) справедливо для тока через один из тиристоров в интервале углов α≤ωt≤β, вне которого ток не течет. Решение данного уравнения выглядит следующим образом:

φ – угол, который характеризует параметры нагрузки, в дальнейшем будем называть его фазовым углом нагрузки. Угол φ представляет из себя сдвиг по фазе между током и напряжением, если в цепи отсутствуют тиристоры.

Ток, протекающий в электрической цепи (рисунок б)), состоит из двух составляющих – свободной составляющей:

Которая затухает по экспоненте с постоянной времени, зависящей от фазового угла нагрузки, и составляющей вынужденного режима:

При ωt = α начальное значение свободной составляющей будет равно мгновенному значению вынужденной составляющей тока. В момент закрывания тиристора ωt = β величина свободной составляющей iсв также соответствует мгновенному значению вынужденной составляющей iв. По уравнению (2) возможно определение тока в электрической цепи на рисунке б), если задан угол φ, а также углы открывания α или закрывания β, либо же угол проводимости λ. Угол λ можно найти из уравнения (2) при использовании граничных условий. Подставив в выражение (2):

Получим выражение, связывающее угол проводимости с величиной углов α и φ:

В случае, если управляющие импульсы поступают на электрод тиристора с углом α = φ, то свободная составляющая тока возникать не будет, а ток будет определяться только вынужденной составляющей (это следует из выражения (2)). При этом импульс тока через один тиристор совпадает с импульсом тока через второй тиристор. Данный угол открывания принято называть критическим αкр. При α<αкр ток через тиристорный элемент носит непрерывный характер, а в случае  α>αкр ток будет иметь прерывистый характер.

Чтобы получить синусоидальный непрерывный ток при α<αкр ширина отпирающего импульса λи должна быть не меньше разности (φ — α). Если это условие не выполняется, то отпирающий импульс закончится раньше, чем прекратится ток в параллельном вентиле и, соответственно, тиристор не сможет открыться – произойдет пропуск импульса.

В случае работы тиристорного элемента с углом отпирания α=αкр угол проводимости λ равен π и происходит поочередное непрерывное открывание тиристоров синхронно с переходом тока через ноль в цепи нагрузки. Поэтому процесс переключения тиристоров при α<αкр можно назвать синхронным в отличии от задержанного, выполняющегося при условии α>αкр, когда подача отпирающего импульса производится с задержкой относительно момента возможного появления тока.

В цепи переменного тока закрывание тиристоров происходит в момент перехода тока через нуль положительной полуволны напряжения на аноде. Этот процесс называется естественной  коммутацией.

В цепи с источником независимой переменной ЭДС Емsin(ωt+γ) ток будет определяться с учетом действующего результирующего напряжения. Таким образом, уравнение электрического равновесия цепи (1) получит следующий вид:

Решив это уравнение на интервале проводимости при начальных условиях ωt = α и i = 0, получим выражение для тока через один из тиристоров:

Uм.рез – амплитудное значение результирующего напряжения.

δ – это фазовый сдвиг результирующего напряжения относительно напряжения сети.

Приблизительный характер изменения тока для тиристорного элемента приведен на рисунке в). При синхронном переключении тиристоров ток отстает на угол φ от результирующего напряжения Uм.резsin(ωt + δ). Это же напряжение будет приложено и к закрытому тиристору в диапазоне углов при задержанном переключении:

Постоянная составляющая тока появляется при несимметричном открывании тиристоров в положительный и отрицательный полупериоды напряжения. Степень не симметрии можно вычислить из уравнения:

Где α+ и α — углы открывания тиристоров в положительный и отрицательный полупериоды напряжения сети.

Направление и величина постоянного тока в нагрузке определяется знаком степени и величиной не симметрии. В этом случае определение углов проводимости и формы тока производится для каждого тиристора в отдельности, аналогично рассмотренному ранее случаю симметричного управления, но с учетом конкретных значений углов α+, α, и β+, β.

При несимметричном управлении меняется определение критического угла открывания. Это связано с тем, что при угле проводимости одного из тиристоров α+ < π становится возможным включение сопряженного тиристора с углом α < φ, в связи с α > π. Отсюда можно сделать вывод, что при Δα не равном нулю критический угол открывания тиристора зависит от угла закрывания другого, параллельно включенного.   

Тиристор | Условные обозначения принципиальной схемы

Тиристор - это устройство, обладающее рядом необычных характеристик. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор, отражающий термоэмиссионный клапан / вакуумную трубку.

Как и следовало ожидать, затвор является управляющим выводом, в то время как основной ток протекает между анодом и катодом.

Символ схемы DIAC генерируется из двух треугольников, удерживаемых между двумя линиями, как показано.

В некотором роде это демонстрирует структуру устройства, которую можно рассматривать также как два соединения.

Два вывода устройства обычно обозначаются либо анодом 1 и анодом 2, либо основными выводами 1 и 2, то есть MT1 и MT2.

TRIAC, если смотреть снаружи, можно рассматривать как два тиристора, расположенные вплотную друг к другу, и это то, что обозначает символ цепи.

По сути, это развитие SCR или тиристора, но в отличие от тиристора, который может проводить только в одном направлении, TRIAC является двунаправленным устройством.

GTO иногда также называют выключателем ворот.Это устройство необычно для семейства тиристоров, потому что его можно выключить, просто приложив отрицательное напряжение к затвору - нет необходимости снимать напряжение с анода и катода.

Кремниевый управляемый переключатель (SCS), как и SCR, представляет собой одностороннее четырехслойное кремниевое устройство P-N-P-N с тремя переходами с четырьмя электродами, а именно катодом C, катодным затвором Gx, анодным затвором G2 и анодом A.

Переключатель с управлением затвором разработан для легкого открытия с помощью триггера с обратным смещением.

Переключатель, управляемый затвором (GCS), замыкается положительным триггером и размыкается отрицательным триггером (или слаботочным отпусканием).

Однопереходный транзистор (сокращенно UJT), также называемый диодом с двойной базой, представляет собой двухслойное твердотельное (кремниевое) коммутирующее устройство с 3 выводами.

Устройство имеет уникальную характеристику, заключающуюся в том, что при срабатывании его эмиттерный ток увеличивается регенеративно (из-за характеристики отрицательного сопротивления), пока он не будет ограничен источником питания эмиттера.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

2.11: Тиристоры - Workforce LibreTexts

Шокли предложил четырехслойный диодный тиристор в 1950 году.Это было реализовано только спустя годы в компании General Electric. Теперь доступны SCR для регулирования уровней мощности от ватт до мегаватт. Самые маленькие устройства, упакованные как малосигнальные транзисторы, переключают 100 миллиампер при напряжении около 100 В переменного тока. Самые большие упакованные устройства имеют диаметр 172 мм, коммутируют 5600 А при 10 000 В переменного тока. SCR наивысшей мощности может состоять из цельной полупроводниковой пластины диаметром несколько дюймов (100 мм).

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR): (a) профиль легирования, (b) эквивалентная схема BJT.

Кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой четырехслойный диод с подключением затвора, как показано на рисунке выше (а). При включении он проводит как диод для одной полярности тока. Если не сработал, он не проводит. Работа объяснена в терминах эквивалента составного подключенного транзистора на рисунке выше (b). Положительный сигнал запуска подается между выводами затвора и катода. Это заставляет транзистор, эквивалентный NPN, проводить. Коллектор проводящего транзистора NPN тянет низкий уровень, перемещая базу PNP в направлении ее напряжения коллектора, что заставляет PNP проводить.Коллектор проводящего PNP тянет вверх, перемещая основание NPN в направлении его коллектора. Эта положительная обратная связь (регенерация) усиливает уже проводимое состояние NPN. Более того, NPN теперь будет проводить даже при отсутствии стробирующего сигнала. Как только SCR проводит, он продолжает работать до тех пор, пока присутствует положительное анодное напряжение. Для показанной батареи постоянного тока это навсегда. Однако тиристоры чаще всего используются с переменным током или пульсирующим постоянным током. Проводимость прекращается с истечением положительной половины синусоиды на аноде.Более того, наиболее практичные схемы SCR зависят от цикла переменного тока, идущего от нуля до отсечки, или переключает SCR.

На рисунке ниже (а) показан профиль легирования SCR. Обратите внимание, что катод, который соответствует эквивалентному эмиттеру NPN-транзистора, сильно легирован, как указывает N + . Анод также сильно легирован (P + ). Это эквивалентный эмиттер PNP-транзистора. Два средних слоя, соответствующие базовым и коллекторным областям эквивалентных транзисторов, менее легированы: N - и P.Этот профиль в SCR большой мощности может быть распределен по всей полупроводниковой пластине значительного диаметра.

Тиристоров: (а) Поперечное сечение, (б) кремний управляемого выпрямителя (SCR), символ, (с) затвор выключение тиристора символа (GTO).

Схематические символы для SCR и GTO показаны на рисунках выше (b и c). Основной символ диода указывает на то, что проводимость от катода к аноду однонаправлена, как у диода. Добавление вывода затвора указывает на контроль проводимости диода.Выключатель выключения затвора (GTO) имеет двунаправленные стрелки вокруг вывода затвора, указывающие, что проводимость может быть отключена отрицательным импульсом, а также инициирована положительным импульсом.

В дополнение к повсеместно используемым SCR на основе кремния были произведены экспериментальные устройства из карбида кремния. Карбид кремния (SiC) работает при более высоких температурах и обладает большей теплопроводностью, чем любой металл, уступая алмазу. Это должно позволить использовать устройства с физической мощностью меньше или с большей мощностью.

Обзор

  • SCR - наиболее распространенный член семейства тиристорных четырехслойных диодов.
  • Положительный импульс, приложенный к затвору SCR, запускает его в состояние проводимости. Проводимость продолжается, даже если стробирующий импульс удален. Проводимость прекращается только тогда, когда напряжение между анодом и катодом падает до нуля.
  • SCR
  • чаще всего используются с источником переменного тока (или пульсирующим постоянным током) из-за непрерывной проводимости.
  • Выключатель выключения затвора (GTO) может быть отключен подачей отрицательного импульса на затвор.
  • Выключатель
  • SCR мегаватт мощности, до 5600 А и 10 000 В.

Тиристор

Тиристор

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

ТИРИСТОР

Райан В. 2002 - 2019

PDF ФАЙЛ - НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ РАБОЧЕЙ ТАБЛИЦЫ, СМОТРЕННОЙ НИЖЕ

A Тиристор (выпрямитель с кремниевым управлением или SCR) немного похож на транзистор.Когда небольшой ток течет в ВОРОТА (G), это позволяет большему току течь от АНОД (A) к КАТОД (С). Даже когда ток в затворе прекращается, тиристор продолжает работать. позволить току течь от анода к катоду. Он защелкивается.

Схема напротив представляет собой стабильную игру. который состоит из проволочной петли, которую нужно перемещать по проволочной трассе не касаясь его.Если петля касается проводов, ток поступает в «затвор» тиристора и зуммера звуки.
Зуммер продолжит звучать после того, как петля коснется провода. курс. Это происходит из-за тиристора, который после активации не может быть деактивирован, пока не будет отключено все питание.
Этот тип схемы также известен как схема с фиксацией . контур

ЦЕПЬ СИГНАЛИЗАЦИИ

Цепь ниже представляет собой цепь аварийной сигнализации и включает тиристор.Когда домовладелец уходит, он включает главный выключатель питания и выходной выключатель. Если злоумышленник наступит на нажимной подушечкой сигнал тревоги звучит и фиксируется (остается включенным) из-за тиристор.

1. Нарисуйте символ для тиристор.

2. Объясните, как работает тиристор.

3. Нарисуйте схему, содержащую тиристор, и объясните, как схема работает.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ИНДЕКСА ЭЛЕКТРОНИКИ СТР.

Основы тиристоров | Руководство по тиристорам для новичков

В этом руководстве мы узнаем об основах работы с тиристорами.Мы увидим краткое происхождение тиристора (от Thyratron и Transistor), небольшой список применений тиристора.

Введение

В настоящее время многие электромеханическое или электрическое оборудование от бытовых приборов, таких как источники бесперебойного питания до промышленных источников питания и оборудования для управления двигателями, состоят из силовых электронных схем, в которых тиристоры играют важную роль в качестве твердотельных переключающих устройств.

Традиционные методы управления мощностью включают использование регулируемых трансформаторов с переключением ответвлений, шунтирующих и последовательных регуляторов для ступенчатого создания переменного напряжения.Но это рентабельно и неэффективно. Позже были изобретены магнитные усилители, чтобы обеспечить статическое управление мощностью с большей надежностью.

Однако из-за громоздкости контроллеров и меньшей эффективности они ограничены определенными приложениями.

Краткая история тиристора

Развитие управления мощностью электронными методами началось с использования термомеханических и газоразрядных клапанов. Эти устройства включают преобразователи ртутной дуги, тиратроны и игнитроны.Тиратроны представляют собой триоды, заполненные газом, которые используются, в частности, для коммутации больших токов.

С быстрым развитием полупроводниковой технологии, миниатюризация электронных схем заменяет эти термоклапаны и газоразрядные клапаны, что приводит к использованию силовых диодов и силовых транзисторов во многих промышленных приложениях.

Новое направление в технологии производства - тиристоры, которые обладают аналогичными характеристиками газовых трубчатых тиратронов. Название тиристора образовано из двух слов: тиратон и транзистор.Благодаря повышенной надежности, повышенным температурным характеристикам и более низким производственным затратам эти тиристоры широко используются во многих областях.

Первый прототип тиристора был представлен в 1957 году компанией General Electric. С тех пор, с развитием производства и адаптируемостью ко многим промышленным приложениям, были представлены другие устройства с аналогичными характеристиками, которые относятся к семейству тиристоров.

Основным материалом устройства является кремний, поэтому они называются выпрямителями с кремниевым управлением (SCR).Однако обычно считается, что SCR является самым старым членом семейства тиристоров.

Структура тиристора

Тиристор представляет собой четырехслойное (альтернативные материалы типа P и N) трехполюсное устройство, обычно используемое в регулируемых выпрямительных схемах. Эти выводы являются анодом, катодом и затвором. Два вывода, анод и катод, соединены последовательно с нагрузкой и пропускают через нее ток, управляя током через вывод затвора.

Тиристоры предназначены для работы с высокими уровнями энергии (напряжения и тока), приблизительно превышающими 1 кВ и 100 А.Даже тиристоры с высоким номиналом можно переключать или контролировать от источника низкого напряжения (около 10 Вт и 1 А). Следовательно, с помощью тиристоров или тиристоров возможны огромные возможности управления.

В начало

Различия между тиристором и тиратроном

Источник изображения: http: //www.tuopeek.com/image2/thyratron.jpg

До изобретения тиристора или SCR широко использовались тиратроны для приложений промышленного управления. Популярные формы этого устройства - дуговые преобразователи, которые используют тиратроны как для выпрямления, так и для инверсии.Thyratron представляет собой газонаполненную трубку, состоящую из трех выводов: анода, катода и сетки. При наличии положительного напряжения между сеткой и катодом тиратрон включается. Некоторые из различий тиристора или тиристора и тиратронной лампы перечислены ниже.

  1. Для тиристора или тиристора требуется одно основное питание и одно управляющее питание или сигнал, тогда как тиратрону требуется большое напряжение питания между анодными и катодными выводами и одно отдельное питание нити накала. А некоторые тиратроны нуждаются в дополнительном питании вспомогательных диодов.
  2. Тиристоры могут работать в широком диапазоне частот, тогда как тиратроны ограничены диапазоном частот 1 кГц, поскольку время ионизации и деионизации дуги в тиратроне относительно больше.
  3. Внутренние потери в SCR намного меньше, чем в тиратронах, поскольку падение напряжения на дуге между анодом и катодом в тиратроне больше, что обратно пропорционально молекулярной массе используемого газа.
  4. Время включения и выключения тиристора меньше по сравнению с тиратроном, которое имеет большее время из-за наличия газов в межэлектродной области.
  5. Во избежание нежелательных вспышек и дуговой обратной дуги между анодными и катодными выводами тиратрона должно быть предусмотрено достаточное расстояние (из-за большого анодно-катодного напряжения) по сравнению с тиристорами. Поэтому тиратроны крупнее тиристоров (которые имеют меньшие размеры и вес).
  6. Тиристор надежнее тиратрона.
  7. Срок службы тиристора больше, а срок службы тиратрона меньше.
  8. Thyratron - это устройство, управляемое напряжением, тогда как тиристор - это устройство, управляемое током.

В начало

Разница между тиристором и транзистором

И тиристор, и транзистор представляют собой трехконтактные полупроводниковые переключающие устройства, которые используются во многих коммутационных приложениях благодаря их преимуществам, таким как меньший размер, высокая эффективность и низкая стоимость.

Несмотря на то, что доступны транзисторы с высоким номинальным напряжением и током, называемые силовыми транзисторами, между этими двумя устройствами есть некоторые различия, которые перечислены ниже.Однако и силовые транзисторы, и тиристоры имеют свои собственные применения, в которых они широко используются.

Для данного размера тиристоры имеют гораздо более высокие номинальные токи и напряжения, чем транзисторы, если рассматривать возможность изготовления.

  1. Тиристор - это четырехслойное устройство, тогда как транзистор состоит из трех слоев.
  2. После срабатывания затвора одним импульсом, тиристор или тиристор остается включенным (также называемым регенеративным действием тиристора) до тех пор, пока он не будет выключен с помощью различных методов.Но транзистору необходим постоянный базовый ток, чтобы оставаться в состоянии проводимости.
  3. Тиристор используется только как переключающее устройство (для включения или выключения), где, как и во многих случаях, транзистор должен работать в активной области.
  4. Тиристоры рассчитаны на киловаттную мощность. С другой стороны, силовые транзисторы имеют номинальную мощность в несколько сотен ватт.
  5. Внутренние потери мощности в силовых транзисторах выше, чем в тиристорах.

В начало

Типы тиристоров

Устройства семейства тиристоров подразделяются на различные типы, которые могут использоваться для различных приложений.Пусковой сигнал на клемме затвора вызывает включение тиристора и его выключение зависит от конфигурации силовой цепи. Таким образом, внешняя управляемость только для включения тиристоров.

Однако некоторые тиристоры (от 12 до 19 в списке ниже) имеют внешне управляемую схему для включения и выключения тиристора через вывод затвора или базы. Некоторые из типов тиристоров включают

1. Тиристоры с фазовым управлением

2. Асимметричные тиристоры (ASCR)

3.Инверторные тиристоры (тиристоры с высокой скоростью переключения)

4. Тиристоры с обратной проводимостью (RCT)

5. Двунаправленные диодные тиристоры (DIAC)

6. Тиристоры с управляемым затвором (GATT)

7. Двунаправленные тиристоры (TRIAC)

8. Кремниевый управляющий переключатель (SCS)

9. Кремниевый двусторонний переключатель (SBS)

10. Кремниевый односторонний переключатель (SUS)

11. Светоактивированные кремниевые управляемые выпрямители (LASCR)

12.Тиристоры статической индукции (SITH)

13. Тиристоры отключения затвора (GTO)

14. Транзисторы статической индукции (SIT)

15. Тиристоры с МОП-управлением (MCT)

16. Тиристоры с полевым управлением (FCT)

. MOS Turn OFF Thyristors (MTOs)

18. Emitter Turn OFF Thyristors (ETOs)

19. Integrated Gate Commutated Thyristors (IGCTs)

Back to top

Applications of Thyristors

Из-за высокой скорости переключения и высокой Тиристоры с высокой пропускной способностью широко используются в устройствах управления переменным током, рассчитанных на более высокий уровень напряжений и токов.Посредством соответствующего управляющего сигнала тиристора средняя выходная мощность регулируется с помощью тиристоров.

А также, когда тиристор смещен в прямом направлении, задержанный сигнал стробирования может производить фазовое управление выходом. Эта фазовая управляемость может создавать меньшее среднее напряжение, чем среднее напряжение, создаваемое неуправляемым выпрямителем.

Это наиболее важное применение тиристора. Ниже приведены области применения тиристоров, в которых он используется для управления мощностью.

  • Регуляторы скорости двигателей переменного и постоянного тока
  • Автоматические выключатели постоянного и переменного тока
  • Освещение (диммеры) и регуляторы температуры
  • Регуляторы давления и регуляторы уровня жидкости
  • Выпрямители переменного напряжения переменного тока в постоянный
  • Изменяемая частота постоянного и переменного тока инверторы
  • Преобразователи переменного тока в переменный ток переменной частоты или циклические преобразователи
  • HVDC, системы передачи HVAC и статические системы VAR.
  • Системы резистивной сварки, индукционного нагрева и т. Д.

В начало

Разница между испытательными тиристорами и симисторами

Тиристор представляет собой двух- или трехконтактное устройство, состоящее из четырех чередующихся P- и N-слоев. Он также известен как выпрямитель с кремниевым управлением и часто используется в переключателях диммера, регуляторах скорости для электродвигателей и переключателях для систем передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.

Тиристор не работает как усилитель - его выход либо включен, либо выключен. По сути, это выпрямительный диод с внешним управлением.В отличие от двухслойного PN-диода или трехслойного биполярного транзистора NPN или PNP, тиристор имеет четыре слоя (PNPN). Самый распространенный тиристор имеет три вывода: анод, катод и затвор. В трехконтактной версии тиристора четыре слоя состоят из чередующихся материалов N- и P-типа. Анод соединен с P-слоем одним концом, а катод соединен с N-слоем другим концом. Эта конфигурация делает возможным любое из трех возможных состояний:

Когда на анод подается отрицательное напряжение, а на катод - положительное напряжение, тиристор работает просто как диод с обратным смещением и не проводит ток.Это называется режимом обратной блокировки.
Когда на анод подается положительное напряжение, а на катод - отрицательное напряжение, но на затворе нет смещения, устройство не проводит ток. Это называется режимом прямой блокировки.
Когда положительное напряжение приложено к аноду, а отрицательное напряжение приложено к катоду и устройство перешло в режим проводимости, оно будет продолжать проводить, пока прямой ток не упадет ниже удерживающего тока. (Таким образом, тиристор считается запорным устройством.)
Если положительное (по отношению к катоду) напряжение, приложенное к аноду, превышает уровень пробоя, как у стабилитрона, возникает лавина и начинается проводимость. Это действие происходит на более низком уровне, когда на затвор подается положительное напряжение. Скорость включения тиристора зависит от величины напряжения, приложенного к затвору. Соответственно, для срабатывания тиристора требуется минимальное напряжение затвора.

После того, как вывод затвора включил тиристор, тиристор продолжает проводить, пока пропускает достаточный ток.Ток фиксации - это наименьшая величина анодного тока, необходимая для удержания тиристора во включенном состоянии в момент включения устройства стробирующим сигналом. Ток фиксации обычно примерно в два-три раза больше тока удержания. Ток удержания - это наименьший ток, при котором анодный ток должен упасть, чтобы перейти в выключенное состояние. Таким образом, если ток удержания составляет 5 мА, тиристор должен пройти менее 5 мА, чтобы прервать проводимость.

Есть несколько других связанных устройств, работа которых близка к тиристорам.Тиристоры могут быть включены только подачей сигнала на вывод затвора, но не могут быть выключены с помощью провода затвора. Напротив, GTO (тиристор выключения затвора) может быть включен стробирующим сигналом и выключен стробирующим сигналом отрицательной полярности. Включение осуществляется положительным импульсом тока между клеммами затвора и катода. Тиристор со статической индукцией (SITH) похож на GTO, но обычно включен (проводит). Для поддержания выключенного состояния вентиль должен иметь отрицательное смещение.

MOS-управляемые тиристоры (MCT)

работают как тиристоры GTO и имеют два полевых МОП-транзистора с противоположными типами проводимости в эквивалентных схемах.Один занимается включением, другой - выключением. Положительное напряжение на затворе относительно катода включает тиристор. Отрицательное напряжение на затворе относительно анода отключает тиристор. Трудно найти MCT. Они были коммерциализированы лишь на короткое время.

Переключатель с кремниевым управлением (SCS) или выпрямитель с кремниевым управлением, вариант тиристора. По сути, это тиристор с анодом и катодом. Эта дополнительная клемма позволяет лучше контролировать устройство, в основном для отключения тиристора, когда основной ток через него превышает значение тока удержания.

Триодные тиристоры (симисторы) работают как тиристоры, но являются двунаправленными, пропуская ток в любом направлении. Симисторы могут срабатывать как положительным, так и отрицательным током, подаваемым на электрод затвора. Симисторы можно представить как два тиристора с соединенными вентилями. Как и тиристоры, симисторы продолжают проводить ток, когда ток затвора прерывается. Это состояние сохраняется до тех пор, пока основной ток не станет меньше тока удержания.

Цифровой вольтметр может быть полезен для проверки того, работает ли тиристор.Когда DVM находится в режиме высокого сопротивления, подключите отрицательный вывод к аноду тиристора, а положительный вывод к катоду. Значение сопротивления должно быть высоким. Низкое значение означает, что тиристор закорочен. Переключение выводов и повторное считывание сопротивления должны дать еще одно высокое значение. Низкое значение снова означает закороченный тиристор.

Когда цифровой вольтметр все еще подключен к аноду и катоду тиристора, прикоснитесь одним концом короткой перемычки к аноду и одновременно коснитесь другим концом перемычки к затвору тиристора.Если тиристор исправен, показание будет низким. Значение останется низким даже при отсоединении перемычки. В правильно работающем тиристоре, если вы отсоедините любой из выводов омметра, сопротивление вернется к высокому значению, даже если вывод снова подсоединен, если вы снова не закоротите анод на затвор.

Следует отметить, что некоторые тиристоры работают только с током, подаваемым DVM, установленным на настройку высокого сопротивления. Если тиристор может выдерживать больший ток, попробуйте установить R x 1000 или R x 100.

Затвор-катод идеального тиристора - это PN переход. Во многих тиристорах также существует параллельный путь короткого замыкания между затвором и анодом, предназначенный для пропускания большого начального тока, чтобы помочь тиристору сработать. Поскольку этот путь сделан из однородного кремния, легированного p-примесью, обычно измеряемое сопротивление между затвором и катодом составляет 10 ~ 50 Ом. Однако производители обычно не характеризуют это значение сопротивления. Он дается только для того, чтобы проинформировать пользователя о том, что низкое сопротивление затвор-катод не указывает на повреждение устройства.При измерении с помощью функции проверки диодов цифрового мультиметра соединение затвор-катод будет отображаться как небольшое (но ненулевое) падение напряжения (например, 0,01 ~ 0,05 В) в обоих направлениях.

Следует также отметить, что тиристоры могут давать хорошие показания DVM и все же быть дефектными. В конечном счете, единственный способ проверить SCR - это подвергнуть его току нагрузки.

Цифровой мультиметр также можно использовать для проверки исправности симистора. Переведите цифровой мультиметр в режим высокого сопротивления, затем подключите положительный провод к выводу MT1 симистора, а отрицательный вывод - к выводу MT2.Цифровой мультиметр покажет высокое сопротивление. Теперь выберите режим с низким сопротивлением, подключите MT1 и затвор к положительному выводу, а MT2 - к отрицательному выводу. Цифровой мультиметр должен теперь показывать низкое сопротивление (это означает, что симистор включен).

Подводя итог, для SCR, затвор-катод должен тестироваться как диод (которым он является) на цифровом мультиметре. Переходы анод-катод и затвор-анод должны открываться. Для симисторов соединение затвора с MT2 должно тестироваться как диодный переход в обоих направлениях.Соединения MT1-to-MT2 и gate-to-MT1 должны считываться открытыми.

Основы электричества и электроники с проектами: управление мощностью



Термин «тиристор» относится к широкому семейству используемых полупроводниковых устройств. в первую очередь для управления мощностью. Тиристоры в основном быстродействующие электронные. переключатели.

Общие члены семейства тиристоров включают выпрямители с кремниевым управлением, однопереходные транзисторы, симисторы, диаки и (как ни странно) неоновые лампы.

Выпрямители с кремниевым управлением

Кремниевые выпрямители (SCR), которые, вероятно, являются наиболее распространенными Из всех тиристоров это трехпроводные устройства, напоминающие транзисторы. Три выводы называются затвором, катодом и анодом. Иллюстрация Конструкция тринистора, обозначение выводов и электрическое обозначение приведены на рис. 1.

SCR позволяет току течь только в одном направлении. Как диод, катод должен быть отрицательным по отношению к аноду для протекания тока.Однако прямой ток не начнется, пока не будет положительный потенциал, относительно катода, прикладывается к затвору. Как только текущий поток начинается, ворота больше не контролируют действие SCR, пока оно не упадет ниже назначенного удерживающий ток.

Одним из способов остановки прямого тока в проводящем тиристоре является для обратного смещения (заставьте катод стать положительным относительно анод). Другой метод - позволить прямому току опуститься ниже ток удержания SCR.Удерживающий ток - это спецификация производителя. определение минимального тока, необходимого для поддержания SCR в проводящем состоянии.

Если прямой ток падает ниже заданного удерживающего тока, SCR перестанет проводиться. Когда это произойдет (в результате либо изменение полярности напряжения или потеря минимального тока удержания), управление снова возвращается к затвору, и SCR не будет проводить (даже при прямом смещении) пока на затвор не будет приложен другой положительный потенциал (или импульс).


РИС. 1 Конструкция SCR и электронный символ.

Подобно транзистору, SCR считается устройством тока, потому что затвор current заставляет SCR начать проводить (если в прямом направлении). Так же Прямой ток - это переменная, которая поддерживает проводимость, когда SCR включается током затвора.

Поскольку тиристоры можно выключить при обратном смещении, они очень обычно используется в приложениях питания переменного тока. Поскольку питание переменного тока меняет полярность периодически SCR, используемый в цепи переменного тока, будет автоматически смещен в обратном направлении. (заставляя его выключаться) в течение половины каждого цикла.Во время другого половины каждого цикла, он будет смещен вперед, но он не будет выполняться, если прикладывается положительный импульс затвора. Контролируя совпадение точки при котором импульс затвора применяется вместе с полупериодом прямого смещения, SCR может контролировать количество подаваемой мощности на нагрузку в течение полупериодов. он смещен вперед.

Рассмотрим схему, показанную на рис. 2. Пока SW1 остается разомкнутым, RL не будет получать питание от источника переменного тока, потому что SCR не будет проводить в течение любого полупериода.Если SW1 замкнут (обеспечивая непрерывный положительный потенциал к воротам), нагрузка получит половину доступной мощности от источника переменного тока. В этом состоянии SCR действует как диод и проводит ток только в течение полупериодов, когда он смещен в сторону отделения. (Резистор RG помещается в цепь затвора, чтобы ток затвора не превышал указанный максимум.)


РИС. 2 Демонстрация принципов работы SCR.

Если бы можно было быстро включать и выключать SW1, чтобы SCR принимал импульс затвора на «пике» каждого полупериода прямого смещения, SCR будет проводить только «половину» полупериода.Это условие приведет к тому, что нагрузка получит одну четвертую от общей мощности, доступной от источник переменного тока. Путем точного изменения временного соотношения между импульсы затвора и полупериоды прямого смещения, тиристор может быть настроен на подавать любой процент мощности, необходимый для нагрузки, до 50%. Оно не может подавать более 50% мощности на нагрузку, потому что она не может проводить во время полупериоды при обратном смещении.

Есть несколько важных моментов, касающихся работы эта простая схема.Во-первых, как только SCR был включен путем закрытия S1, он не может быть выключен снова во время оставшейся части прямого смещения полупериод. Пока SCR проводит ток, превышающий его минимальный ток удержания, схема затвора теряет контроль.

Во-вторых, до того, как SCR получит импульс затвора и начнет проводить, там практически нет энергопотребления в схеме; это похоже на разомкнутый выключатель. Как только SCR начинает работать, практически вся мощность передается на Загрузка.

SCR расходует очень мало энергии при управлении мощностью нагрузки, потому что он работает в одном из двух состояний: ВКЛ (выглядит как замкнутый переключатель), или ВЫКЛ (выглядит как разомкнутый выключатель). Замкнутый переключатель может иметь высокую амплитуду. тока, протекающего через него, но он не оказывает сопротивления (сопротивления). Следовательно, падение напряжения на замкнутом переключателе практически равно нулю. Потому что сила рассеивание равно току, умноженному на напряжение (P = IE), когда напряжение близка к нулю, как и рассеиваемая мощность.Напротив, открытый переключатель может падение высокого напряжения, но не позволяет току течь.

Опять же, становится неважным, насколько высокое напряжение, если нет тока. поток аренды; рассеиваемая мощность по-прежнему равна нулю.

Чтобы понять важность эффективного управления мощностью, рассмотрим другой метод варьирования мощности нагрузки. ИНЖИР. 3 иллюстрирует схему, в которой реостат используется для изменения мощности, подаваемой на нагрузку 50 Ом (RL).

Регулируемый реостат от 0 до 50 Ом.Когда он настроен на 0 Ом, будет казаться, что это короткое замыкание, и весь источник переменного тока на 120 вольт будет отключен по РЛ. Мощность, рассеиваемая RL, может быть рассчитана следующим образом:

P __ _ _ 288 Вт 14400

_ 50 1202

_ 50 E2

_

рэнд

Мощность, рассеиваемая реостатом, составит

.

П __ _ 0 (0) 2

_ 0 E 2

_

рэнд


РИС. 3 Схема управления мощностью реостата.

Если реостат настроен на наличие сопротивления 50 Ом, напряжение падение напряжения на реостате будет равно падению напряжения на RL.

Следовательно, 60 В переменного тока будут отключены обоими. Потому что они оба равны по падению напряжения и сопротивлению рассеиваемая мощность также будет равна в обоих. Следовательно, в этих условиях рассеиваемая мощность либо это

P __ _ _ 72 Вт 3600

_ 50 602

_ 50 E2

_

рэнд

Поскольку назначение схемы, показанной на рис.3 - контролировать мощность доставляется к нагрузке (RL), вся мощность рассеивается реостатом потрачено впустую. В предыдущем примере эффективность управления мощностью равна 50%. При разных настройках реостата возникают разные уровни эффективности; но очевидно, что такой уровень отходов неприемлем для больших мощностей. электрические приложения.

Недостаток использования одного SCR для управления мощностью, как показано на Рис. 2, заключается в том, что невозможно получить полный контроль над форма волны переменного тока (только 180 градусов, то есть полупериод прямого смещения, можно контролировать).Чтобы решить эту проблему, можно включить два SCR. в схему для двухполупериодной регулировки мощности.


РИС. 4 Дополнительные символы тиристоров.

Симистор

Еще один представитель семейства тиристоров, симистор может использоваться для двухполупериодной контроль мощности. Симистор имеет три вывода, обозначенных как затвор, M1 и M2. Симисторы запускаются либо положительным, либо отрицательным импульсом на затвор. свинец, применительно к клемме M1. Симисторы могут также проводить ток в в любом направлении между клеммами M1 и M2.Как SCR, когда-то симистор был запущен, ворота теряют контроль до тех пор, пока ток не пройдет через клеммы M1 и M2 опускаются ниже удержания, указанного производителем Текущий. Симисторы считаются текущими устройствами. Используемые электрические символы для симисторов показаны на рис. 4.

Принцип эффективного управления мощностью практически такой же для симистор, как и для SCR. Поскольку симистор работает только в двух режимах (ВКЛ. или ВЫКЛ), можно получить двухполупериодное регулирование мощности без заметной мощности потери в самом симисторе.Основным преимуществом симистора является его способность срабатывания в любой полярности и управления мощностью во всем весь цикл переменного тока.

Симисторы

обычно используются для небольших приложений управления мощностью (светорегуляторы, малые двигатели постоянного тока и источники питания). К сожалению, у симисторов есть недостаток того, что его довольно сложно выключить (особенно когда используется для управления индуктивные нагрузки). Из-за этой проблемы тиристоры (а не симисторы) используется почти исключительно в приложениях большой мощности.

Однопереходные транзисторы, диаки и неоновые трубки

До сих пор в этом разделе вы исследовали теоретическую возможность управление мощностью с помощью тиристоров или симисторов. Если бы вы могли изменить триггер ворот синхронизация импульсов относительно цикла переменного тока (это называется изменением фазового угла триггерного импульса), у вас будет эффективное электронное управление мощностью инструмент. Очевидно, что человек не сможет включить выключатель и выключен с частотой 60 Гц, чтобы обеспечить запускающие импульсы для управления мощностью.

Однопереходные транзисторы, диаки и неоновые лампы обычно используются для достижения эта функция. (Неоновая трубка на самом деле не является членом семейства тиристоров, но его функция идентична функции диак.

В некотором оборудовании до сих пор используются неоновые лампы для запуска, потому что они служат двойное назначение в качестве индикаторов включения.)

Как и транзистор, однопереходный транзистор (UJT) представляет собой устройство с тремя выводами.

Три вывода называются эмиттером, B1 и B2.Схема символ для UJT приведен на рис. 4. В отличие от ранее рассмотренного SCR и симистор, UJT - устройство напряжения. Когда напряжение между эмиттером и B1 достигает определенного значения (отношение приложенного напряжения между выводы B1 и B2, а также изготовленные характеристики UJT), сопротивление между эмиттером и B1 уменьшается до очень низкого значения.

Напротив, если напряжение между эмиттером и B1 уменьшается до значение ниже установленного соотношения, сопротивление между эмиттером и B1 увеличивается до высокого значения.Другими словами, UJT можно рассматривать как устройство пробоя напряжения. Он перейдет в состояние высокой проводимости. (между эмиттером и выводами B1) при пиковом уровне напряжения (выраженном как Vp) достигнуто. Он будет оставаться высокопроводящим до тех пор, пока не снизится напряжение. снижается до гораздо более низкого уровня, называемого «минимальным напряжением» (Vv ).

Цепи зажигания - это электронные цепи, которые изменяют амплитуду и фазу. напряжения триггера переменного тока, приложенного к выводу затвора SCR (или другого тиристора).Используя комбинацию методов регулировки амплитуды и фазового сдвига, уровень Vp (приводящий к пробою напряжения UJT) может быть выполнен точно и неоднократно при любом "фазовом угле относительно формы волны переменного тока применяется к симистору или тиристору. "Характеристики проводящего пробоя UJT используются как средство обеспечения импульсов запуска затвора для "запуска" SCR или симисторы. Следовательно, тиристоры или симисторы могут многократно запускаться на любая точка формы волны переменного тока, приводящая к двухполупериодному (рабочий цикл от 0 до 100%) контроль мощности.

Еще одно устройство для пробоя напряжения - диак. Потому что диаки являются специализированными диоды, их рабочее описание и условные обозначения уже обсуждались в разделе 7. Диаки - это просто твердотельная замена неоновых трубок. Схематическое обозначение неоновых трубок приведено на рис. 4. Неоновые трубки и диаки - это устройства, которые будут оставаться в непроводящем состоянии до тех пор, пока напряжение на них превышает напряжение отключения (или напряжение ионизации в случае неоновых трубок).При размыкании они станут токопроводящими и будут оставаться таковыми до тех пор, пока напряжение на них падает ниже напряжения удержания (гораздо более низкое напряжение чем напряжение переключения), в это время они станут непроводящими. очередной раз.

Создание контроллера паяльника


РИС. 5 Контроллер паяльника.

Паяльники доступны во многих диапазонах мощности. Самые маленькие размеры, около 15 Вт, рекомендуются для очень небольших и точных работ, таких как Работа с компонентами поверхностного монтажа (SMC).Рекомендуются средние размеры, около 30 Вт. для большинства общих электронных работ, включая пайку печатных плат. Большие размеры, от 60 Вт и выше предназначены для больших паяльных работ, например, для пайки. подключения к шинам большого размера или к диодам на стойках.

Если вы столкнетесь с ситуациями, когда вам нужно сделать множество разных типов пайки, есть несколько решений. Очевидное решение - купить несколько разных видов паяльников. Другое решение - купить паяльная станция, с автоматическим регулятором температуры жала (пусковой примерно по 100 долларов.00). Хорошее промежуточное решение - купить 60-ваттный паяльник, и используйте его со схемой, показанной на рис. 5. Кроме того, будучи полезным и удобным инструментом, эта схема поможет проиллюстрировать большая часть того, что только что обсуждалось, касается тиристоров и регулирования мощности.

Как показано на рис. 5, входящая мощность переменного тока 120 В подается через симистор через нагрузку (лампочку и паяльник, параллельно).

Предполагается, что SW1 включен в тот момент времени, когда AC напряжение равно нулю, симистор выключен (непроводящий).Когда напряжение переменного тока начинается увеличиваться через полупериод (полярность не имеет значения, потому что диак и симистор работают с двух сторон), все переменное напряжение равно упал через симистор, потому что он выглядит как разомкнутый переключатель.

Аналогичным образом такое же напряжение падает на цепь зажигания или триггер. цепь (P1, диак и C1), потому что она параллельна симистору.

C1 начнет заряжаться со скоростью, соответствующей настройке P1.Как Полупериод переменного тока продолжается, C1 в конечном итоге будет заряжаться до указанного прерывателя напряжение диака, вызывающее лавину диака, и импульс тока (триггер) протекать через затвор и выводы M1 симистора.

Этот импульс запуска вызывает включение симистора (как замкнутый переключатель), в результате оставшаяся часть полупериода переменного тока применяется к нагрузке. (лампа и паяльник). Когда питание переменного тока завершит полупериод и приближается к нулю напряжения (до изменения полярности), ток протекает через симистор падает ниже удерживающего тока, и симистор возвращается в непроводящее состояние.Весь этот процесс повторяется с каждым полупериод входящей мощности переменного тока.

Есть несколько важных моментов, касающихся работы эта схема. Диак достигнет напряжения отключения и запустит симистор. в той же относительной точке в течение каждого полупериода формы волны переменного тока. Этот относительная точка будет зависеть от скорости заряда C1, которая контролируется настройкой P1. Фактически, настройка P1 контролирует среднюю мощность. доставлен в груз.P1 может контролировать большую часть полупериода переменного тока, потому что C1 также вводит фазовый сдвиг с запаздыванием по напряжению.

Без фазового сдвига управление было бы потеряно после пика переменного тока. силовой цикл был достигнут. Во всем диапазоне регулирования мощности этого цепи, мощность, теряемая симистором, незначительна по сравнению с мощностью доставлен в груз.

PL1 - это стандартная трехконтактная вилка переменного тока на 120 В. Если вы построите этот проект в алюминиевой проектной коробке заземляющий контакт (круглый контакт) должен быть подключен к алюминиевой коробке (в данном случае шасси).Из соображений безопасности 120-вольтный Горячий провод переменного тока также должен быть защищен плавкими предохранителями. P1 устанавливается на лицевую панель. коробки проекта для легкого доступа.

Я использовал плоскую прямоугольную алюминиевую коробку для проектов, достаточно большую, чтобы установить паяльник вкл. Паяльник тоже подключил внутренне к фенольной припойной ленте с устройством снятия натяжения для защиты шнура.

Это, конечно, вопрос мнения. Возможно, вы захотите подключить схему к стандартной 120-вольтовой розетке переменного тока для использования с различными паяльниками.

Симистор, диак и C1 могут быть собраны на небольшой универсальной перфорационной плате. или соединены проводом с лентой из фенольного припоя.

Лампа мощностью от 15 до 25 Вт представляет собой стандартную лампу накаливания на 120 В переменного тока. любого стиля или дизайна, который вам нравится (это также может быть любая мощность, которую вы хотите, до 60 Вт). Устанавливается на внешней лицевой панели проекта. box и выполняет несколько полезных индикаторных функций. Во-первых, это указывает на то, что питание включено и цепь работает.Во-вторых, с небольшим на практике яркость лампы является хорошим индикатором того, насколько мощность, которую вы прикладываете к паяльнику. Например, если вы используете эту схему с паяльником на 60 ватт, и вы регулируете P1, пока лампочка примерно в два раза ярче, чем обычно, вы потребляете около 30 Вт энергии до кончика. В-третьих, лампочка служит хорошим напоминанием о необходимости выключить пайку. утюг, когда закончишь работу. (Я не могу сосчитать, сколько раз я приходил в наш магазин и обнаружил, что паяльник все еще включен от предыдущего день.) Лучшее значение для C1, вероятно, будет около 0,1 мкФ. После постройки цепь, чтобы ее можно было проверить, используя лампочку в качестве нагрузки, попробуйте несколько разных значений для C1 и выберите тот, который дает наиболее плавную работу во всем диапазоне мощностей. C1 должен быть неполяризованным конденсатором номиналом минимум на 200 вольт.

Помимо управления мощностью, подаваемой на паяльник, это Схема представляет собой базовую схему регулятора освещенности. Вы можете использовать его для управления мощность, передаваемая на любую «резистивную» нагрузку, примерно до 150 Вт.Для управления большими нагрузками вам потребуется более крупный симистор и, в зависимости от на симисторе вам может потребоваться использовать разные значения для P1 и C1. Для жульничества при троллинге больших нагрузок также неплохо разместить варистор (MOV) поперек входящая 120-вольтовая линия переменного тока (например, NTE2V115).

Схема пр.

Теории и постулаты выполнены. Пришло время для приложений и веселье!


РИС. 6 Простая регулировка мощности паяльника.

Более простой способ?

Нет ничего проще: очень простой паяльник power как показано на рис. 6. В эту схему вставлен диод (с разомкнутым SW1) последовательно с нагревательным элементом паяльника. Диод заблокирует половину поступающего переменного напряжения на нагревательный элемент, что приводит к снижению мощности.

Хотя казалось бы логичным, что паяльник будет работать на половинной мощности с диодом в цепи питания (то есть 60-ваттный утюг будет стать 30-ваттным утюгом) не все так просто.Тип провода универсальный Используемые в резистивных нагревательных элементах называются нихромами.

Нихром, как и большинство резистивных веществ, имеет положительный температурный коэффициент; по мере того, как он становится более горячим, значение его сопротивления увеличивается. Когда резистивный нагрев элемент, предназначенный для приложения 120-вольтового переменного тока (например, в паяльнике) испытывает уменьшение прилагаемой мощности, его температура понижается, в результате в пропорциональном снижении сопротивления. Это снижение сопротивления эффект, заставляющий провод рассеивать больше «мощности на вольт», чем это сделал при номинальном напряжении.

Схема, показанная на рис. 6, при использовании вместе с 60-ваттным паяльник снизил бы его рабочую мощность примерно до 40 Вт. На самом деле, это позволит справиться с большинством паяльных работ, которые вы будете выполнять. сталкиваться. Если вы использовали эту схему с другим паяльником, рассчитанным на 30 Вт, это снизит его до 18 Вт (примерно для SMC работы). Другими словами, два паяльника (60-ваттный и 30-ваттный), два диода общего назначения и два переключателя обеспечат вам полную гамма паяльника нужна.Еще одно преимущество - использование 50- или 60-ваттного паяльник с диодом в цепи питания (и выставление мощности примерно в оптимальной точке для универсальной электронной работы) вызовет нагревательный элемент прослужит примерно в 40 раз дольше и, таким образом, увеличит верхушка жизни.

Кстати, поставив диод общего назначения последовательно с лампой накаливания (но не флуоресцентные!) лампочки прослужат около В 40 раз дольше. Недостатком этого является меньшее количество и эффективность производимого света.


РИС. 7 Цепь развязки общего назначения.

Изоляция

РИС. 7 показано, как построить простой изолирующий трансформатор для вашего скамейка для электроники. Обычно при испытании требуются изолирующие трансформаторы. оборудование с питанием от сети с испытательным оборудованием с питанием от сети.

Например, возвращаясь к рис. 5, предположим, что вы хотите наблюдать форма волны через параллельную цепь паяльника и лампы с осциллограф с питанием от сети.Вы подключаете заземление и зонд через лампу включаем SW1, и "стрела" - перегорает предохранитель и симистор может быть уничтожен. Что случилось? Из соображений безопасности заземление (общее) соединения проводов на большинстве испытательного оборудования с питанием от сети подключены к земле. земля. Глядя на рис. 5, представьте себе результаты подключения заземления. по обе стороны от разъемов лампы / паяльника. Из проблемного точки зрения, есть несколько возможностей: две возможности того, как PL1 подключен (правильный и неправильный), и много возможностей того, как прицел можно подключить.Три из этих возможностей приведут к неправильному эксплуатации или разрушенных компонентов.

Например, если кабель питания контроллера железа был подключен к черный провод, идущий к предохранителю (который является стандартным, безопасным и правильным), и "обычный" зонд прицела случайно коснулся этой части цепи (предохранитель, SW1 или та сторона лампы), то прямое короткое замыкание на землю будет существовать! Если подключение зонда было выполнено со стороны кабеля предохранителя произойдет катастрофическое короткое замыкание, которое, как мы надеемся, приведет к срабатыванию предохранителя. или выключатель на главном блоке.Если соединение было выполнено за предохранителем, это короткое замыкание может привести к срабатыванию основного предохранителя, предохранителя контроллера или и того, и другого.

Если контроллер был изолирован от основной линии питания, с помощью изоляции трансформатор, ни одна из линий (черная или белая) не идет к контроллеру иметь какое-либо соединение с землей. Помните, в бытовой электропроводке белый провод называется нейтралью, и она поддерживается на уровне «земли». В черный и красный провода горячие. Без изоляции, обеспечиваемой трансформатором, общий зонд осциллографа, который подключен к заземлению и нейтрали (через домашняя проводка) и прикреплена к горячей стороне контроллера, будет представлять мертвый короткий.По этой причине, среди прочего, удобны изолирующие трансформаторы. быть рядом.

На рис. 7 T1 и T2 - любые два «одинаковых» силовых трансформатора, с соответствующими рейтингами для желаемого приложения. Например, предположим что T1 имеет вторичный рейтинг 25 вольт при 2 амперах. Следовательно, это Трансформатор на 50 В А (вольт-ампер) (25 В x 2 А = 50 ВА). Для расчета Максимальный номинальный ток первичной обмотки, просто разделите номинальное значение вольт-ампер на 120 вольт (предполагаемое первичное напряжение).Это немного больше 410 миллиампер. Первичная и вторичная обмотки любого индивидуального силового трансформатора всегда будет иметь одинаковый номинал вольт-ампер.

Если вы решили использовать два таких трансформатора для цепи развязки, первичная обмотка T1 будет подключена к линии (120 вольт переменного тока). Вторичный Т1 будет подключен к вторичной обмотке Т2, первичной обмоткой которой будет выход. Другими словами, функция первого трансформатора заключается в преобразовании 120 вольт переменного тока до 25 вольт переменного тока (понижающее приложение), а второй Трансформатор преобразует 25 вольт переменного тока обратно в 120 вольт переменного тока (повышающий режим).Это «преобразование из оригинала» и «преобразование обратно в исходный "процесс является причиной того, что оба Трансформаторы должны быть идентичными.

Как объяснялось ранее, 410 миллиампер - это максимальная токовая нагрузка, которая может быть извлеченным из «предполагаемой первичной обмотки» Т2 в идеальных условиях. Тем не мение, есть потери в силовых трансформаторах, и в этом случае потери равны вдвое. Следовательно, необходимо снизить максимальный первичный ток T2. значение на 10%. Следовательно, максимальный выходной ток от этого гипотетического цепь изоляции будет всего около 370 миллиампер - слишком мало для наиболее универсальные требования к изоляции.

Если вы решите построить этот тип изолирующей цепи для своего стенда, вы вероятно, захотите использовать трансформаторы со значительно более высоким номинальным напряжением. К сожалению, вскоре становится очевидным, что силовые трансформаторы в 400- до 500 ВА стоят дорого, как и изолирующие трансформаторы. Тем не мение, некоторые промышленные трансформаторы "нечетной" стоимости с высокими номинальными значениями ВА могут можно очень недорого купить у многих дилеров, торгующих электроникой. Просто убедитесь, что это не феррорезонансные трансформаторы или силовые трансформаторы. предназначен для работы от сети переменного тока 400 Гц.

Цепь защелки


РИС. 8 Цепь защелки SCR.

РИС. 8 - схема защелки SCR. При сборке, как показано на рисунке, нажатие "нормально разомкнутый" переключатель мгновенного действия (SW1) обеспечивает положительный затворный импульс (относительно катода) и запускает SCR. После проведения ворота больше не контролируют SCR, и они продолжают проводить, запитывая пьезозуммер, пока ток катода / анода не прервется нажатие на «нормально замкнутый» выключатель без фиксации (SW2).Так как ток катода / анода падает ниже тока удержания SCR (фактически он падает до нуля), управление возвращается к вентилю, и SCR не будет проводить снова, пока не будет нажат переключатель SW1.

Цепь этого типа называется схемой с защелкой. (Электромеханический аналогом этой схемы является реле с фиксацией). доступный SCR можно использовать. Пьезозуммер можно заменить почти на любой тип груза, который необходимо зафиксировать.Есть много-много приложений для такой схемы, но я хотел бы описать ту, что у меня было много весело с.

Я установил эту схему в маленьком черном ящике, используя 9-вольтовую транзисторную батарею. как источник питания. Пьезозуммер есть в любой электронике. магазин запчастей. Зуммер был установлен рядом с передней частью ящика, где просверлены отверстия для динамиков. SW2 находился внутри коробки проекта. Я оседлал его в нижнем заднем углу, так что единственный способ его подавить - это использовать выпрямленную канцелярскую скрепку через почти незаметное маленькое просверленное отверстие через заднюю часть коробки.SW1 крепился к передней панели с большим, красная пластиковая ручка. Под кнопкой SW1 я расположил наклеенные буквы читать «Не толкайся». Об остальном, наверное, догадаешься.

Если коробку оставить на видном месте, это сведет с ума многих, пока они не увидят, что происходит при нажатии кнопки. После их любопытства берет верх над ними, и они нажимают кнопку, звучит пьезозуммер выключен, и нет никакого очевидного способа остановить это.

После сборки этого ящика рекомендуется на усмотрение пользователя! После игры в это пошутить над человеком, не обладающим хорошим чувством юмора (в то время как зуммер был все еще звучит), я совершил ошибку, сказав, что он никогда не мог понять, как чтобы остановить это.Он тут же уронил его на пол и наступил на него с большой сапог с серебряным носком. Я поправился.

Осциллятор

Схема, показанная на рис. 9, представляет собой генератор UJT. UJT делают хорошие генераторы для аудиопроектов, и у них есть некоторые явные преимущества перед нестабильные мультивибраторы. Их легче построить, и они требуют использования только одного UJT. Также вывод имеет форму "пилообразной" волны, который обеспечивает более приятные звуковые гармоники, чем прямоугольные волны.(Эта схема будет использоваться в качестве основы для последующих проектов в этом руководстве.) Осцилляторы UJT есть недостаток. Их полезный аудиовыход, который передается через конденсатор, имеет очень высокое сопротивление. Следовательно, лучше всего использовать согласование импеданса. схема, такая как усилитель с общим коллектором на паре Дарлингтона, показанный на Рис. 9. (Полевой транзистор JFET также очень хорошо подходит для этого приложения. обсуждается в следующем разделе.) Используемые для этого схемы согласования импеданса Тип приложения часто называют буферами.


РИС. 9 Буферизованный звуковой генератор UJT.

Используя значения, приведенные на рисунке, достаточно широкий диапазон звуковых частотный спектр может быть получен вращением P1 (регулировка частоты). Значение C1 может быть увеличено для очень низких колебаний, и наоборот. наоборот. Выход пары Дарлингтона может напрямую управлять небольшим динамиком, но качество звука будет значительно улучшено, если соединить выход с аудиопреобразователь или, что еще лучше, отдельный усилитель звука и оратор.

Если вы хотите поэкспериментировать с действительно уникальными звуками, создайте два этих схем генератора UJT и соединить их выходы с модулятором схема, также проиллюстрированная на рис. 9. Один выход генератора UJT будет подключать в точку A, а другой - в точку B. Выход схемы модулятора необходимо подключить ко входу отдельный усилитель и динамик. Диод может быть любым универсальным выпрямительным диодом.

Для понимания этой схемы модулятора требуется объяснение нескольких новые принципы; первый включает диоды.Когда диоды смещены в сторону при очень низких напряжениях и токах они очень нелинейно реагируют. Эта область проводимости диода называется смещенным вперед коленом диода. отклик.

Второй новый принцип связан с процессом модуляции. Модуляция происходит когда две разные частоты смешиваются в нелинейной цепи.

Эффект модуляции вызывает создание дополнительных частот. Например, если частота 1 кГц и частота 10 кГц применяются к входы линейного смесителя, на выходе будут исходные частоты, только смешанные вместе.Если те же две частоты поданы на вход нелинейный смеситель, исходные частоты по-прежнему будут отображаться на выход, но две дополнительные частоты, называемые частотами биений, также будут происходить. Частоты биений будут суммой и разностью исходных частоты. Используя в качестве оригиналов 1 кГц и 10 кГц, частоты биений будет 11 кГц (сумма) и 9 кГц (разница).

Когда два генератора UJT подключены к схеме модулятора (с его выход подается на вход усилителя мощности и динамика), P2 и P3 настроены так, чтобы выходы осцилляторов попадали в область «колена». реакции прямой проводимости D1.Возможно, вам придется добавить дополнительные последовательное сопротивление между каждым генератором и каждым входом модулятора. Если это В таком случае попробуйте увеличивать сопротивление с шагом 100 кОм. Когда две частоты модулируются, создаваемый звук будет мгновенно узнаваемым. Этот тип звука, или «тональность», был в основе большинство научно-фантастических фильмов с 1950-х годов.

Запретная планета (фильм) саундтрек

В 1956 году MGM выпустила классический научно-фантастический фильм под названием «Запрещено». «Планета» с Уолтером Пидженом, Энн Фрэнсис и Лесли Нильсен в главных ролях.Этот фильм был уникален тем, что не содержал традиционной музыки. Скорее саундтрек был описан как "тональности", которые были оригинальным творением Луи и Бебе Бэррон. По моим оценкам, около 80% этих оттенков были генерируется очаровательной схемой, называемой кольцевым модулятором, проиллюстрированной Рис. 10.


РИС. 10 Простая схема пассивного кольцевого модулятора.

Простая схема модулятора, показанная на рис. 9, может производить интересную модуляцию. эффекты, но исходные частоты появляются на выходе вместе с частоты биений.Эффект несколько мутный из-за различных смесей. и амплитуды четырех частот (т. е. две частоты биений плюс два исходные частоты). Напротив, схема кольцевого модулятора на рис.10 отменяет две исходные частоты, выводя только частоты биений. Эффект завораживает и впечатляет. Схема на рис.10 будет хорошо работают с двумя источниками аудиосигнала любого типа (т. е. с двумя осцилляторами схемы рис.9, два генератора сигналов, два генератора функций или любая их комбинация).Входы модулятора должны иметь амплитуду несколько вольт. для подходящего выхода.

Почти любые два аудиопреобразователя будут хорошо работать с кольцом Fig. модулятор, но они должны быть согласованы (т.е. они должны быть одной модели и тип). Диоды с D1 по D4 должны быть германиевыми, хотя кремниевые диоды будет работать до некоторой степени.

Теория работы схемы Рис. довольно просто. Модуляция происходит в схеме нелинейного диода, но диоды устроены так, что процесс выпрямления нейтрализует оригинальные частоты.Следовательно, единственные частоты, оставшиеся на выходными являются верхняя и нижняя боковые полосы модуляции.

Кольцевые модуляторы используются во многих типах электронных музыкальных схем, например а также схемы звуковых эффектов, производящие такие эффекты, как колокольчики, лязг и металлические звуки. Они также производят «гармонизирующий» эффект, если входов осциллятора остается стабильным, в то время как вход музыкального инструмента применяется к другому входу.

Как работают тиристоры (SCR) - Учебное пособие

По сути, SCR (выпрямитель с кремниевым управлением), также известный под названием «тиристор», работает как транзистор.

Что означает SCR

Устройство получило свое название (SCR) из-за своей многослойной полупроводниковой внутренней структуры, которая отсылает к слову «кремний» в начале названия.

Вторая часть названия «Управляемый» относится к клемме затвора устройства, которая переключается с помощью внешнего сигнала для управления активацией устройства, отсюда и слово «Управляемый».

И термин «выпрямитель» означает свойство выпрямления SCR, когда его затвор срабатывает, и мощность может течь через его анод к катодным выводам, это может быть похоже на выпрямление с выпрямительным диодом.

Приведенное выше объяснение дает понять, как устройство работает как «кремниевый выпрямитель».

Хотя SCR выпрямляет как диод и имитирует транзистор из-за его функции запуска с внешним сигналом, внутренняя конфигурация SCR состоит из четырехслойной полупроводниковой схемы (PNPN), которая состоит из 3 последовательных PN переходов, в отличие от диод, который имеет двухслойный (PN) или транзистор, который включает трехслойную (PNP / NPN) полупроводниковую конфигурацию.

Вы можете обратиться к следующему изображению, чтобы понять внутреннюю схему описанных полупроводниковых переходов и принцип работы тиристоров (SCR).

Еще одно свойство SCR, которое явно совпадает с диодом, - это его однонаправленные характеристики, которые позволяют току течь только в одном направлении через него и блокироваться с другой стороны, когда он включен, при этом SCR имеют другую специализированную природу, которая позволяет им работать как разомкнутый выключатель в выключенном режиме.

Эти два крайних режима переключения в SCR ограничивают эти устройства от усиления сигналов, и они не могут использоваться как транзисторы для усиления пульсирующего сигнала.

Кремниевые управляемые выпрямители или тиристоры точно так же, как симисторы, диаки или UJT, которые все обладают свойством работать как быстро переключающиеся твердотельные переключатели переменного тока, регулируя заданный потенциал или ток переменного тока.

Таким образом, для инженеров и любителей эти устройства становятся отличным вариантом твердотельного переключателя, когда дело доходит до регулирования коммутационных устройств переменного тока, таких как лампы, двигатели, диммерные переключатели, с максимальной эффективностью.

SCR - это полупроводниковое устройство с 3 выводами, которые назначаются как анод, катод и затвор, которые, в свою очередь, внутри сделаны с 3 P-N переходами, имеющими свойство переключаться на очень высокой скорости.

Таким образом, устройство можно переключать с любой желаемой частотой и дискретно устанавливать периоды включения / выключения для реализации определенного среднего включения или времени выключения нагрузки.

Технически схему SCR или тиристора можно понять, сравнив ее с парой транзисторов (BJT), подключенных в обратном порядке, чтобы сформировать как дополняющую рекуперативную пару переключателей, как показано на следующее изображение:

Тиристоры Аналогия с двумя транзисторами

Эквивалентная схема с двумя транзисторами показывает, что коллекторный ток NPN-транзистора TR2 подается непосредственно на базу PNP-транзистора TR1, в то время как коллекторный ток TR1 подается на базу TR2.

Эти два взаимосвязанных транзистора зависят друг от друга для обеспечения проводимости, поскольку каждый транзистор получает ток база-эмиттер от тока коллектор-эмиттер другого. Таким образом, пока один из транзисторов не получит некоторый базовый ток, ничего не может произойти, даже если присутствует напряжение анод-катод.

Моделирование топологии SCR с интеграцией двух транзисторов показывает, что формирование происходит таким образом, что коллекторный ток NPN-транзистора подается прямо на базу PNP-транзистора TR1, в то время как коллекторный ток TR1 подключает питание. с базой TR2.

Смоделированная конфигурация двух транзисторов, кажется, блокирует и дополняет проводимость друг друга, получая базовое возбуждение от тока коллектора-эмиттера другого, это делает напряжение затвора очень важным и гарантирует, что показанная конфигурация никогда не сможет проводить, пока потенциал затвора не станет нанесенный, даже в присутствии анода к катоду потенциал может быть постоянным.

В ситуации, когда анодный вывод устройства более отрицательный, чем его катод, позволяет N-P-переходу оставаться смещенным в прямом направлении, но обеспечивает обратное смещение внешних P-N-переходов, так что он действует как стандартный выпрямительный диод.

Это свойство SCR позволяет ему блокировать обратный поток тока до тех пор, пока на упомянутые выводы не будет оказано значительное напряжение, которое может выходить за рамки его технических характеристик, что заставляет SCR проводить даже при отсутствии привод ворот.

Вышеупомянутое относится к критическим характеристикам тиристоров, которые могут вызвать нежелательное срабатывание устройства из-за обратного всплеска высокого напряжения и / или высокой температуры, или быстро возрастающего переходного напряжения dv / dt.

Теперь предположим, что в ситуации, когда контактный вывод анода имеет более положительное отношение к его катодному выводу, это помогает внешнему P-N-переходу стать смещенным в прямом направлении, хотя центральный N-P-переход продолжает оставаться смещенным в обратном направлении. Следовательно, это гарантирует, что прямой ток также заблокирован.

Следовательно, в случае, если положительный сигнал, индуцированный через базу NPN-транзистора TR2, приводит к прохождению тока коллектора по направлению к базе f TR1, что в trun заставляет ток коллектора проходить в направлении транзистора TR1 PNP, увеличивая мощность возбуждения TR2. и процесс усиливается.

Вышеупомянутое условие позволяет двум транзисторам увеличивать свою проводимость до точки насыщения благодаря показанной им цепи обратной связи регенеративной конфигурации, которая удерживает ситуацию блокированной и фиксированной.

Таким образом, как только тринистор срабатывает, он позволяет току течь от анода к катоду с минимальным прямым сопротивлением, приближающимся к его пути, обеспечивая эффективную проводимость и работу устройства. к переменному току, тиристор может блокировать оба цикла переменного тока до тех пор, пока на тиристор не будет предложено запускающее напряжение на его затвор и катод, что мгновенно позволяет положительному полупериоду переменного тока проходить через анодные катодные выводы, а устройство начинает имитировать стандартный выпрямительный диод, но только до тех пор, пока триггер затвора остается включенным, проводимость прерывается в момент снятия триггера затвора.

Кривые принудительных вольт-амперных характеристик или ВАХ для активации кремниевого выпрямителя можно увидеть на следующем изображении:

Кривые характеристик тиристора IV

Однако для входа постоянного тока, как только тиристор срабатывает, из-за объясненной регенеративной проводимости он подвергается фиксирующему действию, так что проводимость между анодом и катодом сохраняется и остается проводящей, даже если спусковой механизм затвора удален.

Таким образом, для питания постоянного тока затвор полностью теряет свое влияние, как только первый запускающий импульс подается на затвор устройства, обеспечивая фиксированный ток от его анода к катоду.Он может быть нарушен путем кратковременного отключения анодно-катодного источника тока, когда затвор полностью неактивен.

SCR не может работать как BJT

SCR не предназначен для использования в качестве полностью аналогового аналога транзисторных аналогов, и, следовательно, его нельзя заставить проводить в некоторой промежуточной активной области для нагрузки, которая может находиться где-то между полной проводимостью и полным выключением.

Это также верно, потому что триггер затвора не влияет на то, сколько анода к катоду можно заставить проводить или насыщать, таким образом, даже небольшого мгновенного импульса затвора достаточно, чтобы переключить проводимость анода на катод в полное включение. .

Вышеупомянутая функция позволяет сравнивать SCR и рассматривать его как бистабильную защелку, имеющую два стабильных состояния: полное включение или полное выключение. Это вызвано двумя особыми характеристиками SCR в ответ на входы переменного или постоянного тока, как объяснено в предыдущих разделах.

Как использовать затвор SCR для управления его переключением

Как обсуждалось ранее, как только SCR запускается с входом постоянного тока и его анодный катод автоматически фиксируется, он может быть разблокирован или выключен путем мгновенного удаления источник питания анода (анодный ток Ia) полностью или путем его уменьшения до некоторого существенно низкого уровня ниже указанного удерживающего тока устройства или «минимального удерживающего тока» Ih.

Это означает, что минимальный ток удержания между анодом и катодом должен быть уменьшен до тех пор, пока внутренняя блокирующая связь P-N тиристоров не сможет восстановить свою естественную блокирующую способность.

Следовательно, это также означает, что для того, чтобы SCR работал или проводился с триггером затвора, обязательно, чтобы ток нагрузки между анодом и катодом превышал указанный «минимальный ток удержания» Ih, в противном случае SCR может не реализовать проводимость нагрузки. , поэтому, если IL - ток нагрузки, это должно быть как IL> IH.

Однако, как уже обсуждалось в предыдущих разделах, когда через контакты SCR Anode.Cathode используется переменный ток, это гарантирует, что SCR не может выполнять эффект фиксации при удалении привода затвора.

Это связано с тем, что сигнал переменного тока включается и выключается в пределах своей линии пересечения нуля, что обеспечивает отключение тока между анодом и катодом тринистора при каждом сдвиге на 180 градусов положительного полупериода сигнала переменного тока.

Это явление называется «естественной коммутацией» и придает решающее значение проводимости SCR.В отличие от источников постоянного тока, эта функция становится несущественной для SCR.

Но поскольку SCR разработан так, чтобы вести себя как выпрямительный диод, он эффективно реагирует только на положительные полупериоды переменного тока и остается смещенным в обратном направлении и полностью не реагирует на другой полупериод переменного тока даже при наличии сигнала затвора.

Это означает, что при наличии триггера затвора SCR проводит через свой анод к катоду только в течение соответствующих положительных полупериодов переменного тока и остается заглушенным в течение других полупериодов.

Благодаря описанной выше функции фиксации, а также отключению во время другого полупериода сигнала переменного тока, тиристор может эффективно использоваться для прерывания циклов переменного тока фазы, так что нагрузку можно переключать на любое желаемое (регулируемое) меньшее значение. уровень мощности.

Также известная как управление фазой, эта функция может быть реализована с помощью внешнего синхронизированного сигнала, подаваемого на затвор SCR. Этот сигнал определяет, после какой задержки может сработать тиристор после того, как фаза переменного тока начала свой положительный полупериод.

Таким образом, это позволяет переключать только ту часть волны переменного тока, которая проходит после триггера затвора. Эта регулировка фазы является одной из основных характеристик кремниевого управляемого тиристора.

Как тиристоры (SCR) работают при регулировании фазы, можно понять, посмотрев на изображения ниже.

На первой диаграмме показан SCR, затвор которого постоянно запускается, как можно видеть на первой диаграмме, это позволяет инициировать полную положительную форму волны от начала до конца, то есть через центральную линию пересечения нуля.

Управление фазой тиристора

В начале каждого положительного полупериода тиристор находится в состоянии «ВЫКЛ». При наведении на затвор напряжение активирует SCR в проводимость и позволяет ему полностью зафиксироваться в положении «ON» в течение положительного полупериода. Когда тиристор включается в начале полупериода (θ = 0o), подключенная нагрузка (лампа или что-то подобное) будет «ВКЛ» на весь положительный цикл формы волны переменного тока (полуволновой выпрямленный переменный ток). ) при повышенном среднем напряжении 0.318 х Вп.

По мере того, как инициализация переключателя затвора увеличивается в течение полупериода (θ = от 0 ° до 90 °), подключенная лампа горит на меньшее количество времени, и сетевое напряжение, подаваемое на лампу, также пропорционально меньше падает ее интенсивность.

Впоследствии кремниевый выпрямитель можно легко использовать в качестве диммера переменного тока и во многих различных дополнительных источниках питания переменного тока, например: управление скоростью двигателя переменного тока, устройства регулирования нагрева, схемы регулятора мощности и т. Д.

До сих пор мы были свидетелями того, что тиристор, по сути, является полуволновым устройством, способным пропускать ток только в положительной половине цикла, когда анод положительный, и предотвращает протекание тока, как диод, в тех случаях, когда анод отрицательный, даже если ток затвора остается активным.

Тем не менее, вы можете найти гораздо больше вариантов аналогичных полупроводниковых продуктов на выбор, которые производятся под названием «Тиристор» и предназначены для работы в обоих направлениях полупериодов, двухполупериодных устройств или могут быть отключены с помощью Сигнал ворот.

Этот вид продукции включает в себя «тиристоры с выключенным затвором» (GTO), «тиристоры статической индукции» (SITH), «тиристоры с МОП-управлением» (MCT), «кремниевый управляемый переключатель» (SCS), «триодные тиристоры» ( TRIAC) и «Тиристоры с запуском по свету» (LASCR), чтобы идентифицировать несколько, поскольку многие из этих устройств доступны с разными номинальными значениями напряжения и тока, что делает их интересными для использования в целях с очень высокими уровнями мощности.

Обзор работы тиристоров

Выпрямители с кремниевым управлением, известные как тиристоры, представляют собой трехпереходные полупроводниковые устройства PNPN, которые можно рассматривать как два взаимосвязанных транзистора, которые можно использовать для переключения тяжелых электрических нагрузок, работающих от сети.

Они характеризуются тем, что они фиксируются - «ВКЛЮЧЕНЫ» одним импульсом положительного тока, приложенного к их выводу затвора, и могут продолжать оставаться «ВКЛЮЧЕННЫМИ» до тех пор, пока ток между анодом и катодом не снизится ниже заданной минимальной меры фиксации или не изменится на обратное.

Статические атрибуты тиристора

Тиристоры - это полупроводниковое оборудование, сконфигурированное для работы только в режиме переключения. Тиристоры - это продукты с регулируемым током, крошечный ток затвора может управлять более значительным анодным током.Включает ток только один раз, смещенный в прямом направлении, и ток запуска применяется к затвору.

Тиристор работает так же, как выпрямительный диод, когда он активируется в положении «ВКЛ». Анодный ток должен быть больше, чем поддерживаемое значение тока, чтобы сохранить проводимость. Запрещает прохождение тока в случае обратного смещения, независимо от того, включен ли ток затвора.

Как только включается, фиксируется состояние «ВКЛ» независимо от того, применяется ли ток затвора, но только в том случае, если ток анода превышает ток фиксации.

Тиристоры - это быстродействующие переключатели, которые можно использовать для замены электромеханических реле в ряде цепей, поскольку они просто не имеют вибрирующих частей, искрения контактов или имеют проблемы с износом или грязью.

Но помимо простого переключения значительных токов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», тиристоры могут быть выполнены для управления среднеквадратичным значением тока нагрузки переменного тока без рассеивания значительного количества энергии. Прекрасным примером управления мощностью тиристора является управление электрическим освещением, нагревателями и скоростью двигателя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *