Принцип работы тиристора простым языком. Тиристор: принцип работы, виды и применение в электронике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое тиристор и как он работает. Какие виды тиристоров существуют. Где применяются тиристоры в электронике и электротехнике. Каковы основные характеристики и параметры тиристоров.

Содержание

Что такое тиристор и его основные функции

Тиристор — это полупроводниковый прибор, который выполняет функцию электронного ключа. Он способен переключаться между двумя состояниями:

Закрытое состояние (высокое сопротивление)
Открытое состояние (низкое сопротивление)

Тиристор имеет три или более p-n-переходов и три вывода: анод, катод и управляющий электрод. Основные функции тиристора:

Коммутация электрических цепей
Регулирование тока и напряжения
Преобразование переменного тока в постоянный

Принцип работы тиристора

Как работает тиристор? Принцип действия основан на переключении между закрытым и открытым состояниями:

В закрытом состоянии тиристор имеет высокое сопротивление и не пропускает ток.
При подаче управляющего сигнала на электрод тиристор переходит в открытое состояние.

В открытом состоянии сопротивление резко падает, и тиристор начинает пропускать ток.
Тиристор остается открытым даже после снятия управляющего сигнала.
Для закрытия тиристора необходимо снизить ток до нуля или подать обратное напряжение.

Основные виды тиристоров

Существует несколько основных типов тиристоров:

Динистор

Простейший тиристор без управляющего электрода. Открывается при достижении определенного напряжения между анодом и катодом.

Тринистор

Классический управляемый тиристор с тремя выводами. Открывается подачей тока на управляющий электрод.

Симистор

Симметричный тиристор, способный проводить ток в обоих направлениях. Применяется в цепях переменного тока.

Запираемый тиристор

Может быть принудительно закрыт подачей отрицательного импульса на управляющий электрод.

Области применения тиристоров

Благодаря своим свойствам тиристоры широко используются в различных областях электроники и электротехники:

Регуляторы мощности и напряжения
Преобразователи частоты
Системы управления электродвигателями
Источники бесперебойного питания
Зарядные устройства
Системы освещения
Бытовая техника (диммеры, регуляторы температуры)
Сварочные аппараты
Системы передачи электроэнергии постоянным током

Основные характеристики тиристоров

При выборе тиристора учитывают следующие основные параметры:

Максимальный прямой ток
Максимальное обратное напряжение
Напряжение включения
Ток удержания
Время включения и выключения
Управляющий ток и напряжение
Рассеиваемая мощность

Преимущества использования тиристоров

Тиристоры обладают рядом важных достоинств:

Высокая коммутируемая мощность
Малые потери в открытом состоянии
Высокое быстродействие
Возможность управления большими токами малыми сигналами
Отсутствие подвижных частей
Длительный срок службы
Высокая надежность

Особенности работы тиристора в цепях постоянного и переменного тока

Работа тиристора имеет свои особенности в зависимости от типа тока в цепи:

В цепях постоянного тока:

Тиристор открывается подачей управляющего импульса
Остается открытым после снятия импульса
Для закрытия требуется принудительная коммутация (снижение тока до нуля)

В цепях переменного тока:

Тиристор открывается в определенной фазе синусоиды напряжения
Закрывается естественным образом при переходе тока через ноль
Позволяет регулировать среднее значение тока изменением фазы открытия

Проверка исправности тиристора

Как проверить работоспособность тиристора? Существует несколько методов:

Проверка мультиметром в режиме «прозвонки диодов»
Измерение сопротивления между выводами в разных направлениях
Проверка управляемости с помощью источника питания и резисторов
Тестирование в реальной схеме

При проверке важно соблюдать меры предосторожности и не превышать максимально допустимые параметры тиристора.

Схемы включения тиристоров

Существуют различные схемы включения тиристоров для решения конкретных задач:

Однофазный регулятор мощности
Трехфазный выпрямитель
Импульсный преобразователь напряжения
Схема плавного пуска двигателя
Схема защиты от перенапряжений

Выбор схемы зависит от требуемых параметров и особенностей применения.

Заключение

Тиристоры являются важным элементом современной силовой электроники. Их способность управлять большими токами и напряжениями с помощью слабых сигналов делает их незаменимыми во многих областях. Понимание принципов работы и особенностей применения тиристоров позволяет создавать эффективные и надежные электронные устройства.

принцип работы и способы управления • Мир электрики

Содержание

Принцип действия тиристора
Схема включения
Характеристики
Типы данных электронных компонентов
Симисторы

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Принцип действия тиристора

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

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно

соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал.

Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

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

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

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

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

Схема включения

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

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

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

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

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
Обратное напряжение — наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

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.

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

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

Устройство и виды полупроводниковых приборов

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

Различают два основных вида тиристоров:

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

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

Возможность обратной проводимости

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

Всего существует четыре варианта изделий:

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

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

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

Работа в цепи постоянного тока

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

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

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

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

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

Функционирование в цепи переменного тока

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

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

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

Режим обратного запирания

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

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

Режим прямого запирания

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

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

Двухтранзисторная модель

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

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

Чем различаются динисторы и тринисторы

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

Основные характеристики

При выборе тиристоров обращают внимание на определенные параметры:

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

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

Схемы с применением тиристоров

Тиристорные схемы подразделяются на четыре категории:

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

В качестве заключения

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

SCR-Принцип работы

: Принцип работы SCR

SCR представляет собой четырехслойное, трехпереходное и трехполюсное устройство, показанное на рис. а. Концевая P-область является анодом, концевая N-область — катодом, а внутренняя P-область — затвором. Анод к катоду подключается последовательно с цепью нагрузки. По сути, это коммутатор. В идеале он остается выключенным (состояние блокировки напряжения) или имеет бесконечный импеданс до тех пор, пока на клеммах анода и затвора не будет подходящего положительного напряжения по отношению к клемме катода. Затем тиристор включается, и ток течет и продолжает проводить без дальнейших сигналов затвора. В идеале тиристор имеет нулевое сопротивление в состоянии проводимости. Для выключения или возврата в заблокированное состояние не должно быть сигнала затвора и анодный ток должен быть снижен до нуля. Ток может течь только в одном направлении.

В отсутствие внешних напряжений смещения основные носители в каждом слое диффундируют до тех пор, пока не появится встроенное напряжение, которое затормозит дальнейшую диффузию. Некоторые основные носители обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть барьер, создаваемый тормозящим электрическим полем в каждом переходе. Эти носители затем становятся неосновными носителями и могут рекомбинироваться с основными носителями. Неосновные носители в каждом слое могут быть ускорены поперек каждого перехода фиксированным полем, но из-за отсутствия внешней цепи в этом случае сумма токов основных и неосновных носителей должна быть равна нулю.

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

Ток I _x возникает из-за

Основные носители (отверстия), пересекающие переход J ₁
Мелкие перевозчики пересекают перекресток J ₁
Отверстия, введенные в стык J ₂, диффундирующие через область N и пересекающие стык J ₁ и
Мелкие перевозчики от развязки J ₂ распространяется через область N и пересекает соединение J ₁ .

Аналогично I ₂ соответствует шести терминам, а I ₃ — четырем терминам.

Двумя простыми аналогами, объясняющими основное действие тиристора, являются диодная и двухтранзисторная модели.

1. Модель диода. Тиристор аналогичен трем последовательно включенным диодам, так как имеет три P-N перехода. Без смещения затвора всегда есть хотя бы один переход с обратным смещением, чтобы предотвратить проводимость независимо от полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Если анод сделать положительным, а затвор также смещен положительно по отношению к катоду, P-слой на затворе затопляется электронами с катода и теряет свою идентичность как P-слой. Соответственно тиристор становится эквивалентным проводящему диоду.

: Scr рабочий

2. Модель с двумя транзисторами. Представьте себе СЦР, разрезанную по пунктирной линии, как показано на рис. а. Тогда у нас может быть два устройства, как показано на рис. б. Эти два устройства можно распознать как два транзистора. Верхний левый — транзистор типа P-N-P, а нижний правый — тип N-P-N. Кроме того, можно заметить, что база транзистора P-N-P соединена с коллектором транзистора N-P-N, а коллектор транзистора P-N-P соединен с базой транзистора N-P-N, как показано на рис. в. Клемма затвора выведена из основания материала N-P-N. Эта конструкция была задумана только для объяснения работы ОПЗ, иначе в физической форме ОПЗ имеет только четыре сплошных слоя типа П-Н-П-Н.

Теперь мы можем видеть, что два транзистора соединены таким образом, что коллектор Q ₁ подключен к базе Q ₂ т.е. выходной ток коллектора Q _t становится током базы для Q ₂ . Аналогичным образом коллектор Q ₂ соединяется с базой Q ₁, что показывает, что выходной ток коллектора Q ₂ подается на Q ₁ в качестве входного тока базы. Это встречное соединение транзисторов таким образом, что выход одного становится входом другого транзистора и наоборот. Это дает чистое усиление контура как β ₁ x β ₂, где β ₁ и β ₂ — коэффициенты усиления по току двух транзисторов соответственно.

Когда ток затвора равен нулю или клемма затвора открыта, единственным циркулирующим током является ток утечки, который очень мал, особенно в случае кремниевого устройства, а общий ток немного выше, чем сумма отдельных токов утечки. В этих условиях говорят, что устройство P-N-P-N находится в состоянии прямой блокировки или в выключенном состоянии с высоким импедансом. Как только небольшой ток затвора подается на базу транзистора Q ₂ путем приложения прямого смещения к его переходу база-эмиттер генерирует ток коллектора, в ₂ раз превышающий ток базы. Этот ток коллектора Q ₂ подается в качестве входного тока базы на Q _:, который далее умножается на β ₁ раз, как I _Cl, который формирует входной ток базы Q ₂ и подвергается дальнейшему усилению. Таким образом, оба транзистора обратны друг другу, и ток коллектора каждого из них продолжает увеличиваться. Этот процесс очень быстрый, и вскоре оба транзистора доводят друг друга до насыщения. Теперь говорят, что устройство находится в состоянии «включено». Ток через SCR во включенном состоянии регулируется только внешним импедансом.

Что такое тиристор? — Семейство тиристоров и их применение

Тиристор – это общее название, данное семейству полупроводниковых устройств, имеющих четыре слоя с механизмом управления, хотя этот термин чаще всего применяется к SCR (кремниевому выпрямителю). Этот термин происходит от тиратрона и транзистора , поскольку устройство сочетает в себе выпрямляющее действие тиратрона и управляющее действие транзистора. Тиристор расшифровывается как THYRatron транзистор .

Устройство было впервые разработано в Bell Laboratories в США и было введено в коммерческую эксплуатацию компанией General Electric в США в 1957 году. Устройство появилось на рынке под разными названиями, такими как SCR, тиристор, тирод и т. д. С момента своего создания тиристор стал основным строительным блоком во многих промышленных и энергетических системах. Его управляемость, компактность, быстрое реагирование, высокая надежность, лучшая эффективность, большая допустимая мощность, высокие номинальные значения напряжения и тока, хорошая чувствительность срабатывания, статическая работа, большой коэффициент усиления мощности, прочная конструкция, долгий срок службы, минимальное техническое обслуживание и низкие эксплуатационные расходы. стоимость изготовления из-за достижений в области производства — дали тиристорам красочный прием во всех областях.

Сегодня тиристоры находят применение в управлении двигателями постоянного/переменного тока; для улучшения коэффициента мощности; и как коммутационные устройства. Они стали неотъемлемой частью передачи HVDC. Они настолько выгодны, что наши крупные металлургические заводы решили модернизировать свои производства, заменив МГ-установки и ртутно-дуговые выпрямители на тиристорные преобразователи. Тиристоры помогли в дальнейшем снижении затрат и в развитии системы привода, перенеся акцент с двигателей постоянного тока на двигатели переменного тока. С преобразователями циклов и инверторами скорость двигателя переменного тока также можно легко и надежно контролировать. Помимо этих основных применений, он находит применение в качестве коммутационного устройства, в частности, для улучшения коэффициента мощности линий электропередач и электросетей. Тиристор можно использовать в качестве устройства переключения мощности с мощностью от нескольких ватт до 4 МВт (2500 А при 1600 В). Некоторые тиристоры имеют номинал до 400 А, 10 000 В для использования в высоковольтных линиях передачи постоянного тока.

Тиристоры с их многочисленными преимуществами и огромными возможностями управления имеют множество применений и полностью заменили электромагнитные системы управления. Тиристор в основном выполняет две функции, а именно. электронное переключение и электронное управление.

Ниже перечислены некоторые области применения тиристоров:

Регулирование скорости двигателей постоянного и переменного тока.
В качестве выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный.
В качестве инвертора для преобразования постоянного тока в переменный.
В качестве прерывателя постоянного тока или преобразователя постоянного тока для преобразования постоянного тока на одном уровне в постоянный на другом уровне.
В качестве циклопреобразователя для преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.
Контроль температуры, уровня, положения и освещения.
Силовые выключатели (автоматы постоянного и переменного тока).
Линии электропередачи высокого напряжения постоянного тока.
Улучшение коэффициента мощности в линиях электропередачи.
В качестве статических переключателей.
Управление индукционным нагревом.
Управление реле.
Управление фазами.
В качестве специальных источников питания для самолетов и компьютеров и т. д.

Тиристоры и симисторы с высоким номинальным напряжением и током широко используются для управления мощностью, в то время как другие члены семейства тиристоров используются для приложений малой мощности и для переключения в управляющих и цифровых цепях.

Семейство тиристоров:

Устройства P-N-P-N с нулем, одним или двумя затворами составляют базовый тиристор. Но сегодня в семейство тиристоров входят и другие подобные многослойные устройства. Полный список членов семейства тиристоров включает диак (двунаправленный диодный тиристор), симистор (двунаправленный триодный тиристор), SCR (кремниевый выпрямитель), диод Шокли, SCS (кремниевый управляемый переключатель), SBS (кремниевый двусторонний переключатель), SUS (кремниевый односторонний переключатель). выключатель), также известный как дополнительный SCR или CSCR, LASCR (световой SCR), LAS (световой переключатель) и LASCS (световой активируемый SCS).

Наиболее важным представителем семейства тиристоров является кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). SCR представляет собой четырехслойное (P-N-P-N) трехпереходное полупроводниковое устройство с тремя выводами, а именно, анодом, катодом и затвором. Это одностороннее устройство, и проводимость происходит от анода к катоду при надлежащих условиях смещения (прямое смещение).

Диаки и симисторы являются двунаправленными устройствами. Диак представляет собой двухконтактное трехслойное устройство и обычно используется для запуска триаков. Симистор представляет собой полупроводниковое устройство с 3 выводами и может считаться эквивалентным двум тиристорам, соединенным встречно-параллельно. Диод Шокли представляет собой двухполюсный тиристор с обратным блокирующим диодом без затвора. SCS (переключатель, управляемый кремнием) похож на SCR, за исключением того, что он имеет два затвора и может включаться или выключаться любым затвором. SUS (кремниевый односторонний переключатель) имеет затвор на стороне анода и может использоваться в качестве программируемого однопереходного транзистора (PUJT). SBS (кремниевый двусторонний переключатель) представляет собой устройство, состоящее из двух идентичных структур SUS, расположенных встречно-параллельно, но имеющих только один затвор, который используется только для внешней синхронизации или для надлежащего смещения.