Как работает тиристор для начинающих. Тиристор: принцип работы, устройство и применение в электронике

alexxlabРазное
Что такое тиристор и как он работает. Как устроен тиристор и из каких частей состоит. Для чего применяются тиристоры в электронике и электротехнике. Какие бывают виды тиристоров и чем они отличаются. Как проверить исправность тиристора.

Содержание

Что такое тиристор и его основные особенности

Тиристор — это полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой p-n-p-n, имеющий два устойчивых состояния: закрытое (высокое сопротивление) и открытое (низкое сопротивление). Основные особенности тиристора:

  • Способен коммутировать большие токи при управлении малым сигналом
  • Имеет три вывода: анод, катод и управляющий электрод
  • Открывается подачей сигнала на управляющий электрод
  • После открытия остается в проводящем состоянии даже при снятии управляющего сигнала
  • Закрывается только при снижении тока через прибор ниже тока удержания

Принцип работы тиристора

Как работает тиристор? Принцип действия тиристора основан на внутренней положительной обратной связи между коллекторными и эмиттерными p-n переходами четырехслойной структуры. Рассмотрим основные этапы работы:


  1. В исходном состоянии тиристор закрыт, через него протекает очень малый ток
  2. При подаче сигнала на управляющий электрод начинается инжекция носителей заряда
  3. Возникает лавинообразный процесс генерации носителей заряда
  4. Сопротивление прибора резко падает, тиристор открывается
  5. Ток через тиристор определяется внешней цепью
  6. Тиристор остается открытым даже при снятии управляющего сигнала

Устройство и структура тиристора

Из чего состоит тиристор? Основные элементы конструкции тиристора:

  • Кристалл кремния с четырехслойной структурой p-n-p-n
  • Анодный вывод, подключенный к крайнему p-слою
  • Катодный вывод, подключенный к крайнему n-слою
  • Управляющий электрод, подключенный к одному из внутренних слоев
  • Корпус для защиты кристалла

Толщина кристалла составляет около 250-300 мкм. Для формирования p и n областей используется диффузия примесей (бор, фосфор) при температуре 1000-1300°C.

Основные характеристики тиристоров

На что обратить внимание при выборе тиристора? Ключевые параметры и характеристики:


  • Максимальный анодный ток
  • Максимальное анодное напряжение
  • Напряжение включения
  • Ток удержания
  • Управляющий ток и напряжение
  • Время включения и выключения
  • Максимальная рассеиваемая мощность

Важно подбирать тиристор с запасом по току и напряжению для надежной работы устройства.

Разновидности тиристоров

Какие бывают виды тиристоров? Основные типы:

  • Однооперационные — открываются сигналом управления, закрываются снижением тока
  • Запираемые — открываются и закрываются сигналом управления
  • Симметричные (симисторы) — могут работать в цепях переменного тока
  • Оптотиристоры — управляются световым сигналом
  • Динисторы — без управляющего электрода, открываются повышением напряжения

Выбор типа тиристора зависит от конкретного применения и требований схемы.

Области применения тиристоров

Где используются тиристоры? Основные сферы применения:

  • Регуляторы мощности в цепях переменного и постоянного тока
  • Преобразователи напряжения и частоты
  • Управление электродвигателями
  • Импульсные источники питания
  • Сварочные аппараты
  • Системы плавного пуска двигателей
  • Устройства защиты от перенапряжений

Тиристоры позволяют эффективно управлять большой мощностью с помощью слабых сигналов.


Проверка исправности тиристора

Как проверить работоспособность тиристора? Основные методы:

  1. Прозвонка мультиметром между выводами в обоих направлениях
  2. Измерение сопротивления в закрытом и открытом состоянии
  3. Проверка открытия тиристора при подаче управляющего сигнала
  4. Проверка удержания открытого состояния после снятия управления
  5. Измерение токов утечки в закрытом состоянии

При выявлении отклонений от нормы тиристор считается неисправным и подлежит замене.

Перспективы развития тиристоров

Какие тенденции наблюдаются в развитии тиристорной техники?

  • Увеличение предельных токов и напряжений
  • Улучшение динамических характеристик
  • Создание интеллектуальных тиристорных модулей
  • Применение новых полупроводниковых материалов (карбид кремния)
  • Интеграция с микропроцессорными системами управления

Тиристоры продолжают оставаться востребованными приборами силовой электроники благодаря уникальным возможностям коммутации больших мощностей.


Тиристоры для чайников

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

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

Классификация

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

Принцип работы


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

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

К аноду тиристора подали небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторный в обратном. (по сути все напряжение будем на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви характеристики диода. Этот режим можно назвать — режимом закрытого состояния тиристора.
При увеличении анодного напряжения происходит происходит инжекция основных носителей в области баз, тем самым происходит накопление электронов и дырок, что равносильно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (на рисунке участок 1-2).

После этого все три перехода сместятся в прямом направлении тем самым переведя тиристор в открытое состояние (на рисунке участок 2-3).
В открытом состоянии тиристор будет находится до тех пор, пока коллекторный переход будет смещен в прямом направлении. Если же ток тиристора уменьшить, то в результате рекомбинации уменьшится количество неравновесных носителей в базовых областях и коллекторный переход окажется смещен в обратном направлении и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При обратном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогичной как и у двух последовательно включенных диодов. Обратное напряжение будет ограничиваться в этом случае напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров

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

Заключение

Таким образом, в тиристоре существует положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.

Тиристор — не полностью управляющий ключ. То есть перейдя в открытое состояние, он остается в нем даже если прекращать подавать сигнал на управляющий переход, если подается ток выше некоторой величины, то есть ток удержания.

Источники:
ru.wikipedia.org
electricalschool.info

Автор: ximet

Источник

принцип работы и способы управления

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:

  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:

  • 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.

объяснение принципа работы, устройства и подключения

Мигающая наружная реклама украшает городские кварталы. Забавный световой эффект «бегущие огни» сопровождает выступления эстрадных артистов. Новогодняя гирлянда на ёлке создаёт праздничное настроение. Маленькая деталь, которая управляет огромными электронными приборами, называется тиристор.

Принцип работы

Радиотехнический термин thyristor составлен из двух частей. В начале употреблено слово thyra, что означает на греческом языке «дверь» или «вход». Затем использовано окончание английского слова resistor, которое переводится как «сопротивление».

Тиристором называется полупроводниковое устройство, где на базе монокристалла собираются более двух p — n переходов. Суть электронно-дырочного соединения пары химических элементов — так расшифровывается понятие «p — n переход» — состоит в том, что при подключении прямого тока на выводах появляется разность потенциалов. При обратном токе совершается блокировка носителей заряда.

В устройство коммутируется сигнальный контакт, назначение которого состоит в управлении током пробоя границы разнозаряженных зон. На электрических схемах обозначение тиристора почти совпадает со значком диода. Различие состоит в том, что к катодному выводу пририсована стрелка управляющего электрода.

Конструкция прибора

Полупроводниковый прибор представляет собой структуру, которую образуют четыре слоя разной полярности, соединённых последовательно. Образуется цепочка p — n — p — n типа. К наружному слою с положительным зарядом подключён анодный вывод, к отрицательному полупроводнику — катод. К внутренним прослойкам допустимо присоединение до двух управляющих контактов.

Основообразующим элементом тиристора является кристалл кремния с заданной толщиной. Для формирования p-слоя применяются примеси бора и алюминия. Чтобы получить n-область используется фосфор. Нанесение добавок происходит с помощью диффузионной технологии. При температуре от 1000° C до 1300° C создаётся переходный слой глубиной 60 Мкм.

Внешний вид современных устройств непохож на детали, изготовленные два десятка лет назад. Раньше они выглядели как «летающие тарелки». Минусовый электрод и сигнальный контакт располагались на торце, а анодный вывод устанавливался с противоположной стороны или сбоку изделия. Сейчас тиристор представляет собой небольшой пластмассовый коробок с тремя электродами внизу. Расположение контактов указывается в описании устройства.

Режимы работы

Принцип действия тиристора характеризуется работой в двух устойчивых состояниях. Положение «закрыто» свидетельствует о низкой проводимости. Значение «открыто» указывает высокую электропроводность.

Как работает тиристор, для чайников объяснит диаграмма зависимости силы тока от напряжения. В исходной позиции полупроводниковый элемент заперт.

Даже значительное увеличение разности потенциалов на контактах не приведёт устройство в рабочее состояние. Линия графика почти горизонтальна.

Но стоит подать ток на управляющий вывод, как тиристор откроется. В этот момент линейный отрезок на графике круто изменяет угол наклона, близкий к вертикальному положению. От величины сигнального тока зависит уровень пробойного напряжения. Вольт-амперная характеристика объясняет, зачем требуется применение управляющего электрода. После обнуления командного сигнала устройство останется открытым, пока напряжение не уменьшится до уровня удержания.

Работа транзистора также основана на взаимодействии p — n переходов. От полупроводникового триода, который, как вентиль, плавно регулирует напряжение, тиристорный элемент отличается скачкообразным ростом разности потенциалов после появления сигнала управления. Своеобразный электронный ключ по команде открывает дорогу питанию электрической цепи.

Классификация тиристоров

Существует два варианта управления полупроводником: через катод или анод. Это зависит от полярности слоя, к которому подключено управление. Поэтому различают тиристоры с катодным или анодным управлением.

Возможен вариант отсутствия управляющего электрода. Такой прибор называется диодным тиристором, и включение устройства производит напряжение, подаваемое на основные контакты. Отсюда классификация на динисторы, не имеющие вывода управления, и тринисторы, у которых есть управляющий контакт.

По способностям пропускать ток в том или ином направлении тиристоры подразделяются на симметричные и асимметричные устройства. Симметричные полупроводники, которые профессионалы называют симисторами, способны проводить ток в обоих направлениях. В сущности, симистор — это пара тиристоров, включённых по встречно-параллельной схеме.

Асимметричные приборы пропускают ток только в одну сторону:

  • прямонаправленные устройства заперты при подключении напряжения обратного направления;
  • приборы, пропускающие обратный ток, открываются при подаче напряжения противоположной полярности.

В электронных схемах также используются запираемые тиристоры. Устройство открывается, когда на управляющий электрод подаётся ток. В положение «закрыто» прибор переходит при изменении полярности тока управления.

Технические характеристики

Области применения полупроводника разнообразны. В зависимости от того, для чего нужен тиристор, подбирается деталь с требуемыми техническими данными. Выбрать необходимый тип полупроводникового триода помогут рабочие параметры устройства:

  1. Максимальный ток от анода к катоду.
  2. Наибольшая величина обратного тока указывается только для типов, обладающих такой функцией.
  3. Максимальное прямоточное напряжение в положении «открыто».
  4. Минимальные напряжение и сила тока раскрытия p — n перехода.
  5. Предельный уровень сигнального тока, приводящий к пробою тиристора.
  6. Ток удержания определяет уровень, ниже которого наступает состояние «закрыто».
  7. Мощность указывает величину допустимой нагрузки.
  8. Время срабатывания.

Контроль работоспособности

Перед установкой тиристора в схему необходимо убедиться в его исправности. Целостность детали проверяется мультиметром или лампочкой, подключённой к источнику питания.

На измерительном приборе устанавливают функцию прозвонки. Сначала щупы присоединяют к аноду и катоду попеременно в прямом и обратном направлении. Цифра «1» на дисплее укажет, что ток не проходит, и деталь исправна. Затем прозванивают линию от анода до сигнального контакта.

Одна из цепей должна быть оборвана, а другая покажет небольшое сопротивление. Если в обоих случаях мультиметр обнаружит одинаковый результат, то тиристор неисправен.

Работоспособность детали можно проверить, собрав простую электрическую цепь. Анодный контакт присоединяют к «плюсовому» зажиму батарейки. Катод замыкают на «минус» источника питания через лампочку. Куском провода кратковременно смыкаются анодный и управляющий выводы. Лампа должна загореться и не гаснуть после разрыва цепочки «анод — управляющий электрод».

Работающий осветительный прибор указывает на исправность тиристора. При проверке необходимо учитывать величину подаваемого напряжения, которая должна быть достаточной для включения лампы.

Практическое применение

Благодаря принципу работы тиристор используют в преобразователях напряжения и выпрямителях тока. Вместе с силовым трансформатором полупроводник способен изменять уровень тока. На этой основе собраны зарядные устройства автомобильных аккумуляторов, а также мощные электросварочные аппараты. Способность прибора изменять переменное напряжение на постоянное напряжение используется в преобразователях.

В устройствах сигнализации тиристор включается командой от внешнего датчика, изменяющего напряжение на управляющем электроде. Конструкции, которые контролируют окружающую обстановку, могут реагировать на изменение температурного режима или объёмного наполнения пространства. За освещённостью объекта наблюдает оптотиристор.

Полупроводниковый тиристор предназначен для управления большими токами слаботочным сигналом. С помощью диммерных блоков, на которые подаётся команда от светового пульта, управляются театральные прожекторы и светильники.

Поддержание заданного температурного режима в печи обеспечивается регулятором мощности дуги горения. В электрических двигателях скорость вращения ведущего вала контролирует тиристорный регулятор частоты хода.

Архимед обещал перевернуть Землю, если бы у него была точка опоры. Управляемый тиристорный полупроводник является тем рычагом, который расширяет области применения электронных устройств. Небольшая радиодеталь умножает возможности человека в развитии научно-технического прогресса.

Как работает тиристор для чайников. Тиристор назначение и принцип работы. Тиристор принцип работы. В качестве заключения

Абсолютно любой тиристор может быть в двух устойчивых состояниях — закрыт или открыт

В закрытом состоянии он находится в состоянии низкой проводимости и ток почти не идет, в открытом, наоборот полупроводник будет находится в состоянии высокой проводимости, ток проходит через него фактически без сопротивления

Можно сказать, что тиристор это электрический силовой управляемый ключ. Но по сути управляющий сигнал может только открыть полупроводник. Чтобы запереть его обратно, требуется выполнить условия, направленные на снижение прямого тока почти до нуля.

Структурно тиристор представляет последовательность четырех, слоев p и n типа, образующих структуру р-n-р-n и соединенных последовательно.

Одна из крайних областей, на которую подключают положительный полюс питания называют анод , р – типа
Другая, к которой подсоединяют отрицательное полюс напряжения, называют катод , – n типа
Управляющий электрод подключен к внутренним слоям.

Для того чтоб разобраться с работой тиристора рассмотрим несколько случаев, первый: напряжение на управляющий электрод не подается , тиристор подсоединен по схеме динистора – положительное напряжение поступает на анод, а отрицательное на катод, смотри рисунок.

В этом случае коллекторный p-n-переход тиристора находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – открыт. Открытые переходы имеют очень низкое сопротивление, поэтому почти все напряжение, следующее от источника питания, приложено к коллекторному переходу, из-за высокого сопротивления которого протекающий через полупроводниковый прибор ток имеет очень низкое значение.

На графике ВАХ это состояние актуально для участка отмеченного цифрой 1 .

При увеличении уровня напряжения, до определенного момента ток тиристора почти не растет. Но достигая условного критического уровня — напряжение включения U вкл , в динисторе появляются факторы, при которых в коллекторном переходе начинается резкий рост свободных носителей заряда, которое почти сразу же носит лавинный характер . В результате происходит обратимый электрический пробой (на представленном рисунке – точка 2). В p -области коллекторного перехода появляется избыточная зона накопленных положительных зарядов, в n -области, наоборот происходит накопление электронов. Рост концентрации свободных носителей заряда приводит к падению потенциального барьера на всех трех переходах, через эмиттерные переходы начинается инжекция носителей заряда. Лавинообразный характер еще сильнее увеличивается, и приводит к переключению коллекторного перехода в открытое состоянии. Одновременно увеличивается ток по всем областям полупроводника, в результате происходит падением напряжения между катодом и анодом, показанный на графике выше отрезком отмеченным цифрой три. В этот момент времени динистор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. На сопротивлении R n растет напряжение и полупроводник переключается.

После открытия коллекторного перехода ВАХ динистора становится такой же, как на прямой ветви — отрезок №4. После переключения полупроводникового прибора, напряжение снижается до уровня одного вольта. В дальнейшем увеличение уровня напряжения или снижение сопротивления приведет к увеличению выходного тока, один в один, как и работе диода при его прямом включении. Если же уровень напряжение питания снизить, то высокое сопротивление коллекторного перехода, практически мгновенно восстанавливается, динистор закрывается, ток резко падает .

Напряжение включения U вкл , можно настраивать, внося в любой из промежуточных слоев, рядом с к коллекторным переходом, неосновные, для него носители заряда.

С этой целью используется специальный управляющий электрод , запитываемый от дополнительного источника, с которого следует управляющее напряжение – U упр . Как хорошо видно из графика – при росте U упр напряжение включения снижается.

Основные характеристики тиристоров

U вкл напряжение включения – при нем осуществляется переход тиристора в открытое состояние
U o6p.max – импульсное повторяющееся обратное напряжение при нем происходит электрический пробой p-n перехода. Для многих тиристоров будет верно выражение U o6p.max . = U вкл
I max — максимально допустимое значение тока
I ср — среднее значение тока за период U np — прямое падение напряжения при открытом тиристоре
I o6p.max — обратный максимальный ток начинающий течь при приложении U o6p.max , за счет перемещения неосновных носителей заряда
I удерж ток удержания – значение анодного тока, при котором осуществляется запирание тиристора
P max — максимальная рассеиваемая мощность
t откл — время отключения необходимое для запирания тиристора

Запираемые тиристоры — имеет классическую четырехслойную p-n-p-n структуру, но при этом обладает рядом конструктивных особенностей, дающих такую функциональную возможность, как полная управляемость. Благодаря такому воздействию от управляющего электрода, запираемые тиристоры могут переходить не только в открытое состояние из закрытого, но и из открытого в закрытое. Для этого на управляющий электрод поступает напряжение, противоположное тому, которое ранее открывает тиристор. Для запирания тиристора на управляющей электрод следует мощный, но короткий по длительности импульс отрицательного тока. При применении запираемых тиристоров следует помнить, что их предельные значения на 30% ниже, чем у обычных. В схемотехнике, запираемые тиристоры активно применяются в роли электронных ключей в преобразовательной и импульсной технике.

В отличие от своих четырехслойных родственников — тиристоров, они имеют пятислойную структуру.

Благодаря такой структуре полупроводника они имеют возможность пропускать ток в обоих направлениях – как от катода к аноду, так и от анода к катоду, а на управляющий электрод поступает напряжение обоих полярностей. Благодаря этому свойству вольт-амперная характеристика симистора имеет симметричный вид в обоих осях координат. Узнать о работе симистора вы можете из видеоурока, по ссылке ниже.


Принцип работы симистора

Если у стандартного тиристора имеются анод и катод то электроды симистора так описать нельзя т.к каждый уго электрод является и анодом и катодом одновременно. Поэтому симистор способен пропускать ток в обоих направлениях. Именно поэтому он отлично работает в цепях переменного тока .

Очень простой схемой, поясняющей принцип симистора является регулятор симисторный регулятор мощности.

После подачи напряжения на один из выводов симистора поступает переменное напряжение. На электрод, являющийся управляющим с диодного моста поступает отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор отпирается и ток поступает в подключенную нагрузку. В момент времени, когда на входе симистора меняется полярность напряжения он запирается. Затем алгоритм повторяется.

Чем выше уровень управляющего напряжения тем быстрее срабатывает симистор и длительность импульса на нагрузке увеличивается. При снижении уровня управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке также снижается. На выходе симисторного регулятора напряжение будет пилообразной формы с регулируемой длительностью импульса. Таким образом, регулируя управляющее напряжение мы можем изменять яркость лампочки накаливания или температуру жала паяльника подключенных в качестве нагрузки.

Итак симистор управляется как отрицательным так и положительным напряжением. Давайте выделим его минусы и плюсы.

Плюсы: низкая стоимость, большой срок службы, отсутствие контактов и, как следствие, отсутствие искрения и дребезга.
Минусы: достаточно чувствителен к перегреву и его обычно монтируют на радиаторе. Не работает на высоких частотах, так как не успевает переходить из открытого состояния в закрытое. Реагирует на внешниепомехи, вызывающие ложное срабатывание.

Следует также упомянуть о особенностях монтажа симисторов в современной электронной техники.

При малых нагрузках или если в ней протекают короткие импульсные токи, монтаж симисторов можно осуществлять без теплоотводящего радиатора. Во всех остальных случаях – его наличие строго обязательно.
К теплоотводу тиристор может фиксироваться крепежным зажимом или винтом
Для снижения вероятности ложного срабатывания из-за шумов, длина проводов должна быть минимальна. Для подсоединения рекомендуется использовать экранированный кабель или витую пару.

Или оптотиристоры специализированные полупроводники, конструктивной особенностью которого является наличие фотоэлемента, который является управляющим электродом.

Современной и перспективной разновидностью симистора являетсяо оптосимистор. Вместо управляющего электрода в корпусе имеется светодиод и управление происходит с помощью изменения напряжения питания на светодиоде. При попадании светового потока задонной мощности фотоэлемент переключает тиристор в открытое положение. Самой основной функцией в оптосимисторе является то, что между цепью управления и силовой имеется полная гальваническая развязка. Это создает просто отличный уровень и надежности конструкции.

Силовые ключи . Одним из главных моментов, влияющих на востребованность таких схем, служит низкая мощность , которую способен рассеять тиристор в схемах переключения. В запертом состоянии мощность практически не расходуется, т.к ток близок к нулевым значениям. А в открытом состоянии рассеиваемая мощность невелика благодаря низким значениям напряжения

Пороговые устройства – в них реализуется главное свойство тиристоров – открываться при достижении напряжением нужного уровня. Это используется в фазовых регуляторах мощности и релаксационных генераторах

Для прерывания и включения-выключения используются запирающие тиристоры. Правда, в данном случае схемам необходима определенная доработка.

Экспериментальные устройства – в них применяется свойство тиристора обладать отрицательным сопротивление, находясь в переходном режиме

Принцип работы и свойства динистора, схемы на динисторах

Динистор это разновидность полупроводниковых диодов относящихся к классу тиристоров. Динистор состоит из четырех областей различной проводимости и имеет три p-n перехода. В электроники он нашел довольно ограниченное применение, ходя его можно найти в конструкциях энергосберегающих ламп под цоколь E14 и E27, где он применяется в схемах запуска. Кроме того он попадается в пускорегулирующих аппаратах ламп дневного света.

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

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

Классификация

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

Принцип работы


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

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



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

Общие параметры тиристоров

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

Заключение

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

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

Свойства тиристоров

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

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

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


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

Работа тиристора при постоянном токе

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

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

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

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.

♠ Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт . Схема этого устройства изображена на рис 1 .

♠ Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А , тиристора КУ202Н , стабилитрона, узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1) .

Узел формирования состоит:
— стабилитрон, формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2) ;
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C ;
— аналог динистора Тр1, Тр2 .

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4) .

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5 при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510 .
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2) . Оно определяет начало и конец участка регулирования.



♠ Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С . При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт , пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2) . Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи: сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть .
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠ Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт .
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ , не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком , двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠ Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт , можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв .
♠ В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов , тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов , тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100% ).
В графиках в точке №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4 ).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5 , относительно точки Т6 , можно посмотреть на осциллографе.

Тиристор в цепи переменного тока. Фазовый метод.

♦ Известно, что электрический ток в бытовой и промышленной сети изменяется по синусоидальному закону. Форма переменного электрического тока частотой 50 герц , представлена на рис 1 а) .


За один период, цикл, напряжение меняет свое значение: 0 → (+Umax) → 0 → (-Umax) → 0 .
Если представить себе простейший генератор переменного тока (рис 1 б) с одной парой полюсов, где получение синусоидального переменного тока определяет поворот рамки ротора за один оборот, то каждое положение ротора в определенное время периода соответствует определенной величине выходного напряжения.

Или, каждому значению величины синусоидального напряжения за период, соответствует определенный угол α поворота рамки. Фазовый угол α , это угол, определяющий значение периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

В момент фазового угла:

  • α = 0° напряжения U = 0 ;
  • α = 90° напряжение U = +Umax ;
  • α=180° напряжение U = 0 ;
  • α = 270° напряжение U = — Umax ;
  • α = 360° напряжение U = 0.

♦ Регулировка напряжения с помощью тиристора в цепях переменного тока как раз и использует эти особенности синусоидального переменного тока.
Как упоминалось ранее в статье « »: тиристор, это полупроводниковый прибор, работающий по закону управляемого электрического вентиля. Он имеет два устойчивых состояния. В определенных условиях может иметь проводящее состояние (открыт) и непроводящее состояние (закрыт) .
♦ Тиристор имеет катод, анод и управляющий электрод. С помощью управляющего электрода можно изменять электрическое состояние тиристора, то есть изменять электрические параметры вентиля.
Тиристор может пропускать электрический ток только в одном направлении — от анода к катоду (симистор пропускает ток в обоих направлениях).
Поэтому, для работы тиристора, переменный ток необходимо преобразовать (выпрямить с помощью диодного мостика) в пульсирующее напряжение положительной полярности с переходом напряжения через ноль, как на Рис 2 .

♦ Способ управления тиристором сводится к тому, чтобы в момент времени t (во время действия полупериода Uс ) через переход Уэ – К , прошел ток включения Iвкл тиристора.


С этого момента через тиристор идет основной ток катод — анод, до следующего перехода полупериода через ноль, когда тиристор закроется.
Ток включения Iвкл тиристора можно получить разными способами.
1. За счет тока протекающего через: +U – R1 – R2 – Уэ – K – -U (на схеме рис 3) .
2. От отдельного узла формирования управляющих импульсов и подаче их между управляющим электродом и катодом.

♦ В первом случае ток управляющего электрода протекает через переход Уэ – К, постепенно увеличивается (нарастая вместе с напряжением Uс ), пока не достигнет величины Iвкл . Тиристор откроется.

фазовым методом .

♦ Во втором случае сформированный в специальном устройстве, короткий импульс в нужный момент времени подается на переход Уэ – К , от которого тиристор открывается.

Такой способ управления тиристором называется импульсно – фазовым методом .
В обоих случаях ток, управляющий включением тиристора, должен быть синхронизирован с началом перехода сетевого напряжения Uс через ноль.
Действие управляющего электрода сводится к управлению моментом включения тиристора.

Фазовый метод управления тиристором.

♦ Попробуем на простом примере тиристорного регулятора освещения (схема на рис.3 ) разобрать особенности работы тиристора в цепи переменного тока.

После выпрямительного мостика напряжение представляет собой пульсирующее напряжение, изменяющееся в виде:
0→ (+Umax) → 0 → (+Umax) → 0, как на рис.2

♦ Начало управления тиристором сводится к следующему.
При возрастании напряжения сети Uс , от момента перехода напряжения через ноль, в цепи управляющего электрода появляется ток управления Iуп по цепи:
+U – R1 – R2 – Уэ – К – -U.
С ростом напряжения Uс растет и ток управления Iуп (управляющий электрод — катод).

При достижении тока управляющего электрода величины Iвкл , тиристор включается (открывается) и замыкает точки +U и –U на схеме.

Падение напряжения на открытом тиристоре (анод — катод) составляет 1,5 – 2,0 вольта. Ток управляющего электрода упадет почти до нуля, а тиристор останется в проводящем состоянии до момента, когда напряжение Uс сети не упадет до нуля.
С действием нового полупериода напряжения сети, все повторится сначала.

♦ В цепи протекает только ток нагрузки, то есть ток через лампочку Л1 по цепи:
Uс – предохранитель – диодный мост – анод — катод тиристора – диодный мост – лампочка Л1 — Uс.
Лампочка будет загораться с каждым полупериодом сетевого напряжения и тухнуть при переходе напряжения через ноль.

Проведем небольшие вычисления для примера рис.3 . Используем данные элементов как на схеме.
По справочнику для тиристора КУ202Н ток включения Iвкл = 100 мА . В реальности же он намного меньше и составляет 10 – 20 мА, в зависимости от экземпляра.
Возьмем для примера Iвкл = 10 мА .
Управление моментом включения (регулировка яркости) происходит путем изменения величины переменного сопротивления резистора R1 . Для разных значений резистора R1 , будут разные напряжения пробоя тиристора. При этом момент включения тиристора будет меняться в пределах:

1. R1 = 0, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (0 + 2 = 20 вольт.
2. R1 = 14,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (13 + 2) = 150 вольт.
3. R1 = 19,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (18 + 2) = 200 вольт.
4. R1 = 29,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (28 + 2) = 300 вольт.
5. R1 = 30,0 Ком, R2 = 2,0 Ком. Uвкл = Iвкл х (R1 + R2) = 10 х (308 + 2) = 310 вольт.

Фазовый угол α изменяется в пределах от а = 10, до а = 90 градусов.
Примерный результат этих вычислений приведен на рис. 4.


♦ Заштрихованная часть синусоиды соответствует выделяемой мощности на нагрузке.
Регулировка мощности фазовым методом, возможна только в узком диапазоне угла управления от a = 10°, до а = 90° .
То есть, в пределах от 90% до 50% мощности выделяемой на нагрузке.

Начало регулирования от фазового угла а = 10 градусов объясняется тем, что в момент времени t=0 – t=1 , ток в цепи управляющего электрода еще не достиг значения Iвкл (Uс не достигло величины 20 вольт).

Все эти условия выполнимы в случае, если в схеме нет конденсатора С .
Если поставить конденсатор С (в схеме рис 2), диапазон регулирования напряжения (фазового угла) сместится вправо как на рис.5 .

Это объясняется тем, что в первое время (t=0 – t=1 ), весь ток идет на зарядку конденсатора С , напряжение между Уэ и К тиристора равно нулю и он не может включится.

Как только конденсатор зарядится, ток пойдет через управляющий электрод – катод, тиристор включится.

Угол регулирования зависит от емкости конденсатора и сдвигается примерно от а = 30 до а = 120 градусов (при емкости конденсатора 50 мкФ ). Как проверить тиристор?

На своем блоге я поместил рассылку на бесплатные уроки на тему: .
В этих уроках я, в популярной форме, постарался как можно проще изложить суть работы тиристора: как он устроен, как работает в цепи постоянного и переменного тока. Привел много действующих схем на тиристорах и динисторах.

В этом уроке, по просьбе подписчиков, привожу несколько примеров проверки тиристора на целостность.

Как же проверить тиристор?

Предварительная проверка тиристора проводится с помощью тестера-омметра или цифрового мультиметра .
Переключатель цифрового мультиметра должен стоять в положении проверки диодов.
С помощью омметра или мультиметра, проверяются переходы тиристора: управляющий электрод – катод и переход анод – катод.
Сопротивление перехода тиристора, управляющий электрод – катод, должно быть в пределах 50 – 500 Ом.
В каждом случае величина этого сопротивления должна быть примерно одинакова при прямом и обратном измерении. Чем больше величина этого сопротивления, тем чувствительнее тиристор.
Другими словами, будет меньше величина тока управляющего электрода, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое состояние.
У исправного тиристора величина сопротивления перехода анод – катод, при прямом и обратном измерении, должна быть очень большой, то есть имеет «бесконечную» величину.
Положительный результат этой предварительной проверки, еще ни о чем не говорит.
Если тиристор уже стоял где то в схеме, у него может быть «прогорел» переход анод — катод. Эту неисправность тиристора мультиметром не определишь.

Основную проверку тиристора нужно проводить, используя дополнительные источники питания. В этом случае полностью проверяется работа тиристора.
Тиристор перейдет в открытое состояние в том случае, если через переход, катод – управляющий электрод, пройдет кратковременный импульс тока, достаточный для открытия тиристора.

Такой ток можно получить двумя способами:
1. Использовать основной источник питания и резистор R, как на рисунке №1.
2. Использовать дополнительный источник управляющего напряжения, как на рисунке №2.

Рассмотрим схему проверки тиристора на рисунке №1.
Можно изготовить небольшую испытательную плату, на которой разместить провода, индикаторную лампочку и кнопки переключения.

Проведем проверку тиристора при питании схемы постоянным током.

В качестве нагрузочного сопротивления и наглядного индикатора работы тиристора, применим маломощную электрическую лампочку на соответствующее напряжение.
Величина сопротивления резистора R выбирается из расчета, чтобы ток, протекающий через управляющий электрод – катод, был достаточным для включения тиристора.
Ток управления тиристором пройдет по цепи: плюс (+) – замкнутая кнопка Кн1 – замкнутая кнопка Кн2 – резистор R – управляющий электрод – катод – минус (-).
Ток управления тиристора для КУ202 по справочнику равен 0,1 ампера. В реальности, ток включения тиристора, где то 20 – 50 миллиампер и даже меньше. Возьмем 20 миллиампер, или 0,02 ампера.
Основным источником питания может быть любой выпрямитель, аккумулятор или набор батареек.
Напряжение может быть любым, от 5 до 25 вольт.
Определим сопротивление резистора R .
Возьмем для расчета источник питания U = 12 вольт.
R = U: I = 12 В: 0,02 А = 600 Ом.
Где: U – напряжение источника питания; I – ток в цепи управляющего электрода.

Величина резистора R будет равна 600 Ом.
Если напряжение источника будет, например, 24 Вольта, то соответственно R = 1200 Ом.

Схема на рисунке №1 работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристор закрыт, электрическая лампочка не горит. Схема в таком состоянии может находиться сколько угодно долго. Нажмем кнопку Кн2 и отпустим. По цепи управляющего электрода пойдет импульс тока управления. Тиристор откроется. Лампочка будет гореть, даже если будет оборвана цепь управляющего электрода.
Нажмем и отпустим кнопку Кн1. Цепь тока нагрузки, проходящего через тиристор, оборвется и тиристор закроется. Схема придет в исходное состояние.

Проверим работу тиристора в цепи переменного тока.

Вместо источника постоянного напряжения U включим переменное напряжение 12 вольт, от какого либо трансформатора (рисунок №2).

В исходном состоянии лампочка гореть не будет.
Нажмем кнопку Кн2. При нажатой кнопке лампочка горит. При отжатой кнопке — тухнет.
При этом лампочка горит «в пол – накала». Это происходит потому, что тиристор пропускает только положительную полуволну переменного напряжения.
Если вместо тиристора будем проверять симистор, например КУ208, то лампочка будет гореть в полный накал. Симистор пропускает обе полуволны переменного напряжения.

Как проверить тиристор от отдельного источника управляющего напряжения?

Вернемся к первой схеме проверки тиристора, от источника постоянного напряжения, но несколько видоизменив ее.

Смотрим рисунок №3.

В этой схеме ток управляющего электрода подается от отдельного источника. В качестве него можно использовать плоскую батарейку.
При кратковременном нажатии на кнопку Кн2, лампочка так же загорится, как и в случае на рисунке №1. Ток управляющего электрода должен быть не менее 15 – 20 миллиампер. Запирается тиристор, так же, нажатием кнопки Кн1.

4. Урок №4 — «Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод»

5. Урок №5 — «Тиристорный регулятор в зарядном устройстве»

В этих уроках, в простой и удобной форме, излагаются основные сведения по полупроводниковым приборам: динисторам и тиристорам.

Что такое динистор и тиристор, выды тиристоров и их вольт — амперные характеристики , работа динисторов и тиристоров в цепях постоянного и переменного тока, транзисторные аналоги динистора и тиристора.

А так же: способы управления электрической мощностью переменного тока, фазовый и импульсно-фазовый методы.

Каждый теоретический материал подтверждается практическими примерами.
Приводятся действующие схемы: релаксационного генератора и фиксированной кнопки, реализованных на динисторе и его транзисторном аналоге ; схема защиты от короткого замыкания в стабилизаторе напряжения и многое другое.

Особенно интересна для автолюбителей схема зарядного устройства для аккумулятора на 12 вольт на тиристорах.
Приводятся эпюры формы напряжения в рабочих точках действующих устройств управления переменным напряжением при фазовом и импульсно-фазовом методах.

Чтобы получить эти бесплатные уроки подпишитесь на рассылку, заполните форму подписки и нажмите кнопку «Подписаться».

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.

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

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

Классификация

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

Принцип работы



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

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


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

Общие параметры тиристоров

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

Заключение

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

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

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

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

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

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

Работа динистора и тиристора в цепях постоянного тока.

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

В качестве динистора используем КН102А-Б.

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Потом можно заменить его на постоянный резистор.

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

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

Если ток в нагрузке превысит 1 ампер , сработает защита.

Стабилизатор состоит из:

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

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

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

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

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

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

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

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

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

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

Принцип действия тиристора

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

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

Условия закрытия тиристора:

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

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

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

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

Схема включения

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

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

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

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

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

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

Типы данных электронных компонентов

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

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

Симисторы

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

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

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

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

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

Тиристоры: принципы работы и проверки

Эх, знали бы вы, как занудно и безобразно читал нам электротехнику преподаватель в институте. Тему про тиристоры: принципы работы, устройство и их проверку бубнил себе под нос, рисовал на доске графики, P-N переходы с дырками и электронами так, что понять его было очень сложно.

Чтобы подготовиться к экзамену, мне пришлось покупать учебники и разбираться самостоятельно. В зачетку получил пятерку, но предмет был быстро забыт …

Буквально через год после выпуска в должности инженера пришлось разбираться с работой тиристорной схемы. Знания возобновлял практически с нуля.

Помогли коллеги, показавшие удобные методики, избавившие от всех этих высоконаучных заумностей и позволившие представлять сложные электротехнические процессы простыми схемами.

Пользуюсь ими и поныне. Поскольку они не потеряли свою актуальность, то поэтапно раскрываю их технологию для разных случаев практической деятельности ниже.

Содержание статьи

Тиристор в электрической схеме: что это за полупроводник

Если воспользоваться научными терминами, то можно заметить, что конструкция этого сложного электронного прибора включает монокристалл полупроводника с тремя или большим количеством p-n переходов.

Они сделаны для того, чтобы изменять его проводимость до двух критических состояний, когда он:

  1. Открыт и пропускает через себя электрический ток.
  2. Полностью закрыт.

Для подключения к электрической схеме он снабжен, как правило, тремя, двумя или четырьмя выводами от контактных площадок p-n слоев.

Не стану дальше продолжать эту тему научным языком, ибо новички ничего не поймут, а мне сложно объяснить простыми терминами, как перемещаются носители зарядов (дырки и электроны) по всей этой структуре в каждом конкретном случае.

Да и никому это сейчас не надо кроме студентов, стремящихся сдать экзамен, и работников, проектирующих, разрабатывающих новые устройства.

Домашнему же электрику требуется просто понимать принцип работы конечного прибора дабы уметь проверять его исправность и грамотно эксплуатировать в повседневной жизни.

Поэтому показываю конечный результат — как выглядит вольт амперная характеристика тиристора при его работе.

На ней выделены две области рабочего состояния при прямом и обратном приложении напряжения, формирующие пять режимов, расписанных на картинке. Не будем вдаваться глубоко в теорию и сделаем для себя краткие выводы:

  1. на начальном этапе области прямых смещений полупроводник закрыт, потом он открывается и остается открытым;
  2. при обратном подключении к источнику напряжения он вначале не пропускает ток, но при достижении критического состояния пробивается.

Как же выглядит и обозначается тиристор на электрических схемах

Современная промышленность использует огромный ассортимент этих уникальных полупроводников. Они выпускаются в разных корпусах с возможностями передачи и коммутирования всевозможных мощностей.

Привожу внешний вид только небольшой их части, изготавливаемых в металлическом корпусе, предназначенном для работы в силовых цепях с большими токами.

А еще имеются конструкции, выпускаемые в пластиковом корпусе, позволяющем коммутировать токи меньших величин. Они применяются в схемах управления различных бытовых устройств.

Внешне тиристор выглядит как диод.

Только в большинстве случаев он имеет дополнительный вывод для подключения к внешней цепи — управляющий электрод. Обозначение на схеме тоже примерно одинаковое.

Изменение касается только небольшой дорисовки катодного вывода — маленькой ломаной линии. Все это хорошо видно при сравнении.

Внешний вид диодов и тиристоров, а также их обозначения на схемах похожи не случайно. Они, хоть и немного отличаются конструктивно, но работают по общему принципу: пропускают электрический ток только в одну сторону.

Этот вопрос я излагаю дальше более конкретно.

Как просто понять принципы работы и научные термины этого сложного полупроводника: 2 мневмонических правила

Заповедь №1 для новичка

Представим, что мы сплавляемся на большом плоту по широкой реке. Двигаться мы можем только по течению, а не против него. Поток воды перемещается за счет разности высот (потенциалов), обладающих различным уровнем потенциальной энергии.

Вот и ток в диоде может проходить только в одну сторону: от анода к катоду. Иное движение электронов блокирует полупроводниковый переход. Других средств регулирования здесь нет.

Все это полностью соответствует работе тиристора, но с небольшими дополнениями: диод сразу открывается при прямом приложении напряжения к его выводам.

Тиристор же в этом случае закрыт, ток не проводит. Он действует как плотина со шлюзами, загораживающая реку. Наш плот просто остановится перед возникшей преградой. Для возобновления движения ему необходимо открыть ворота водяного заграждения.

Делается все это по команде, когда импульс тока определенного направления подается через управляющий электрод, например, на анод (при соответствующем управлении).

Только в этом случае закрытый полупроводниковый переход открывается и сохраняет свое состояние в течение всего времени, пока на него подано прямое входное напряжение.

Если импульс тока исчезает, то это не влияет на работу полупроводникового перехода: он остается открытым. Для закрытия тиристора необходимо: разорвать цепь питания в любом месте или вывести из работы источник напряжения либо надежно зашунтировать анод с катодом.

Вот такое простое мневмоническое правило, основанное на сравнении гидравлических и электротехнических процессов позволяет легче работать с этим сложным электронным изделием.

Завет №2: особенности применения тиристоров внутри цепей постоянного и переменного тока

Внутреннее сопротивление полупроводниковых переходов в открытом состоянии довольно маленькое. Ток через него определяется по закону Ома, а при приложенном постоянном напряжении по величине он не меняется.

Схема управления тиристором в этом случае не позволяет корректировать его силу. Регулировать ее нужно другими средствами.

Импульс же тока, подаваемый посредством управляющей команды, регулируется до безопасного значения подключенным токоограничивающим резистором R.

Делается это для исключения пробоя слоя полупроводников, задействованных в протекании управляющего сигнала.

Как работает тиристор в схеме бытовых приборов на переменном токе

Иные перспективы создают переменные цепи, а, особенно, синусоидальные источники напряжения. У них сигнал имеет не строго постоянную величину, а меняющуюся во времени форму синусоиды.

Здесь каждый период колебания состоит из двух полупериодов:

  1. положительного;
  2. отрицательного.

Они имеют свои знаки на графике: «плюс» и «минус». Реально же при смене полупериода направление протекания тока меняется на строго противоположное.

Когда синусоида достигает нулевой амплитуды, то ток через полупроводниковый переход прекращается, он закрывается. Для возобновления процесса необходимо на следующем положительном полупериоде вновь подать импульс на управляющий электрод.

Все это происходит автоматически. Одновременно смещение положения открывающего импульса по времени (в угловой системе измерения — по фазе) позволяет регулировать силу тока за счет изменения момента открытия перехода.

Включение второго тиристора с соответствующей полярностью в нижнюю полуволну позволяет регулировать и ее величину. Тогда мы получаем не чистую синусоидальную форму, а немного обрезанную по времени (до момента включения управляющего импульса).

3 варианта такого сигнала показаны на нижнем графике выходного тока при открытии двух тиристоров в моменты:

  1. возрастания полуволны;
  2. на ее амплитуде;
  3. и при спаде.

Таким обрезанным, а не чисто синусоидальным током питается наш электроинструмент: дрели, перфораторы, болгарки и другие приборы с тиристорным или симисторным управлением.

В общем-то ничего страшного в подобном изменении формы сигнала нет: все производители провели массу экспериментов и запустили эту схему в эксплуатацию.

Нам же все это необходимо четко представлять, ибо при ремонте или наладке с помощью осциллографа такие сигналы напряжения необходимо проследить на контрольных точках электрической цепи.

Выпрямительные устройства с регулировкой тока — второй принцип работы

Схемы зарядных, пускозарядных приборов и сварочных аппаратов постоянного тока работают на выпрямленном напряжении. При этом часто устройства выпрямления типового диодного моста заменяется на трансформаторное преобразование однофазного сигнала с двумя диодами или тиристорами.

Ее принято называть двухполупериодным выпрямлением.

Здесь в каждой выходной полуобмотке силового трансформатора вмонтирован тиристор, обрабатывающий свою полуволну.

Выпрямление же достигается схемой подключения полуобмоток с общей точкой и выбором направления подключения цепи «анод-катод» каждого полупроводникового прибора.

Итоговая форма выпрямленного и измененного сигнала выглядит следующим образом.

Опять же, для сравнения с предыдущим принципом показываю форму сигналов в трех вариантах запуска фазосдвигающего управляющего импульса. Здесь видно, что отрицательный полупериод перевернулся, а работа схемы управления не изменилась.

Правило №3: отличия управления транзистором и тиристором

У меня как-то так получилось, что вначале пришлось практически осваивать электронные схемы, работающие на транзисторах, а только после них — тиристорные сборки.

Поэтому я вначале уяснил и запомнил, что выходной сигнал на транзисторе можно изменять за счет величины разницы потенциалов на его базе, то есть напряжением.

Мои же друзья разъяснили, что тиристорная схема, как правило, открывается током, протекающим через управляющий электрод.

Такое небольшое дополнение к вышеизложенному материалу новичкам стоит запомнить. А чтобы понять разницу между силой электрического тока и величиной действующего напряжения я написал две отдельные статьи.

Рекомендую ознакомиться с ними подробнее. Они тоже изложены простым языком.

Как проверить тиристор: 3 доступные методики для новичков

Принцип этой технологии я буду показывать на примере силового тиристора КУ202Н по одной простой причине: он оказался под рукой при написании статьи, а все более мощные модели я умудрился раздать друзьям для их самоделок…

Способы электрических
проверок буду показывать на его примере. Для этого публикую важные характеристики, которые надо учитывать при работе. Они делятся на две группы:

  1. предельные;
  2. номинальные.

Параметры первой категории относятся к импульсному режиму, используемому кратковременно. Они нас не интересуют: длительную эксплуатацию могут создать только номинальные показатели.

Обращаем внимание на:

  1. Максимально допустимое напряжение — 400 В;
  2. Постоянный ток в открытом и закрытом состоянии — 10 А;
  3. Ток удержания — 200 мА;
  4. Отпирающий постоянный ток — 100 мА.

Эти данные для других полупроводниковых приборов можно взять в технических справочниках и на многочисленных сайтах в сети интернет.

Самый первый метод проверки: стрелочным тестером или цифровым мультиметром

Оценка состояния исправности КУ202Н прибором Ц4324 за 3 шага

Такой раритетный измерительный инструмент старого электрика у меня до сих пор в рабочем состоянии. Он сохранился благодаря знаку качества и постоянной внимательности при замерах.

Шаг №1. Выставление режима и замер закрытого состояния перехода

Устанавливаю центральным переключателем режим измерения сопротивлений и кнопкой — предел «килоомы». Плюсовой вывод цешки сажу на анод, а минусовой подключаю к катоду.

Для наглядности пометил их на фотографии ярким красным цветом «+» и «-» прямо на изоляции крокодилов.

Измерительная стрелка показывает очень большое сопротивление. Оно же будет при обратной полярности выводов. Можете проверить.

Шаг №2. Открытие тиристора

Касанием руки подключаю вывод управляющего электрода на корпус (анод) полупроводника.

Стрелка резко отклоняется к началу шкалы в сторону меньшего сопротивления. Показание порядка 0,15 k свидетельствует об открытии n-p перехода.

Шаг №3. Проверка открытого состояния при снятии управляющего сигнала

Отвожу провод вывода от корпуса полупроводника и наблюдаю показание стрелки.

Оно не изменилось: переход сохранил свое открытое положение. Он исправен.

Проверка состояния КУ202Н цифровым мультиметром

Принципиальных отличий анализа тиристорных устройств здесь нет. Технология та же. Показываю ее фотографиями на примере моего карманного мультиметра Mestek MT-102.

Для первого шага перевожу его в режим проверки полупроводников и подключаю прибор крокодилами.

На дисплее видно, что переход закрыт: сопротивление большое.

Затем перемыкаю вывод управляющего электрода на анод. Полупроводник открылся.

При разрыве перемычки показания на дисплее не изменились.

Доступный для всех способ проверки током от батарейки и обычной лампочкой

Эта методика популярна, но она требует предварительно учитывать технические характеристики испытуемого прибора и выходные величины от нагрузки, создаваемые лампочкой.

Для силовых транзисторов это не критично, но у маломощных изделий можно нерасчетным током повредить структуру электронных компонентов.

Демонстрацию методики буду выполнять на примере конструкции самого доступного китайского фонарика на светодиодах и обычной лампочки. Принципиальных различий нет при использовании одной батарейки формата АА или ААА.

На всякий случай выполнил мультиметром замер тока лампочки.

Получил результат 183 миллиампера, что вполне нормально для нашего случая.

Теперь использую этот блок батареек для проверки. Подаю его плюс на анод, а минус на катод проверяемого полупроводника через лампочку.

Свечения нет. Это значит, что сопротивление проверяемой цепи большое, все переходы закрыты.

Замыкаю управляющий электрод на корпус прибора — анод.

Лампочка загорается: прибор открылся.

Запуск тиристора в работу можно выполнить подачей плюса напряжения от пальчиковой батарейки на его анод, а минус необходимо предварительно подключить к управляющему электроду.

Так рекомендуют справочники, но я предпочитаю первый способ. Он проще.

Теперь размыкаю созданное подключение. Лапочка не прекращает светиться: ток продолжает течь по цепи анод-катод.

Полупроводник остался в открытом положении, он исправен.

Как можно проверить тиристор на электронной плате без выпаивания со схемы: советы бывалых

Работу, как и всегда, необходимо выполнять при снятом напряжении. Это делается не только в целях безопасности, но и для достоверности результата.

Следующим шагом потребуется выцепить из схемы платы управляющий электрод. Разъединить его контакт можно паяльником или перерезать дорожку ножом.

Я же буду проводить эксперимент на том же самом КУ202Н без платы. Для проверки потребуется 2 отдельных прибора:

  1. омметр;
  2. милливольтметр постоянного тока.

Их можно заменить двумя мультиметрами или тестерами, что я и показываю следующими фотографиями. Свой тестер Ц4324 перевожу в режим измерения постоянного напряжения на пределе =1,2В. Подключаю его к аноду и катоду.

Mestek MT-102 устанавливаю в режим омметра и крокодилами сажу его на выводы полупроводника так, чтобы плюс попал на управляющий электрод, а минус — на анод.

Стрелка тестера отклонилась вправо, показывая значение меньшее вольта. По этому замеру можно судить об исправности полупроводникового перехода.

Любая из трех методик проверки основана на принципах работы тиристоров. Она учитывает протекание в них токов через полупроводниковые переходы. При их выполнении важно оценить четыре последовательных этапа: Обычное закрытое состояние до получения команды.Открытие по команде.Удержание в открытом состоянии при отключении управляющего сигнала.Закрытие при пропадании питания.

Для более наглядного представления этих процессов я специально записал видеоролик. Смотрите его здесь.

Однако я рассмотрел только КУ202Н, как довольно распространенную модель, хоть она уже и снята с производства. В одной статье сложно показать все остальные. А их очень много.

Какие существуют разновидности тиристоров: краткие сведения

Развитие науки и электронных технологий в частности способствовало созданию большого количества полупроводниковых приборов с различной структурой слоев и переходов. (Смотрите картинку в начале статьи.)

Я относительно подробно показал выше структуру и принцип работы КУ202 и аналогичных тиристоров с тремя выводами. Однако это не полный обзор, а только частный случай, характерный для большинства подобных приборов.

Они отличаются по:

  • количеству выводов и способу управления;
  • проводимости;
  • режимам работы;
  • быстродействию;
  • другим эксплуатационным параметрам.

Количество выводов

У основной четырехслойной структуры может быть создано 2, 3 или 4 контактных отвода для подключения к внешней схеме.

Что такое динистор

Корпуса с двумя выводами называют динисторами. Для открытия этих полупроводников между анодом и катодом импульсом подают повышенное напряжение.

По принципу работы динисторы бывают:

  1. симметричные;
  2. несимметричные.

Второй тип при обратном напряжении (плюс на катоде, а минус на аноде) всегда закрыт. Он ведет себя как диод и при аварийном токе сгорает. Симметричные же динисторы работают при любой полярности.

Как работает тринистор

Такое название закрепилось за триодными тиристорами (с третьим выводом управляющего электрода). Частный случай этих приборов мы уже разобрали, но на практике следует учитывать, что подобные изделия могут выпускаться с:

  1. Катодным управлением, когда командный сигнал поступает по цепи управляющий электрод — катод.
  2. Анодным — тот случай, что показан на примере КУ202.

При проверке работоспособности полупроводникового перехода следует учесть его конструкцию, а не бездумно копировать мою методику или любую другую, взятую из интернета.

Тринисторы могут выполняться с различными способами закрытия:

  1. запираемые;
  2. незапираемые.

Первым для перехода в закрытое состояние достаточно снизить ток по цепи «анод-катод». Вторым необходимо подать напряжение запирания на управляющий электрод.

Еще раз хочу подчеркнуть, что изложенная методика проверки на примере КУ202 применима для незапираемых тиристоров с управлением по аноду.

Виды проводимостей

В самом начале я сравнивал работу полупроводников с течением реки и заострил внимание на том, что через них ток проходит в одну сторону. Только это утверждение характерно для большинства, а не всех поголовно случаев.

Однако учтите, что есть и иные конструкции, специально созданные:

  1. с не высоким обратным напряжением, которые называют обратно-проводящими;
  2. без нормировки обратной проводимости. Их применяют в схемах, исключающих появление обратного напряжения;
  3. для пропускания тока в обе стороны по цепи анод-катод. Это симметричные тиристоры, называемые симисторами либо триаком (от англ — «triac»).

При их проверке следует в обязательном порядке учитывать конструктивные особенности электронных переходов.

Тринисторы чаще всего создаются для работы в схеме электронного ключа. Они управляют мощной силовой нагрузкой за счет подачи слабого сигнала команды через управляющий электрод.

Быстродействие

Этим параметром оценивают скорость перехода полупроводниковых изделий из закрытого состояния в открытое и наоборот. Он может быть критичен при работе сложных схем защит или управления технологическими процессами.

Импульсный режим работы

Созданы и такие приборы, способные мгновенно реагировать на быстро возникающие электротехнические ситуации на сложном производстве. Но в домашнем оборудовании их не применяют.

Особенности лавинных тиристоров

Такие конструкции имеют лавинную вольт-амперную характеристику. При подаче обратного напряжения развивается лавинный процесс. Такая ВАХ:

  • устойчива к высоким перенапряжениям схемы;
  • способна работать без дополнительных защит;
  • равномерно перераспределяет энергию по последовательно подключенным полупроводниковым переходам.

Их используют в схемах защит полупроводниковых разрядников и преобразователях.

Тиристоры имеют очень много разновидностей внутренней схемы, корпусов и принципов работы. Проверка их технического состояния должна учитывать все эти особенности.

Довольно оригинально эта информация изложена в видеоролике владельца Радиолюбитель.

Поскольку тема про тиристоры, принципы их работы и проверки весьма обширная, то жду ваших дополнений или комментариев, которые будут полезны и понятны всем домашним электрикам, включая новичков.

Как проверить тиристор | Практическая электроника

Как проверить тиристор, если вы полный чайник? Итак, обо всем по порядку.

Принцип работы тиристора

Принцип работы тиристора основан на принципе работы электромагнитного реле. Реле – это электромеханическое изделие, а тиристор – чисто электрическое. Давайте же рассмотрим принцип работы тиристора, а иначе как мы его тогда сможем проверить? Думаю, все катались на лифте ;-). Нажимая кнопку на какой-нибудь этаж, электродвигатель лифта начинает свое движение, тянет трос с кабиной с вами  и  соседкой тетей Валей килограммов под двести и  вы перемещаетесь с этажа на этаж.  Как  же так с помощью малюсенькой кнопочки мы подняли кабину с тетей Валей на борту?

В этом примере и основан принцип работы тиристора.  Управляя маленьким напряжением кнопочки мы управляем большим напряжением… разве это не чудо? Да еще и в тиристоре нет никаких клацающих контактов, как в реле. Значит, там нечему выгорать и при нормальном режиме работы такой тиристор прослужит вам, можно сказать, бесконечно.

Тиристоры выглядят  как-то вот так:

А вот и  схемотехническое обозначение тиристора

В настоящее время мощные тиристоры используются для переключения (коммутации) больших напряжений в электроприводах, в установках плавки металла с помощью электрической дуги ( короче говоря с помощью короткого замыкания, в результате чего происходит такой мощный нагрев, что даже начинает плавиться металл)

Тиристоры, которые слева, устанавливают на алюминиевые радиаторы, а тиристоры-таблетки даже на радиаторы с водяным охлаждением, потому что через них проходит бешеная сила тока и коммутируют они очень большую мощность.

Маломощные тиристоры используются в радиопромышленности и, конечно же, в радиолюбительстве.

Параметры тиристоров

Давайте разберемся с некоторыми важными параметрами  тиристоров. Не зная эти параметры, мы не догоним принцип проверки тиристора. Итак:

1) Uy – отпирающее постоянное напряжение управления  – наименьшее постоянное напряжение на управляющем электроде, вызывающее переключение тиристора из закрытого состояния в открытое. Короче говоря простым языком, минимальное напряжение на управляющем электроде, которое открывает тиристора и электрический ток начинает спокойно себе течь через два оставшихся вывода – анод и катод тиристора. Это и есть минимальное напряжение открытия тиристора.

2) Uобр max –  обратное напряжение, которое может выдержать тиристор, когда, грубо говоря, плюс подают на катод, а минус – на анод.

3) Iос ср – среднее значение тока, которое может протекать через тиристор  в прямом направлении без вреда для его здоровья.

Остальные параметры не столь критичны для начинающих радиолюбителей. Познакомиться с ними можете в любом справочнике.

Как проверить тиристор КУ202Н

Ну и наконец-то переходим к самому важному – проверке тиристора. Будем проверять самый ходовый и знаменитый советский тиристор – КУ202Н.

А вот и его цоколевка

Для проверки тиристора нам понадобится лампочка, три проводка и блок питания с постоянным током. На блоке питания выставляем напряжение загорания лампочки. Привязываем и припаиваем проводки к каждому выводу тиристора.

На анод подаем “плюс” от блока питания, на катод через лампочку “минус”.

Теперь же нам надо подать относительно анода напряжение на Управляющий Электрод (УЭ). Для такого вида тиристора Uy – отпирающее постоянное напряжение управления  больше чем 0,2 Вольта.  Берем полуторавольтовую батарейку и подаем напряжение на УЭ. Вуаля! Лампочка зажглась!

также можно использовать щупы мультиметра в режиме прозвонки, на щупах напряжение тоже больше 0,2 Вольта

Убираем батарейку или щупы, лампочка должна продолжать гореть.

Мы открыли тиристор с помощью подачи на УЭ импульса напряжения.  Все элементарно и просто! Чтобы тиристор опять закрылся, нам надо или разорвать цепь, ну то есть отключить лампочку или убрать щупы, или же подать на мгновение обратное напряжение.

Как проверить тиристор мультиметром

Можно также проверить тиристор с помощью мультиметра. Для этого собираем его по этой схемке:

Так как на щупах мультиметра в режиме прозвонки имеется напряжение, то подаем его на УЭ. Для этого замыкаем между собой анод и УЭ и сопротивление через Анод-Катод тиристора резко падает.  На мультике мы видим 112 милливольт падение напряжения. Это значит, что он открылся.

После отпускания мультиметр снова показывает бесконечно большое сопротивление.

Почему же тиристор закрылся? Ведь лампочка  в прошлом примере у нас горела? Все дело в том, что тиристор закрывается, когда ток удержания стает очень малым. В мультиметре ток через щупы очень малый, поэтому и тиристор закрылся без напряжения УЭ.

Есть также схема отличного прибора для проверки тиристора, ее можно глянуть в этой статье.

Купить современный мультиметр можно тут.

Также советую глянуть видео про проверку тиристора и ток удержания:

 

Симистор. Принцип работы, параметры и обозначение на схеме.

Симметричный тиристор

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

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

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

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

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

Вот таким образом симистор изображается на принципиальных схемах.

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

А это эквивалентная схема симистора выполненного на двух тиристорах.

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

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

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

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


Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

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

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

  • Невысокая стоимость.

  • По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

  • Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

  • Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

  • Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

  • Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

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

Основные параметры симистора.

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

  • Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

  • В импульсном режиме напряжение точно такое же.

  • Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

  • Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

  • Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

  • Наименьший импульсный ток – 160 мА.

  • Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

  • Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

  • Время включения – 10 мкс.

  • Время выключения – 150 мкс.

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

Оптосимистор.

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


Оптосимистор MOC3023


Устройство оптосимистора

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

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

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Как работает тиристор?

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

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

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

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

Принцип работы тиристора

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

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

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

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

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

Его три режима работы:

Режим прямой блокировки

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

Режим прямой проводимости

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

Обратный режим блокировки

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

Использование и типы тиристоров

Обычно бывает 3 типа тиристоров:

1. Кремниевый выпрямитель —

SCR

Он может управлять сильным током и обычно используется в качестве высокочастотного переключателя в электрической цепи.

2. Тиристор выключения ворот — GTO

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

3. Биполярный транзистор с изолированным затвором — IGBT

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

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

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

Видеоурок, объясняющий тиристор

Видео предоставлено:
Learn Engineering

Основные сведения о тиристорах | 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 бытовой техники, такое как источники бесперебойного питания до промышленного оборудования 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 сильных 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 происходит от сочетания 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.

Конструкция 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 любых нежелательных вспышек и дуговой обратной дуги между анодными и катодными выводами тиратрона должно быть предусмотрено достаточное расстояние (из-за большого напряжения между анодом и катодом) 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.

Вернуться к началу

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 имеют мощность в киловаттах. 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, внешнее управление — только включение 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

Применения тиристоров

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

А также, когда тиристор смещен в прямом направлении, сигнал стробирования с задержкой 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
  • Регуляторы освещения (диммеры) и температуры
  • Регуляторы давления и регуляторы уровня жидкости
  • Выпрямители переменного напряжения переменного тока в постоянный ток
  • Переменная частота постоянного тока в переменный ток 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

Тиристоры для чайников / Sudo Null IT News

Добрый вечер, Хабр. Поговорим о таком устройстве, как тиристор. Тиристор — это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более взаимодействующих выпрямляющих перехода. По функциональности их можно отнести к электронным ключам. Но у тиристора есть одна особенность, он не может перейти в замкнутое состояние, в отличие от обычного ключа. Поэтому обычно его можно найти под именем — не полностью управляемый ключ.

На рисунке показан тиристор в обычном виде. Он состоит из четырех переменных типов электропроводности полупроводниковых областей и имеет три выхода: анод, катод и управляющий электрод.
Анод контактирует с внешним p-слоем, катод — с внешним n-слоем.
Здесь вы можете обновить память перехода pn.

Классификация


В зависимости от количества выводов можно вывести классификацию тиристоров.На самом деле все очень просто: тиристор с двумя выводами называется динистором (соответственно, у него только анод и катод). Тиристор с тремя и четырьмя выводами называется триодом или тетродом. Также существуют тиристоры с большим количеством чередующихся полупроводниковых областей. Один из самых интересных — симметричный тиристор (симистор), который включается при любой полярности напряжения.

Принцип действия



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

В связи с этим рисунком крайние области можно назвать эмиттерными, а центральный переход — коллекторными.
Чтобы понять, как работает тиристор, взгляните на вольт-амперную характеристику.

На анод тиристора было приложено небольшое положительное напряжение. Эмиттерные переходы включены в прямом направлении, а коллекторные переходы — в обратном. (на самом деле все напряжение будет на нем). Участок от нуля до единицы на вольт-амперной характеристике будет примерно аналогичен обратной ветви диодной характеристики.Этот режим можно назвать режимом закрытого состояния тиристора.
По мере увеличения анодного напряжения основные носители вводятся в базовую область, тем самым накапливая электроны и дырки, что эквивалентно разности потенциалов на коллекторном переходе. С увеличением тока через тиристор напряжение на коллекторном переходе начнет уменьшаться. И когда оно уменьшится до определенного значения, наш тиристор перейдет в состояние отрицательного дифференциального сопротивления (график 1-2).
После этого все три перехода будут смещены в прямом направлении, тем самым переведя тиристор в открытое состояние (график 2-3).
Тиристор будет оставаться в открытом состоянии до тех пор, пока коллекторный переход не будет смещен в прямом направлении. Если ток тиристора уменьшить, то количество неравновесных носителей в базовых областях уменьшится в результате рекомбинации, а коллекторный переход будет смещен в обратном направлении, и тиристор перейдет в закрытое состояние.
При повторном включении тиристора вольт-амперная характеристика будет аналогична характеристике двух последовательно соединенных диодов. Обратное напряжение в этом случае будет ограничено напряжением пробоя.

Общие параметры тиристоров


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

Заключение


Таким образом, в тиристоре имеется положительная обратная связь по току — увеличение тока через один эмиттерный переход приводит к увеличению тока через другой эмиттерный переход.
Тиристор не является полностью управляющим ключом. То есть, перейдя в открытое состояние, он остается в нем, даже если он прекращает подавать сигнал на управляющий переход, если ток подается выше определенного значения, то есть ток удержания.

Источники:
en.wikipedia.org
electricschool.info

Что такое тиристор и как он работает?

В общем, тиристоры также являются переключающими устройствами, аналогичными транзисторам. Как мы уже обсуждали, транзисторы — это крошечный электронный компонент, который изменил мир, сегодня мы можем найти их в каждом электронном устройстве, таком как телевизоры, мобильные телефоны, ноутбуки, калькуляторы, наушники и т. Д.Они адаптируемы и универсальны, но это не означает, что их можно использовать во всех приложениях, мы можем использовать их в качестве усилительного и переключающего устройства, но они не могут работать с более высоким током, а также транзистору требуется постоянный ток переключения. Итак, для решения всех этих проблем и решения этих проблем мы используем тиристоры.

Как правило, SCR и тиристор используются взаимозаменяемо, но SCR является разновидностью тиристора. Тиристор включает в себя много типов переключателей, некоторые из них — SCR (кремниевый выпрямитель), GTO (выключение затвора) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и т. Д.Но SCR — наиболее широко используемое устройство, поэтому слово Thyristor стало синонимом SCR. Проще говоря, SCR — это разновидность тиристора .

SCR или тиристор — это четырехслойное полупроводниковое переключающее устройство с тремя переходами. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор . Тиристор также является однонаправленным устройством, как диод, что означает, что он течет ток только в одном направлении. Он состоит из трех последовательно соединенных PN-переходов, как и из четырех слоев.Клемма затвора, используемая для запуска SCR путем подачи небольшого напряжения на эту клемму, которую мы также назвали методом запуска затвора для включения SCR.

Двухтранзисторный аналог тиристора

Здесь эквивалентная схема двух транзисторов показывает, что база PNP-транзистора T1 питается коллекторным током NPN-транзистора T2, а коллекторный ток транзистора T1 питает базу транзистора T2. Следовательно, проводимость обоих транзисторов зависит друг от друга.Таким образом, пока одна из баз любого транзистора не получит базовый ток, он не будет проводить, даже если напряжение присутствует на аноде и катоде. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистор выключается при снятии тока базы, в то время как тиристор остается включенным только после его запуска. Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна сработать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, для решения этих проблем мы используем тиристоры.

Чем тиристор отличается от полевого МОП-транзистора?

Тиристор и полевой МОП-транзистор являются электрическими переключателями и используются чаще всего.Основное различие между ними заключается в том, что переключатели MOSFET являются устройством, управляемым напряжением, и могут переключать только постоянный ток, в то время как тиристорные переключатели являются устройством с управлением по току и могут переключать как постоянный, так и переменный ток.

Есть еще несколько отличий между тиристором и MOSFET , которые приведены ниже в таблице:

Имущество Тиристор МОП-транзистор
Термический побег Есть №
Температурная чувствительность меньше высокая
Тип Высоковольтное устройство высокого тока Устройство высокого напряжения и среднего тока

Выключение

Требуется отдельная коммутационная цепь

Не требуется

Включение

Требуется одиночный импульс

Постоянное питание не требуется, кроме как во время включения и выключения

Скорость переключения

низкий

высокая

Резистивное входное сопротивление

низкий

высокая

Контроллинг

Устройство с контролем тока

Устройство, управляемое напряжением

Чем тиристор отличается от транзистора?

Тиристор и транзистор оба являются электрическими переключателями, но пропускная способность тиристоров намного лучше, чем у транзисторов.Из-за высокого номинала тиристора, выраженного в киловаттах, а мощность транзистора — в ваттах. При анализе тиристор рассматривается как замкнутая пара транзисторов. Основное различие между транзистором и тиристором заключается в том, что транзистору требуется непрерывное переключение питания, чтобы оставаться включенным, но в случае тиристора нам нужно запустить его только один раз, и он остается включенным. Для таких приложений, как цепь аварийной сигнализации, которая должна сработать один раз и оставаться включенной навсегда, нельзя использовать транзистор. Итак, чтобы преодолеть эти проблемы, мы используем тиристоры.

Есть еще несколько отличий между тиристором и транзистором , которые приведены ниже в таблице:

Имущество

Тиристор

Транзистор

Слой

Четыре слоя

Три слоя

Клеммы

Анод, катод и затвор

Эмиттер, коллектор и база

Работа от перенапряжения и тока

Высшее

Ниже тиристора

Включение

Требуется только стробирующий импульс для включения

Требуется постоянная подача управляющего тока

Внутренняя потеря мощности

Ниже транзистора

выше

Характеристики V-I тиристора или SCR

Базовая схема для получения V-I характеристик тиристора приведена ниже, анод и катод тиристора подключены к основному источнику питания через нагрузку.Затвор и катод тиристора питаются от источника Es, который используется для обеспечения тока затвора от затвора к катоду.

Согласно характеристической диаграмме, существует три основных режима SCR: режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.

Обратный режим блокировки:

В этом режиме катод становится положительным по отношению к аноду при разомкнутом переключателе S. Переходы J1 и J3 имеют обратное смещение, а J2 — прямое.Когда на тиристоре подается обратное напряжение (должно быть меньше V BR ), устройство обеспечивает высокий импеданс в обратном направлении. Поэтому тиристор трактуется как разомкнутый переключатель в режиме реверсивной блокировки. V BR — это напряжение обратного пробоя, при котором происходит лавина, если напряжение превышает V , BR может вызвать повреждение тиристора.

Режим прямой блокировки:

Когда анод положительный по отношению к катоду, переключатель затвора разомкнут.Говорят, что тиристор смещен в прямом направлении, переходы J1 и J3 смещены в прямом направлении, а J2 смещены в обратном направлении, как вы можете видеть на рисунке. В этом режиме протекает небольшой ток, называемый током прямой утечки, поскольку прямой ток утечки мал и недостаточен для срабатывания тринистора. Следовательно, SCR рассматривается как открытый переключатель даже в режиме прямой блокировки.

Режим прямой проводимости:

По мере увеличения прямого напряжения при разомкнутой цепи затвора на переходе J2 возникает лавина, и тиристор переходит в режим проводимости.Мы можем включить тиристор в любой момент, подав положительный импульс затвора между затвором и катодом или прямым размыкающим напряжением между анодом и катодом тиристора.

Способы срабатывания тиристора или тиристора

Есть много методов запуска SCR, например:

  • Запуск по прямому напряжению
  • Запуск ворот
  • срабатывание дв / дт
  • Срабатывание по температуре
  • Легкое срабатывание

Запуск по прямому напряжению:

При приложении прямого напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи затвора переход J2 смещается в обратном направлении.В результате на участке J2 происходит формирование обедненного слоя. По мере увеличения прямого напряжения наступает стадия, когда истощающий слой исчезает, и говорят, что J2 имеет Avalanche Breakdown . Следовательно, тиристор переходит в состояние проводимости. Напряжение, при котором возникает лавина, называется напряжением прямого пробоя V BO .

Запуск ворот:

Это один из наиболее распространенных, надежных и эффективных способов включения тиристора или тиристора.При запуске затвора для включения SCR между затвором и катодом прикладывается положительное напряжение, которое вызывает ток затвора, заряд вводится во внутренний слой P и происходит прямое переключение. Чем выше ток затвора, тем ниже напряжение переключения.

Как показано на рисунке, в SCR три разветвления, теперь для включения SCR разветвление J2 должно разорваться . При использовании метода запуска затвора при подаче стробирующего импульса переход J2 разрывается, переход J1 и J2 смещается в прямом направлении или SCR переходит в состояние проводимости.Следовательно, он позволяет току течь через анод к катоду.

Для модели с двумя транзисторами, когда анод положительный по отношению к катоду. Ток не будет течь через анод к катоду, пока не сработает штифт затвора. Когда ток течет в вывод затвора, он включает нижний транзистор. Когда нижний транзистор проводит, он включает верхний транзистор. Это своего рода внутренняя положительная обратная связь, поэтому, подавая импульс на затворе один раз, тиристор остается во включенном состоянии.Когда оба транзистора включаются, ток начинает проходить через анод к катоду. Это состояние известно как прямая проводимость, и именно так транзистор «фиксируется» или остается постоянно включенным. Чтобы выключить SCR, вы не можете отключить его, просто сняв ток затвора, в этом состоянии тиристоры становятся независимыми от тока затвора. Итак, для выключения необходимо произвести выключение цепи.

dv / dt Срабатывание:

В обратном смещенном переходе J2 приобретает характеристики конденсатора из-за наличия заряда на переходе, что означает, что переход J2 ведет себя как емкость.Если прямое напряжение приложено внезапно, зарядный ток через емкость перехода Cj приведет к включению тринистора.

Зарядный ток i C определяется выражением;

i  C  = dQ / dt = d (Cj * Va) / dt (где Va - прямое напряжение, появляющееся на переходе J2)
я  C  = (Cj * dVa / dt) + (Va * dCj / dt)
поскольку емкость перехода почти постоянна, dCj / dt равно нулю, тогда
i  C  = Cj dVa / dt

Следовательно, если скорость нарастания прямого напряжения dVa / dt высока, зарядный ток i C будет больше.Здесь зарядный ток играет роль тока затвора, чтобы включить SCR, даже если сигнал затвора равен нулю.

Срабатывание по температуре:

Когда тиристор находится в режиме прямой блокировки, большая часть приложенного напряжения собирается через переход J2, это напряжение связано с некоторым током утечки. Что увеличивает температуру спая J2. Таким образом, с повышением температуры слой истощения уменьшается, а при некоторой высокой температуре (в пределах безопасного предела) слой истощения разрушается, и SCR переходит в состояние ON.

Световое срабатывание:

Для срабатывания тринистора светом во внутреннем р-слое сделана выемка (или полость), как показано на рисунке ниже. Луч света определенной длины волны направляется оптическими волокнами для облучения. Когда интенсивность света превышает определенное значение, SCR включается. Этот тип SCR называется Light Activated SCR (LASCR). Иногда эти SCR запускаются с использованием комбинации как источника света, так и стробирующего сигнала.Для включения тиристора требуется высокий ток затвора и более низкая интенсивность света.

LASCR или SCR с триггером света используются в системе передачи HVDC (постоянный ток высокого напряжения).

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.

Из приведенного выше объяснения ясно, 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 соответствует диоду, — 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 твердотельные переключатели переменного тока с быстрым переключением, 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, а коллекторный ток TR1 — 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, до тех пор, пока на один из транзисторов не будет подан некоторый базовый ток, ничего не может произойти, даже если присутствует напряжение между анодом и катодом.

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 клемма анода имеет более положительное отношение к ее 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.

При воздействии к переменному току, тиристор может блокировать оба цикла переменного тока до тех пор, пока тиристор не будет предложен с запускающим напряжением на его затворе и катоде, 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 принудительной вольт-амперной характеристики 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 поэтому его нельзя заставить проводить в какой-то 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 фиксирующая 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 для 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 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.

Тиристорный контроль фазы

В начале каждого положительного полупериода тиристор находится в состоянии «ВЫКЛ». При наведении напряжения на затворе SCR активируется в проводимость и позволяет ему полностью зафиксироваться в состоянии «ВКЛ» 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 0o до 90o), 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 приложениях 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 управляемым светом» (LASCR), чтобы идентифицировать некоторые из них, так как 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 с прямым смещением и током срабатывания, подаваемым на затвор.

Тиристор работает аналогично выпрямительному диоду всякий раз, когда он активирован. 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 «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 мощности. Прекрасным примером управления мощностью тиристора является управление электрическим освещением, нагревателями и скоростью двигателя.

В следующем руководстве мы рассмотрим некоторые основные тиристорные схемы и приложения, использующие источники переменного и постоянного тока.

Руководство по выпрямителю с кремниевым управлением с характеристиками

Как правило, мы используем множество электрических и электронных компонентов при разработке проектов электроники и общих схем. Эти основные компоненты включают резисторы, транзисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности, светодиоды, тиристоры или кремниевые выпрямители, ИС и т. Д. Рассмотрим выпрямители, которые подразделяются на два типа: неуправляемые выпрямители (диоды) и управляемые выпрямители (тиристоры).На самом деле, многие студенты-инженеры и любители электроники хотят знать основы электрических и электронных компонентов. Но здесь, в этой статье, давайте подробно обсудим основы и характеристики учебного пособия по тиристорному или кремниевому выпрямителю.


Кремниевый управляемый выпрямитель

Тиристорный или кремниевый управляемый выпрямитель представляет собой многослойное полупроводниковое устройство, аналогичное транзистору. Выпрямитель, управляемый кремнием, состоит из трех выводов (анод, катод и затвор), в отличие от выпрямителя с двумя выводами диода (анод и катод).Диоды называются неуправляемыми выпрямителями, поскольку они проводят (в состоянии прямого смещения без какого-либо контроля) всякий раз, когда анодное напряжение диода превышает катодное напряжение.

Диод и тиристор

Но кремниевые выпрямители не проводят ток, даже если анодное напряжение больше, чем катодное напряжение, если только не сработает (третий вывод) вывод затвора. Таким образом, подавая запускающий импульс на клемму затвора, мы можем управлять работой (ВКЛ или ВЫКЛ) тиристора.Следовательно, тиристор также называют управляемым выпрямителем или кремниевым выпрямителем.


Основы кремниевого управляемого выпрямителя

В отличие от двух слоев (P-N) в диоде и трех слоев (P-N-P или N-P-N) в транзисторах, кремниевый управляемый выпрямитель состоит из четырех слоев (P-N-P-N) с тремя последовательными переходами P-N. Кремниевый управляемый выпрямитель или тиристор обозначен символом, как показано на рисунке.

Кремниевый управляемый выпрямитель

Кремниевый выпрямитель также является однонаправленным устройством, поскольку он проводит только в одном направлении.При соответствующем срабатывании тиристор может использоваться как переключатель разомкнутой цепи, а также как выпрямительный диод. Однако тиристор нельзя использовать в качестве усилителя, и его можно использовать только для переключения, управляемой импульсным запуском клеммы затвора.

Тиристор может быть изготовлен из различных материалов, таких как кремний, карбид кремния, арсенид галлия, нитрид галлия и т. Д. Но хорошая теплопроводность, способность к высоким токам, возможность высокого напряжения, экономичная обработка кремния сделали его предпочтительным по сравнению с другими материалами для изготовления тиристоров, поэтому их также называют кремниевыми выпрямителями.


Работа кремниевого управляемого выпрямителя

Работу тиристора можно понять, рассмотрев три режима работы кремниевого управляемого выпрямителя. Три режима работы тиристора следующие:

  • Обратный режим блокировки
  • Прямой режим блокировки
  • Прямой режим
Обратный режим блокировки

Если поменять местами анодные и катодные соединения тиристоров, то нижний а верхние диоды имеют обратное смещение.Таким образом, нет пути проводимости, поэтому ток не будет течь. Следовательно, это называется режимом обратной блокировки.

Режим прямой блокировки

В общем, без какого-либо запускающего импульса на вывод затвора кремниевый выпрямитель остается выключенным, что указывает на отсутствие тока в прямом направлении (от анода к катоду). Это связано с тем, что мы соединили два диода (верхний и нижний диоды имеют прямое смещение) вместе, чтобы сформировать тиристор. Но соединение между этими двумя диодами имеет обратное смещение, что исключает прохождение тока сверху вниз.Следовательно, это состояние называется режимом прямой блокировки. В этом режиме, даже если тиристор находится в состоянии, аналогичном обычному диоду с прямым смещением, он не будет проводить, поскольку клемма затвора не срабатывает.

Режим прямой проводимости

В этом режиме прямой проводимости анодное напряжение должно быть больше, чем напряжение на катоде, и третий контактный затвор должен срабатывать соответственно проводимости тиристора. Это связано с тем, что всякий раз, когда срабатывает вывод затвора, нижний транзистор будет проводить, который включает верхний транзистор, а затем верхний транзистор включает нижний транзистор, и, таким образом, транзисторы активируют друг друга.Этот процесс внутренней положительной обратной связи обоих транзисторов повторяется до тех пор, пока оба не будут полностью активированы, а затем ток перейдет от анода к катоду. Таким образом, такой режим работы кремниевого управляемого выпрямителя называется режимом прямой проводимости.

Характеристики выпрямителя с кремниевым управлением

Характеристики выпрямителя с кремниевым управлением

На рисунке показаны характеристики выпрямителя с кремниевым управлением, а также представлена ​​работа тиристора в трех различных режимах, таких как режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводимости.Вольт-амперные характеристики тиристора также представляют собой обратное запирающее напряжение, прямое запирающее напряжение, обратное напряжение пробоя, ток удержания, напряжение пробоя и т. Д., Как показано на рисунке.

Применение выпрямителя с кремниевым управлением

Применение выпрямителя с кремниевым управлением используется в цепях, работающих с большими токами и напряжениями, например, в электрических цепях с током более 1 кВ или более 100 А.

Тиристоры специально используются для уменьшения внутренних потерь мощности в цепи.Выпрямители с кремниевым управлением могут использоваться для управления мощностью в цепи без каких-либо потерь, используя двухпозиционное управление тиристорами.

Выпрямители с кремниевым управлением также используются для выпрямления, то есть для перехода от переменного тока к постоянному. Как правило, тиристоры используются в преобразователях переменного тока в переменный (циклоконвертеры), которые являются наиболее распространенным применением кремниевого управляемого выпрямителя.

Практическое применение кремниевого управляемого выпрямителя Циклоконвертер на базе
SCR от Edgefxkits.com

Циклоконвертер на основе SCR представляет собой практическое применение кремниевого управляемого выпрямителя, в котором скорость однофазного асинхронного двигателя регулируется в три этапа. Асинхронные двигатели представляют собой машины с постоянной скоростью и часто используются в различных приложениях, таких как стиральные машины, водяные насосы и т. Д. Эти приложения требуют различных скоростей двигателя, которые могут быть достигнуты с помощью этой технологии на основе SCR. Блок-схема циклоконвертора на базе

SCR от Edgefxkits.com Циклоконвертер на базе тиристора

используется для ступенчатого управления скоростью асинхронного двигателя.В этом проекте пара переключателей подключена к микроконтроллеру 8051, и они используются для выбора желаемой скорости (F, F / 2 и F / 3) двигателя. В зависимости от состояния переключателей микроконтроллер подает импульсы запуска на кремниевые выпрямители двойного моста. Таким образом, скорость асинхронного двигателя регулируется в три этапа в зависимости от требований.

Хотите разрабатывать проекты электроники на основе кремниевых выпрямителей? Затем разместите свои идеи в разделе комментариев ниже, чтобы получить нашу техническую помощь в разработке ваших инженерных проектов.

Базовые знания тиристоров — apogeeweb

Дата: 31.12.2019 Категория: Тиристоры 1816 г.

Принцип, характеристики и основные параметры тиристора

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbsp однонаправленный тиристор, TRIAC, принцип работы тиристора, характеристики тиристора, параметр тиристора

Введение Тиристор, широко известный как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), его нормативный термин — трехконтактный тиристор с обратной блокировкой.Тиристоры — это мощные полупроводниковые устройства, которые имеют как коммутационные, так и выпрямительные функции, и используются в различных схемах, таких как управляемый выпрямитель …

Продолжить чтение »

Дата: 31.12.2019 Категория: Тиристоры 1653

Выбор, замена и обнаружение тиристора

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbspscr тиристор, тиристор против scr, scr electronics, scr замена и обнаружение, тиристор с фазовым управлением, как работает тиристор, что такое.scr, типы тиристоров

Введение Тиристор — это устройство с четырьмя полупроводниковыми слоями или тремя PN переходами, твердотельное полупроводниковое устройство с четырьмя слоями чередующихся материалов P- и N-типа. Он также известен как «SCR» (кремниевый управляющий выпрямитель). Термин «тиристор» происходит от слов …

Продолжить чтение »

Дата: 2019.08.30 Категория: Тиристоры 2849

Анализ принципиальной схемы выпрямителя с кремниевым управлением

Автор: & nbspapogeeweb, & nbsp & nbsp, что такое scr, кремниевый выпрямитель, scr выпрямитель, scr electric, как работает scr, руководство по основам scr, определение выпрямителя с кремниевым управлением, электроника scr, приложения для выпрямителей с кремниевым управлением, как работает scr, диаграмма scr

Введение Выпрямитель с кремниевым управлением, который может называться SCR, доступен в одностороннем, двухстороннем вариантах, с выключением и управлением светом.

Похожие записи

21.11.2024 0

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

19.11.2024 0

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

19.11.2024 0

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *